一年：基礎(chǔ)建設(shè)與編程入門

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識。

熟悉至少一門編程語言，如Python或Java。

理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)。

課程安排：

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論

編程語言基礎(chǔ)（如Python或Java）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

實(shí)踐項(xiàng)目：

完成簡單的編程練習(xí)，如排序算法、鏈表操作等。

參與小型團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，如簡易網(wǎng)站開發(fā)或小游戲制作。

學(xué)習(xí)資源推薦：

教材：《Python核心編程》、《Java核心技術(shù)》

網(wǎng)課：Codecademy、Coursera的Python或Java課程

第二年：深入編程與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

深入理解面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）。

掌握數(shù)據(jù)庫管理與SQL語言。

學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

課程安排：

面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

實(shí)踐項(xiàng)目：

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。

開發(fā)簡單的Web應(yīng)用，如博客系統(tǒng)。

學(xué)習(xí)資源推薦：

教材：《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法》

網(wǎng)課：Udemy的數(shù)據(jù)庫管理與網(wǎng)絡(luò)課程

第三年：進(jìn)階技術(shù)與軟件工程

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

學(xué)習(xí)Web開發(fā)技術(shù)，如前端（HTML/CSS/JavaScript）和后端（如Node.js/Django）。

掌握軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)流程。

了解軟件測試與質(zhì)量保障。

課程安排：

Web開發(fā)技術(shù)

軟件工程

軟件測試與質(zhì)量保障

實(shí)踐項(xiàng)目：

開發(fā)一個(gè)完整的Web應(yīng)用，如電商網(wǎng)站或社交應(yīng)用。

參與開源項(xiàng)目，了解實(shí)際軟件開發(fā)流程。

學(xué)習(xí)資源推薦：

教材：《Head First HTML與CSS》、《JavaScript權(quán)威指南》

網(wǎng)課：Pluralsight的Web開發(fā)課程

第四年：專業(yè)方向與前沿技術(shù)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

選擇一個(gè)專業(yè)方向，如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等，進(jìn)行深入研究。

掌握當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的前沿技術(shù)。

完成畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文，展示學(xué)術(shù)與實(shí)踐能力。

課程安排：

專業(yè)方向選修課程（如機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等）

前沿技術(shù)講座與研討會

實(shí)踐項(xiàng)目：

參與或主導(dǎo)與專業(yè)方向相關(guān)的研究項(xiàng)目。

完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，展示在所選專業(yè)方向上的能力。

學(xué)習(xí)資源推薦：

教材與專著：根據(jù)所選專業(yè)方向選擇合適的教材與專著。

在線課程：如Coursera、edX上的專業(yè)方向課程。

研討會與講座：關(guān)注并參加與所選專業(yè)方向相關(guān)的研討會與講座。

結(jié)語：

以上是為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)的四年技術(shù)路線圖。希望你在學(xué)習(xí)過程中能夠結(jié)合實(shí)際，不斷調(diào)整與優(yōu)化自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃。同時(shí)，也建議你多參與實(shí)踐項(xiàng)目與開源社區(qū)，積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為未來的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

ython：很火的一門計(jì)算機(jī)語言！基本上是繼C/C++，java之后的第三個(gè)非常主流的語言。

1.能做什么？

1. Web應(yīng)用開發(fā)，提供了豐富的web開發(fā)框架。網(wǎng)站：豆瓣、果殼、知乎，頭條，國外的google,facebook等。
2. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，對于管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)等，需要將工作自動化起來，python非常適合。（這里如果僅使用Shell腳本，自動化運(yùn)維就不足了）
3. 科學(xué)與數(shù)字計(jì)算，數(shù)據(jù)挖掘，應(yīng)用于生物信息學(xué)、氣象學(xué)、制藥等生活的方方面面
4. 此外，python還提供了游戲開發(fā)框架，用于3d游戲開發(fā)：迪士尼卡通城，黑暗之刃等。還可以用于圖形化界面開發(fā)，和網(wǎng)絡(luò)編程等。以及做數(shù)據(jù)爬蟲工作

