底层模块（计算机底层入门）

施工中🚧

关于新版的编程模块，我们打算以 项目 的方式呈现，正在努力完善中，敬请期待！

关于本模块的旧版内容，你可以点击这里查看。

对于 2024 年的计算机世界，越来越多的人开始追求 “高层次” 的开发 —— 大模型应用、低代码平台、可视化工具、AI 自动化。

但当各种 “黑盒” 工具充斥在你的开发之路上，你是否会好奇，计算机的底层到底是怎么工作的？你使用你电脑时看似简单的每一步，背后蕴含着什么？

如果你愿意把探索计算机底层当作一场兴趣驱动的旅程，你将收获的不只是技术，而是一种对世界底层逻辑的理解。

也许这份理解不会直接让你变得 “会赚钱”，但它能带给你一种难得的安全感 ——

无论世界如何变化，你都知道 计算机的本质，而不仅仅是用它的 “表面”。

章节题目解释

何为计算机底层？

狭义上指硬件 + 系统软件（如汇编、操作系统） + 计算原理

广义上是理解 “计算机是如何工作的” 这件事

何为探索？

不是要求马上学会写汇编、做硬件开发，而是了解底层知识的内容与意义，知道你要学什么、怎么学

行业背景

在 2024 年以前，应用层开发（前端、后端、移动端）是大多数计算机专业学生的就业方向

而底层领域看似 “离大众很远”，但其实是撑起整个计算机世界的根基

为什么计算机能运行你的代码？
为什么操作系统能管理成千上万个程序？
为什么数据不会随便丢失，网络能稳定传输？

这些问题的答案，都离不开底层

步入正题 - 什么是 “计算机底层”？

1️⃣ 计算机底层的构成

硬件

CPU、内存、硬盘、I/O 设备
底层的逻辑电路、指令集、总线系统

系统软件

汇编语言、机器码
操作系统（内核、驱动、进程管理）
编译器、链接器

理论基础

计算机组成原理
操作系统原理
计算机体系结构
数字逻辑与电路

2️⃣ 举个例子 - 程序是怎么跑起来的？

1. 明确需求

我们不写 Hello World，而是思考一个问题：

当你按下回车，Hello World 是怎么出现在屏幕上的？

2. 程序的底层旅程

你写的代码，经过编译器，被转换成机器指令
编译后的程序被加载到内存
CPU 从内存取出指令，逐条执行
CPU 通过系统调用，告诉操作系统：“我要往屏幕打印内容”
操作系统 找到对应的驱动程序，发送数据到显示设备
你在屏幕上看到输出

3. 汇编的参与

如果我们不用 C/C++，而是用汇编呢？

asm

mov rax, 1      ; 系统调用号：write
mov rdi, 1      ; 文件描述符：stdout
mov rsi, msg    ; 要输出的字符串地址
mov rdx, 13     ; 字符串长度
syscall         ; 执行系统调用

这就是直接和系统沟通的方式 —— 这也是程序员离 “底层” 最近的时刻（当然，你可能现在看这个还是一头雾水，不过随着学习的深入，你会慢慢揭开他神秘的面纱）

3️⃣ 底层的现实意义

理解性能瓶颈

为什么内存访问比 CPU 寄存器慢？为什么多线程会有资源竞争？什么样的代码运行的更快？

举一个简单的 C 语言例子：

int i, j;
int sum = 0;
int arr[2][2] = {1, 2, 3, 4};
for (i = 0, i < 2, i++){
    for (j = 0, j < 2, j++ ){
        sum += a[i][j]
    }
}

int i, j;
int sum = 0;
int arr[2][2] = {1, 2, 3, 4};
for (j = 0, j < 2, i++){
    for (i = 0, i < 2, j++ ){
        sum += a[i][j]
    }
}

似乎两段代码并没有什么太大的区别，只是 i 和 j 的顺序换了，但是由于 C 语言中的数组是 行主序存储，内存布局： arr[0][0], arr[0][1], arr[1][0], arr[1][1]

