计算机基础

一.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

    编程语言就是程序员和计算机之间沟通的介质。而操作系统是用来控制硬件的，所以说我们开发时，需要调用操作系统为我们提供接口就可以。比如程序员给计算机输入指令，计算机在接收指令之后给cup开始收取指令，分析指令，执行指令。之后交给计算机的硬件去执行。

      1.应用程序-》操作系统-》硬件

    2.cpu-》内存-》磁盘

 

二.cpu与寄存器

       1.cpu

          cpu从内存中取指令->解码->执行，然后再取指->解码->执行下一条指令，周而复始，直至整个程序被执行完成。

       2.寄存器

          a.通用寄存器：保存变量和临时结果

          b.程序计数器：保存将要取出的下一条指令的内存地址

          c.堆栈指针：包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架

          d.程序状态字寄存器：包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式（用户态或内核态），以及各种其他控制位

三.内核态与用户态及如何切换

         内核态：cpu可以执行指令集中所有的指令

         用户态：只能执行cpu整个指令集的一个子集，该子集中不包含操作硬件功能的部分

         如何切换：用户程序必须使用系统调用，系统调用陷入内核并调用操作系统，TRAR指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统从而获得服务

四.存储器系列

         1.L1缓存：用和cpu相同的材质制成，cpu访问它没有延时

         2.L2缓存：高速缓存的存取

         3.内存（RAM）：随机访问存储RAM“主存是易失性存储，断电后数据全部消失”

         4.EEPROM和闪存：非易失性，可以擦除和重写

       5.CMOS与BIOS电池：易失性，CMOS主要用来保持当前时间和日期；BIOS电池给CMOS通电，保持正常运行

五.磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

      1.磁盘结构：扇区，磁道，柱面

 

      2.平均寻道时间：机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻道时间

      3.平均延迟时间：机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下，这段时间成为延迟时间

      4.虚拟内存与MMU：讲正在使用的程序放在内存取执行，而暂时不需要执行的程序放到磁盘的模块地方，这块地方成为虚拟内存，在linux中成为swap，这种机制的核心在于快速的映射内存地址，由cpu中的一个部件负责，成为存储器管理单元（Memory Management Unit MMU）

六.磁带

      磁带：在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量，虽然速度低于磁盘，但是因其大容量，在地震水灾火灾时可移动性强等特性，常被用来做备份

七.设备驱动与控制器

      1.设备驱动：可以使计算机和设备通信的特殊程序

      2.控制器：负责控制连接的设备，它从操作系统接收指令；比如读取硬盘，然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容

八.总线与南桥和北桥

 

 

 

              如图：北桥连接高速设备，南桥连接慢速设备

九.操作系统的启动流程

          启动流程

         1.计算机加电

         2.BIOS开始运行，检测硬件：cpu，内存，硬盘等

         3.BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备

         4.从启动设备上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）

         5.根据分区信息读入bootloadar启动装载模块，启动操作系统

         6.操作系统询问BIOS并获得配置信息

十.应用程序的启动流程

         使用鼠标双击应用程序快捷方式向系统发出请求，操作系统在硬盘路径中找到应用程序软件数据后存入内存，cpu向内存中提取并将处理结果反馈给操作系统，操作系统做出相应，应用软件打开。