2.大家為什么選擇Python？

Python是易學(xué)的。(完成同一個(gè)任務(wù)，C語言要寫1000行代碼，Java只需要寫100行，而Python可能只要20行。)；

Python應(yīng)用是廣泛的，可深入的。

Python目前崗位供給多，但從業(yè)人員少，技術(shù)積累有限。可發(fā)展空間很大。

3.如何學(xué)習(xí)Python呢？

篇幅有限就展示到這里啦！喜歡記得收藏給我一個(gè)支持哦

文已收錄到 GitHub · AndroidFamily，有 Android 進(jìn)階知識體系，歡迎 Star。技術(shù)和職場問題，請關(guān)注公眾號 [彭旭銳] 進(jìn) Android 面試交流群。

前言

大家好，我是小彭。

在之前的文章中，我們聊到了計(jì)算機(jī)的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu)，計(jì)算機(jī)由五大部件組成。那么，計(jì)算機(jī)的五大部件是如何連接成一個(gè)整體的呢？這就需要依賴總線系統(tǒng)。

學(xué)習(xí)路線圖：

1. 認(rèn)識計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)

1.1 什么是總線？

在馮·諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu)中，計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個(gè)部分組成，而這五個(gè)部分必須進(jìn)行 “連接” 起來相互通信才能形成一個(gè)完整的整體。 總線就是連接多個(gè)計(jì)算機(jī)部件的數(shù)據(jù)通信規(guī)范。

PC 計(jì)算機(jī)主板

—— 圖片引用自 Wikipedia

1.2 為什么要使用總線結(jié)構(gòu)？

先解釋一下為什么現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要采用總線結(jié)構(gòu)：

• 原因 1 - 降低復(fù)雜性： 這個(gè)設(shè)計(jì)思路跟軟件開發(fā)中的中介者模式是相同的。總線結(jié)構(gòu)將 N-N 網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡化為 N-1-N 總線型結(jié)構(gòu)或星型+總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰許多，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。而且需要使用的布線數(shù)目也減少了，制造成本也更低；
• 原因 2 - 促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化： 總線結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換方式，各個(gè)硬件按照總線的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)接口，而無需考慮對方接口或總線的工作原理，有利于各個(gè)部件模塊化設(shè)計(jì)。

網(wǎng)狀拓?fù)浜涂偩€拓?fù)鋵Ρ?/span>

2. 總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

總線本身的電路功能，又可以拆分成 3 部分：

• 1、地址總線（Address Bus，AB）： 地址總線傳輸?shù)氖堑刂沸盘枴５刂房偩€是單向的，地址信息只能從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備。地址總線寬度也決定了一個(gè) CPU 的尋址能力，即多大可以訪問多少數(shù)據(jù)空間。舉個(gè)例子，32 位地址總線可以尋址 4GB 的數(shù)據(jù)空間；
• 2、控制總線（Control Bus，CB）： 控制總線傳輸控制或狀態(tài)信號。控制總線是雙向的，信號可以從主模塊發(fā)往從模塊，也可以從從模塊發(fā)往主模塊（例如 CPU 對存儲器的讀寫控制信號，例如 I/O 設(shè)備對 CPU 中斷請求信號）；
• 3、數(shù)據(jù)總線（Data Bus，DB）： 數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)氖菍?shí)際的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向的，數(shù)據(jù)可以從主模塊發(fā)往從模塊（例如 CPU 向內(nèi)存的寫入操作），也可以從從模塊發(fā)往主模塊（例如 CPU 向內(nèi)存的讀取操作）。

舉個(gè)例子，當(dāng) CPU 要從存儲器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，三類總線的工作過程概要如下：

• 1、CPU 通過地址總線發(fā)送要訪問的存儲單元的地址信息；
• 2、CPU 通過控制總線發(fā)送讀控制信號；
• 3、存儲器通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送指定存儲單元上的數(shù)據(jù)，從 CPU 的視角就是讀取。

總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3. 總線系統(tǒng)的架構(gòu)

理解了總線的概念后，我們先來看總線系統(tǒng)的整體架構(gòu)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的總線大多采用分層次多總線架構(gòu)。

3.1 單總線架構(gòu)和多總線架構(gòu)