所以第一段是按内存连续顺序访问，有更高的缓存友好性，性能更好。

而第二段实际上是列优先访问，在 C 语言里不符合内存顺序，可能导致缓存不命中更频繁，性能略差。(当然在数据量小的情况下几乎感觉不到，此处只是举个简单的例子)

掌握调试和优化

了解汇编和内存管理，让你调试比别人快一步

安全意识

理解缓冲区溢出、内存泄漏、系统漏洞背后的本质

4️⃣ 底层的学习路径

1️⃣ 汇编 & 指令集

了解计算机能识别的语言

2️⃣ 计算机组成原理

知道硬件是怎么工作的

3️⃣ 操作系统原理

理解操作系统是怎么管理硬件和程序的

4️⃣ 编译原理 & 链接原理

知道你的代码是怎么变成机器能执行的程序

5️⃣ 从 Hello World 到 NEMU

你可以这样开始你的底层之旅：

写一个汇编 Hello World
用 GDB 调试 C 程序，单步跟踪汇编指令
尝试修改内存，理解堆栈的变化
学习一个操作系统内核实验（如 NEMU ）

6️⃣ 探索的乐趣

底层，不是让你永远写汇编
而是让你永远知道，程序在你看不到的地方，发生了什么

正式踏上底层学习之旅

别怕，别急，先去看看：

计算机是怎么执行你的第一行代码的
操作系统是怎么切换程序的
汇编是怎么控制硬件的

或许在你下次用 ChatGPT 调试的时候，你已经明白它为什么能懂代码了

结语

你不需要成为芯片工程师，但掌握一点底层知识，

会让你在浮躁的编程世界里，永远拥有一份底气

记住：每个程序员都曾对底层一头雾水，

但是你今天的困惑，正是林纳斯（Linux 之父）、约翰・卡马克（游戏引擎之神）曾经的起点！
—— 你即将踏上的，是成为‘真正的技术创造者’而非‘API 调用员’的荣耀之路！”

虽然但是，可能你看到这里还是不太明白我们学底层到底要学些什么，说是学习计算机具体怎么工作，但是具体涉及什么呢？这个疑惑在笔者看来是很常见的，如果你是一位纯血新生，那你可能对上面提到的很多东西都不了解，甚至一无所知，但是这并没有关系，计算机底层所涉及的内容本身就是广泛并且环环相扣的，你需要做的是不断的学习一些前置知识，去拓宽你的视野，在这个过程中，你便会逐渐揭开底层的神秘面纱，理解魔幻的计算机世界。并且此文章仅是作为导论，既为导论，所以讲一些很硬核的东西并不是我们的目的（其实笔者鼠鼠菜的要命，你要鼠鼠讲硬核也讲不出来😭😭😭，而且之后的我们底层组的学习包够硬核的🤓），我们只是单纯的做一些引导，而且这不仅是导论的目地，更是我们之后组队学习的目的，底层组的优秀学长可以告诉你们如何去学，怎样学好，但是最后的执行者永远是你们自己（我们伟大的组长从不 push）只要愿意坚持学习，成功的也一定会是你们。鼠鼠讲了一大堆废话哈，然后接下来我们将逐步踏入底层的学习，首先从硬件的角度来了解计算机

底层模块（计算机底层入门） ​

章节题目解释 ​

行业背景 ​

步入正题 - 什么是 “计算机底层”？ ​

1️⃣ 计算机底层的构成 ​

硬件 ​

系统软件 ​

理论基础 ​

2️⃣ 举个例子 - 程序是怎么跑起来的？ ​

1. 明确需求 ​

2. 程序的底层旅程 ​

3. 汇编的参与 ​

3️⃣ 底层的现实意义 ​

4️⃣ 底层的学习路径 ​

5️⃣ 从 Hello World 到 NEMU ​

6️⃣ 探索的乐趣 ​

正式踏上底层学习之旅 ​

结语 ​