接觸代碼30年，為什麼覺得這門底層知識一定要掌握？

科技 06-06

如果從 7 歲第一次在少年宮寫程序開始算起，到今天，我的碼齡快有 30 年了。

05 年上海交通大學計算機系畢業後，我寫過各種大型企業軟體，也從零開始搭建過廣告演算法系統，16 年底進軍人工智慧領域，這期間我最大的感受就是，軟體開發行業發展變化太快了，有時候不免會覺得焦慮，唯一的解決辦法，就是迎頭趕上，並選擇那些最有挑戰的去學。

在攻克一個又一個領域之後，我發現這些看似新興的技術，背後的原理和邏輯卻是融會貫通的，無外乎計算機組成原理、數據結構、演算法、操作系統這些基礎知識，它就像一座大樓的地基，決定了我們的技術高度，而這其中，「計算機組成原理」更是入門識的第一課。

在這個高級語言層出不窮的時代，我們如果不學彙編、不理解一點硬體，就好比一名賽車手不知道賽車的內部構成和工作原理，你相信他能在專業賽事中奪得冠軍嗎？

同樣的道理，要成為一名優秀的軟體工程師，寫得一手好程序，就要了解計算機是怎麼工作的。

舉個例子，如果你不懂浮點數的原理，你能知道為什麼計算金額的時候不能用浮點數，而要用定點數或者整數? 為什麼在做機器學習、圖形運算的時候，我們又會選擇使用浮點數？再或者字元編碼，為什麼會遇到亂碼？在 Web 頁面展現，網路傳輸數據、日誌文件，又或資料庫層面，遇到中文乃至更多語言的亂碼的時候，到底是哪裡出錯了？I/O 也是工程師日常工作中非常重要的一個知識點，當你遇到伺服器性能調優的時候，很多時候瓶頸都在 I/O，你會看到機器的 load 很高，看到 io_wait 很大，我們該從哪些角度去排查問題？

我說的這些問題，你應該常常遇到。在我看來，底層原理知識不等於簡單基礎知識，或者說不等於不重要的知識。相反，組成原理是讓你搞懂計算機的本質。

簡單地說，你只需要對計算機的硬體有原理性的理解，就可以信賴硬體的可靠性，安安心心用高級語言來寫程序。無論是寫操作系統、編譯器這樣的硬核代碼，還是寫 Web 應用、手機 App 這樣的應用層代碼，你都可以做到心裡有底。

學習組成原理後，向下，你可以學習數字電路相關的課程，向上，你可以學習編譯原理、操作系統這些核心課程。它會讓你真正對計算機的知識有一個全局的了解。

如果你看過倚天屠龍記，會發現張無忌幾個時辰，就把別人幾十年沒有練成的乾坤大挪移學會了，最根本的原因，是他有「九陽神功」練就的內功底子！

深入學習這門「底層知識」，就是在練扎馬步、核心肌肉力量，提升你自己的「根骨」和「資質」，從而拔高你發展的上限。

在很早之前，極客時間的編輯找到我，想讓我開一個計算機組成原理的課程，在考研統考的 4 門核心基礎課程中，極客時間已經出了數據結構與演算法、操作系統，計算機網路相關的 3 門很受歡迎的計算機基礎課程，這是第 4 門，也是計算機底層知識的第一課，等你做了多年開發以後，會發現，原來這麼多年就是圍繞這 4 門課程打轉。

市面上有不少經典的書籍，我身邊很多工程師卻只囤積沒怎麼學，大部分反饋概念偏多，太抽象，難理解，不好學以致用，不少非科班出身的程序員，直接說「這些書根本看不懂」。

基於此，我和極客時間共同打磨了《深入淺出計算機組成原理》專欄，這個專欄目前已 9800 同學加入學習了，在這裡我收集了一些同學們遇到的問題，大家有遇到過嗎？

我是誰？

我是徐文浩，一個目前正在創業的工程師。2005 年上海交通大學計算機系畢業後，在 Trilogy Software 寫過各種大型企業軟體；曾任 MediaV 技術總監，從零開始搭建支撐每天百億流量的廣告演算法系統，提升了十倍以上的廣告收入和 ROI；2016 年底進軍人工智慧領域。我創辦的 BotHub.AI，是唯一進入 F8 大會開發者代表的中國公司。

為了方便大家的學習，我特地整理了一份學習腦圖，希望你對將要學習的內容有個總綱的了解，做到心中有數。

很開心看到同學們對這個課程重要性的認知，也看到了大家對專欄的期待。

跟上節奏學習，希望你可以收穫

1、學以致用的計算機底層知識

我將以日常開發中的真實案例，讓你理解計算機的各個組件是怎麼運作的，遇到問題的根源是什麼，從知識應用知識，形成閉環，學以致用。

2、30 計算機組成原理核心要點

我會把整個的計算機組成原理通過指令、計算、CPU、存儲系統和 I/O 串起來，以一個程序的執行過程進行逐層分解，從歷史視角講清楚「是什麼」，結合案例講清楚」怎麼做「。

3、洞悉性能問題的本質

理解計算機是怎麼運作的，以及為什麼這麼運作，在此基礎上，我們才能又快又准地優化性能，提升效率。而我們想要解決的性能問題，其實就是去關注時鐘周期時間、每條指令的平均時鐘周期數 CPI、指令數。

4、組成原理在工業界的實際應用

我將手把手帶你實操，利用存儲器層次結構設計大型 DMP 系統，並通過 Disruptor，跟你一起感受 CPU 的風馳電掣，讓你真正學有所用。

總之，學好這門「硬核內功」，會讓你在整個軟體開發領域中，看到更加廣闊的天地，它還會為你帶來更多的職業發展機會，比如像我自己的團隊里，有個小夥伴開始是做演算法應用開發的，因為有紮實的計算機基礎知識，後來就轉去開發 TVM 這樣的深度學習編譯器了，是不是很厲害？