在早期計(jì)算機(jī)中，會使用單一總線來連接計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，這種結(jié)構(gòu)叫單總線架構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單，但缺點(diǎn)有 2 個(gè)：

• 缺點(diǎn) 1： 計(jì)算機(jī)不同組件之間的速度差較大，例如 CPU 與內(nèi)存或 I/O 設(shè)備的速度差非常大，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量很大時(shí)，CPU 經(jīng)常需要等待；
• 缺點(diǎn) 2： 所有的信號都要經(jīng)過同一個(gè)共享的總線，不允許兩個(gè)以上的部件同時(shí)傳輸信號。

單總線架構(gòu)

因此，單總線系統(tǒng)很容易形成系統(tǒng)的性能瓶頸，就算是增大總線的帶寬也無法從根本上解決系統(tǒng)性缺陷。目前，單總線結(jié)構(gòu)只出現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)中。大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都采用了分層次多總線結(jié)構(gòu)，所有的設(shè)計(jì)思路都是圍繞單總線架構(gòu)存在的 2 個(gè)缺點(diǎn)展開的：

• 應(yīng)對缺點(diǎn) 1： 將高速部件和低速部件分為不同層級，不同層級之間使用獨(dú)立的總線，減少高速部件對低速部件的等待；
• 應(yīng)對缺點(diǎn) 2： 增加多條總線，使得數(shù)據(jù)可以同時(shí)在多個(gè)部件之間傳輸。

3.2 雙獨(dú)立總線：片內(nèi) & 片外

現(xiàn)代 CPU 中通常會使用高速緩存，由于 “CPU-高速緩存” 和 “CPU - 內(nèi)存” 的速度差非常大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇在 CPU 芯片內(nèi)和 CPU 芯片外使用 雙獨(dú)立總線（Dual Independent Bus，DIB）：

• 前端總線（Front Side Bus，F(xiàn)SB）： CPU 與外部連接的總線（即 CPU 連接北橋芯片的總線）；
• 后端總線（Back Side Bus，BSB）： 也叫本地總線（Local Bus）或片內(nèi)總線（On-chip Bus），是 CPU 芯片內(nèi)部獨(dú)立使用的總線。CPU 芯片內(nèi)部一個(gè)或多個(gè)核心、Cache 之間的通信將不需要占用芯片外的系統(tǒng)總線。

提示： 前端總線和系統(tǒng)總線的概念容易混淆，不同資料的說法不一。我的理解是：前端總線是 “特指” 某些 Intel CPU 架構(gòu)中，CPU 芯片與外部連接的這條總線，而系統(tǒng)總線 “泛指” 連接計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的所有總線。小彭在后續(xù)專欄內(nèi)容都會按照此理解討論。

前端總線和后端總線

3.3 南北橋架構(gòu)

南北橋架構(gòu)是 Intel 提出的總線架構(gòu)，也叫 Hub 架構(gòu) 。它將計(jì)算機(jī)部件分為高速部件和低速部件兩類，分為北橋芯片組合和南橋芯片組，中間用兩顆橋芯片連接。使用南北橋設(shè)計(jì)有 2 個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

• 1、緩沖功能： 南北橋芯片實(shí)現(xiàn)了兩類總線信號速度緩沖；
• 2、橋接功能： 南北橋芯片實(shí)現(xiàn)了兩類總線信號的轉(zhuǎn)換，有利于系統(tǒng)升級換代。例如在升級 CPU 時(shí)，只需要改動 CPU 和北橋芯片，其它南橋部分不需要改動。

南北橋架構(gòu)

