IT行业程序开发使用到了很多种高级语言比如Java,C,Python,JavaScript，也有个别领域用到了低级语言即汇编语言,这些都是程序语言,程序语言就是人类能够理解的语言，计算机硬件也有语言即机器指令，这些机器指令只有机器能够理解。
下面我整理了下程序语言与计算机硬件的层次,梳理一下,就叫做计算机层次结构吧(事先声明:下文介绍的主要PC机器,服务器,手机的计算机层次结构，其他类型的计算机(超级计算机,量子计算机,模拟计算机等)层次结构会有不同，不做介绍)。
计算机层次结构
计算机层次结构表示的从应用软件级别到晶体管级别的层次结构,如下图所示,左侧为对应层级的相关从业人员或者使用人员,右侧为层次之间的构成情况，如下图所示
计算机层次结构
1.1应用
这个不必细说,目前我们用到的QQ,微信,支付宝，各类企业应用都属于这一层。
1.2 高级语言
高级语言不涉及计算机底层硬件,所以你开发好的程序，经过合适的编译器编译后(当然也得有)，可以在任何计算机硬件上运行。
程序语言有C,Java,Phthon等几十种，每一种都有它的应用场景，下面简单介绍C，Java,Phthon的使用场景。
C语言是高级语言中最底层的，在高级语言中效率也是最高的，主要是用于操作系统,网络协议,驱动程序,监控系统等性能要求比较高的领域,所谓C生万物,几乎所有的其他高级语言的编译器都是基于C实现的，所以C语言可以认为是其他高级语言的祖宗。
Java语言属于一种解释性和编译性都具备的语言，在一些大型的企业应用,网站用得比较多,通过虚拟机，由虚拟机将Java字节码翻译成机器指令。
Phthon语言属于一种解释性语言，与Java类似，它也有自己的解释器，将python文件翻译为机器指令,python主要用于一些数据计算，分析，人工智能,运维领域，这门语言简单，好学，不懂计算机知识的人，也可以很快入门。
1.3 低级语言
低级语言即汇编语言, 高级语言通过合适的汇编器就可以被翻译成汇编语言，汇编语言是程序语言中最底层了,它与计算机硬件相关，每类计算机硬件(相同的指令集架构的硬件可以归为一类)都有各自的汇编语言,例如基于X86 64位的汇编语言,基于ARM的汇编语言,这里所说的X86,ARM指的是指令集体系架构，下个章节会讲到。
汇编语言由于跟计算机硬件是一对一的，紧密关联的，因此通常用于一些跟底层硬件紧密相关的开发工作，目的就是充分发挥这些硬件的优势，比如用C语言开发操作系统时，会用到一些汇编指令，这些汇编指令是某类计算机硬件独有的，通过这些汇编指令，能高效地利用这类计算机硬件的优势，因此汇编语言不能跨硬件。
1.4 机器指令/微体系架构
机器指令是二进制指令，指令的长度通常跟硬件的位数相同，例如X86 64位就表示机器指令的长度是64位，高级语言可以直接通过编译器翻译成机器指令，也可以先通过汇编器翻译成汇编语言，然后再将汇编语言翻译成机器指令，再就是对于一些解释性语言如Java,可以通过编译器翻译为中间指令(字节码)，Java的解释器可以解释这些中间指令为机器指令，如下图为C语言和Java语言的编译和解释过程。
C语言的编译过程
Java语言解释过程
微体系架构是什么呢，先来说说指令集体系架构(ISA)吧，指令集体系架构就是从汇编程序员的角度看计算机硬件，即计算机硬件提供些什么机器指令，有多少种指令，每种指令的格式，数据和指令的长度(64位还是32位)，有哪些寄存器存储临时数据，数据以什么样的方式进行存储等，它是一套标准规范。
微体系架构就是指令集体系架构的具体实现，汇编程序员只知道采用 ADD P,Q,N的汇编指令可以实现加法运算，不需要考虑它是怎么实现的，具体实现由微体系架构进行处理。
1.5 晶体管
晶体管是一种控制电流流动的装置，其实就是一个开关，打开开关，电流通了，关闭开关，电流断了，怎么来打开和关闭开关呢，是通过电子的方式来实现的，主要原理就是通过在晶体硅的基础上，利用P型和N型，氧化硅(一种绝缘玻璃)以及晶体管连接到其他部分的金属导线，形成MOSFET电路，是不是有点抽象，可以忽略这个概念，只要明白晶体管就是一个电子开关就可以了，看下图
正极晶体管
当栅极加正电压时，源极与漏极之间的电阻减小，电流从源极流向漏极。
负极晶体管
当栅极加负电压时，源极与漏极之间的电阻减小，电流从源极流向漏极。
所以可以根据这两类晶体管互相连接，形成各类的逻辑门，以非门为例
非逻辑门
当输入1电压即正电压时,下方的晶体管电流通过，零电压输出，所以输出0。
当输入0电压即负电压时,上方的晶体管电流通过,正电压输出，所以输出1。
其他逻辑门不再阐述，都是通过晶体管连接而成。
1.6 逻辑门
正如1.5章节说的，晶体管有两种状态，要么有电流通过，要么没有电流通过，因此可以通过这两种状态进行任意的逻辑组合，可以形成与门，或门，与非门，或非门，非门，异或门等常用的逻辑门。
与门
A
0
0
1
1B
0
1
0
1A and B
0
0
0
1
或门
ABA or B
0
0
1
10
1
0
10
1
1
1
与非门
A
0
0
1
1B
0
1
0
1A nand B
1
1
1
0
或非门
A
0
0
1
1B
0
1
0
1A nor B
1
0
0
0
异或门
A
0
0
1
1B
0
1
0
1A xor B
0
1
1
0
非门
A
0
1not A
1
0
逻辑门可以进行任意连组合，如下图
任意逻辑门组合
上图有3个输入即X,Y,Z，它的布尔表达式为
X and (Z nor (not Y))
将或非逻辑门转化后即 X and not (Z or (not Y))，它的输出真值表为
X
0
0
0
0
1
1
1
1Y
0
0
1
1
0
0
1
1Z
0
1
0
1
0
1
0
1A
1
1
0
0
1
1
0
0B
0
0
1
0
0
0
1
0C
1
1
1
1
1
1
0
1输出
0
0
0
0
0
0
1
0
1.7 集成电路
通过逻辑门的任意组合可以形成各类逻辑电路，如锁存器,触发器,时钟等。
锁存器
可以通过一个开关，打开开关后，输入的值可以直接连接到输出，关闭开关后，输入的值无效，从而可以保留上一次输出的值，这样的话，多个锁存器组合起来就可以实现寄存器了。
触发器
连续相同的输入可以被忽略，只有当输入发生变化时，触发器才会响应输出，例如0变成1,1变成0，触发器将会触发，如果输入连续不变，则触发器不会触发，可以通过触发器实现二进制计数器，译码器等。
时钟
可以通过非门实现，非门的输出作为输入，就可以形成连续的0101，持续不断地发送电路信号。
将任意个逻辑电路进行组合集成就是集成电路，可以形成诸如寄存器，ALU(逻辑算数单元)，时钟等，这些设计就比较复杂了，不再详述。
