'計算機基礎知識的最小集合'

作者：劉欣 
來源：公眾號碼農翻身

很多人工作後痛感計算機基礎知識的缺乏， 那計算機基礎知識都有哪些呢？

我覺得首先計算機專業的那六大件：組成原理，操作系統，數據庫，編譯原理，計算機網絡，數據結構（這個說太多遍了，這次不再講了）， 其次還得加上分佈式的基礎知識， 因為現在的系統都變成分佈式的了。

如果你是做應用層開發的，那幾門課程中的有些內容和日常工作關聯度不大，我挑那些最重要的來說一說，也算是一個最小集合吧！

計算機組成原理

如果你不是做操作系統/驅動程序的，直接和硬件打交道的機會很少，因為操作系統已經把他們屏蔽掉了，提供了抽象的API給我們使用。

但是還必須理解馮諾依曼體系的結構，CPU和內存，硬盤，各種外設之間的關係，寄存器、緩存等知識。

CPU有哪些指令，如何執行這些指令，如果實現數組，結構體，函數調用，這就涉及到彙編的知識。

像原碼，反碼，補碼，定點數、浮點數的表示和運算也是編程中必備的知識，幾乎每種語言都要涉及。

現在很多語言都是在虛擬機上運行的，你只要是瞭解了計算機的組成原理，再去看哪些虛擬機，就會發現概念都是相通的。

另外CPU中的緩存，緩存一致性協議，DMA的異步思想都會在應用層中有所體現。

如果能找一本書，儘可能多的囊括這些知識的話，我覺得還是神書《深入理解計算機系統》的前4章， 我之前還對它寫過一個書評，在這裡： 為什麼說《深入理解計算機系統》是一本神書？

《編碼》是一個更加科普性，但是也更加有趣的講組成原理的書。

操作系統

操作系統是比較枯燥的， 站在應用層的角度，我認為重點是掌握操作系統對外提供的抽象，包括進程、線程，文件，虛擬內存，以及進程間的通信問題。

幾乎所有的編程語言都會涉及到對多進程或者多線程編程的支持， 特別是多線程的併發編程，所以必須得搞明白他們的本質是什麼，線程都有哪些實現方式（對以後學習各種語言和併發模型有極大好處）。 得真正地體會到“進程是資源分配的最小單位，線程是調度的最小單位。” 這句話的含義。

幾乎所有的編程語言都會涉及到鎖和死鎖，最好在最底層理解鎖是怎麼實現的。

需要理解虛擬內存和物理內存直接的關係，分段和分頁，文件系統的基本原理。

對於進程的調度，頁面分配/置換算法，磁盤的調度算法，I/O系統，我認為優先級比較低。

計算機網絡

我認為必須要理解的是這些：

什麼分組交換

TCP可靠性傳輸原理，TCP/IP的協議細節， 三次握手，四次揮手，TCP狀態轉換。

幾個重要的協議DHCP，UDP, ARP, DNS。

能夠說出一個客戶端如何在接入網絡以後，通過這些協議，跨域網絡和服務器通信的。

和應用層結合非常緊密的Socket知識和網絡安全（對稱加密，非對稱加密，Hash, 數字簽名，以及集大成者Https）

至於網絡層的路由選擇算法，鏈路層的各種協議，我認為優先級比較低。

還有一個重要的知識點，一般的網絡書都沒提，就是I/O多路複用，涉及到同步/異步，阻塞/非阻塞，select/epoll ，這個是很多軟件的基礎，在《Unix網絡編程》，《深入理解計算機系統》中有講述。

以上這些知識，在你學習Redis ,Ngnix, Tomcat, LVS等軟件時將有極大的幫助。

數據庫

這個和日常工作結合極其緊密，不用我再多說，包括最基本的SQL，各種範式，事務及其隔離級別，事務的實現方式，索引及其實現方式，B+樹等等。

編譯原理

你這一輩子也許都不會去寫一個編譯器，但是很有可能會利用現成的工具去生成/操作一個抽象語法樹（AST），甚至可以會寫一個DSL（領域特定語言）。 所以你得理解詞法分析、語法分析、語義分析，中間代碼生成，代碼優化這個基本編譯的過程。

學習了編譯與原理，會對語言的一些設計有更深的理解，比如LISP。

分佈式的理論知識

由於現在的系統慢慢地變成了分佈式， 所以又擴展出了很多相關基礎知識需要學習：

數據複製與一致性:

CAP理論， BASE原則，冪等性, 2PC, TCC

Paxos , Raft , Gossip

數據分片和路由:

Hash分片：Hash取模（實際中非常常見的算法）， 虛擬桶（Redis使用），一致性Hash（memcached使用）

範圍分片

最後想說的是，不能帶著特別功利的目的去學習這些基礎，不能想著立刻、馬上就應用到實戰中，從中獲益。更重要的理解掌握它們背後的思想，有一天你會發現：奧，這個問題我在哪裡見過，可以用類似的辦法來解決啊！