• 北橋芯片（Northbridge）： 北橋處理高速信號。北橋芯片連接的設(shè)備都是高速傳輸設(shè)備，包含 CPU、GPU、存儲器與南橋的通信。北橋芯片也是 CPU 與外部連接的紐帶；
• 南橋芯片（Southbridge）： 南橋處理低速信號。南橋芯片連接的大多是 I/O 設(shè)備，例如 PCI 總線、USB 適配器、顯卡適配器、硬盤控制器；
• 內(nèi)存控制器（Memory Controller）： 管理 CPU 和內(nèi)存之間的總線數(shù)據(jù)傳輸，控制著存儲器的讀取和寫入信號，并且定時(shí)刷新 DRAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)（DRAM 的存儲單元包含電容，會自動漏電）；
• 內(nèi)存總線（Memory Bus）： 連接北橋芯片與存儲器的總線；
• DMI 總線（Direct Media Interface）： 連接北橋芯片和南橋芯片的專用總線；
• I/O 總線： 連接南橋芯片與 I/O 設(shè)備的總線；PCI 局部總線： 連接高速 I/O 設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)；ISA 局部總線： 連接低速 I/O 設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 前端總線瓶頸

前端總線是 CPU 連接外界的唯一通道，因此前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能影響非常大。 近年來隨著 CPU 主頻不斷提升，前端總線頻率卻一直跟不上后端總線頻率，從而出現(xiàn)性能瓶頸。

為了解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)的南北橋架構(gòu)被重新設(shè)計(jì)，北橋芯片的功能幾乎都移動到 CPU 內(nèi)部變成 “片上北橋”。前端總線被淘汰，CPU / 片上北橋繼續(xù)使用 DMI 連接南橋或 PCH 等外部設(shè)備。

4. 總線仲裁

總線既有共享性又有獨(dú)占性，聽起來有點(diǎn)矛盾，其實(shí)是表現(xiàn)的時(shí)機(jī)不一樣：

• 共享性： 總線的共享性是指總線對所有連接的設(shè)備共享，主從模塊能通過總線傳輸數(shù)據(jù)。
• 獨(dú)占性： 總線的獨(dú)占性是指同一時(shí)刻，只允許一個(gè)部件占有總線的控制權(quán)，這個(gè)部件就是主模塊，主模塊可以與一個(gè)或多個(gè)從模塊通信，但同一時(shí)刻只有一個(gè)主模塊。

總線的獨(dú)占性天然地將事務(wù)串行化： 如果多個(gè)部件同時(shí)向總線發(fā)出總線事務(wù)，總線仲裁（Bus Arbitration）單元會對競爭做出總裁，未獲勝的事務(wù)只能等待獲勝的事務(wù)處理完成后才能執(zhí)行。當(dāng)其中一個(gè)總線事務(wù)在執(zhí)行時(shí)，其他總線事務(wù)都會被禁止。

5. 總結(jié)

• 1、總線就是連接多個(gè)計(jì)算機(jī)部件的數(shù)據(jù)通信規(guī)范；
• 2、總線的電路結(jié)構(gòu)由地址總線、控制總線和數(shù)據(jù)總線組成。舉個(gè)例子，當(dāng) CPU 要從存儲器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，三類總線的工作過程概要如下：CPU 通過地址總線發(fā)送要訪問的存儲單元的地址信息；CPU 通過控制總線發(fā)送讀控制信號；存儲器通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送指定存儲單元上的數(shù)據(jù)，從 CPU 的視角就是讀取。
• 3、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的總線大多采用分層次多總線架構(gòu)，由片內(nèi)+片外雙獨(dú)立總線平衡高速緩存和內(nèi)存的速度差，由南北橋架構(gòu)平衡高速部件和低速部件的速度差；
• 4、由于前端總線瓶頸和芯片集成度提高，南北橋架構(gòu)逐漸被片上系統(tǒng)替代；
• 5、總線具有共享性和獨(dú)占性，當(dāng)多個(gè)部件同時(shí)向總線發(fā)出總線事務(wù)，總線天然地將事務(wù)串行化；

參考資料

• 深入淺出計(jì)算機(jī)組成原理（第 42 講） —— 徐文浩 著，極客時(shí)間 出品
• 計(jì)算機(jī)組成原理教程（第 3 章） —— 尹艷輝 王海文 邢軍 著
• 10分鐘速成課 計(jì)算機(jī)科學(xué) —— Carrie Anne 著
• System Bus —— Wikipedia
• Northbridge (computing) —— Wikipedia
• Southbridge (computing) —— Wikipedia
• HyperTransport —— Wikipedia
• Intel QuickPath Interconnect —— Wikipedia
• Arbiter (electronics) —— Wikipedia