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：

编程语言是程序员与计算机沟通的介质

编程语言来编写程序 程序的运行需要在操作系统上    而操作系统就是来操作硬件运行的

 

二：

cpu-》内存-》磁盘

CPU是相当于人的大脑 是用来计算的

内存相当于人的记忆你  是用来临时存储的

磁盘相当于笔记本 是用来永久存储

 

三：

cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换

CPU就是计算机的大脑，他从内存中取指令-解码再执行，循环这样直至程序彻底执行结束。

寄存器是最快的存储设备，是用和CPU同样材质的东西做的。速度和CPU一样快，用来保存关键变量和临时数据。

CPU有两种模式，内核态（操作系统）和用户态（应用程序）。

内核态指的是操作系统被CPU执行时的状态

用户态指的是应用程序被CPU执行时的状态

应用程序需要用硬件，但是不能直接操作硬件，所以要通过操作系统，但是操作系统又处于内核态，所以就需要用户态切换到内核态，内核态再切换到用户态。在PSW进行系统调用。

 

四：

存储器系列，L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池  

1： L1缓存是和CPU材质一样的，速度超级快但是存储空间太小，而且代价会很高。即是寄存器。

2： L2缓存是高速缓存，速度比L1要慢，内存比L1大。L1与L2的差别在于对cpu对L1的访问无时间延迟，而对L2的访问则有1-2个时钟周期（即1-2ns）的延迟。

3： 内存是存储器系统的主力，比高速缓存速度慢，但是容量大价钱便宜。特点是易失性存储，断电后数据消失。

4：EEPROM和闪存   Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM。EEPROM和闪存都是非易失性的，但是他们可以擦除和重写，只是重新写入的时间要比RAM慢很多。

5：CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对参数的设定，其内容可通过设置程序进行读写。CMOS芯片由主板上的钮扣电池供电，即使系统断电，参数也不会丢失。

6： BIOS是计算机主板上一个基本的输入输出程序，这个程序主要负责找到装操作系统的盘，读到 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

 

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 物理结构就是磁头和磁盘以及机械手臂  

每个磁头可以读取一段换新区域，称为磁道

把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来，组成一个柱面

每个磁道划成若干扇区，扇区典型的值是512字节

数据都存放于一段一段的扇区，即磁道这个圆圈的一小段圆圈，从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间

2： 平均寻道时间：机械手臂从一个柱面随机移动到相邻柱面的时间，找到了磁道就找到了数据所在的那个圈，但是并不知道数据具体在这个圆圈的哪个位置。

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

4： 虚拟内存和MMU：虚拟内存机制为可以使计算机运行大于物理内存的程序，方法是讲正在执行的程序放入内存中执行，而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，这块地方称为虚拟内存，Linux中称为swap，这种机制的核心在于快速映射内存地址，由CPU中的一个部件负责，称为存储器管理单元（mmuMemory Management Unit MMU）

 

六：

磁带：价钱相同的情况下，存储容量比硬盘高，传输速度比磁盘慢，因为它容量大，在地震火灾水灾可移动性强等特性，常被用来做备份用。

 

七：

设备驱动与控制器

I/O 是输入/输出接口 分为设备控制器和设备本身两个部分

1： 控制器：是查找主板上的一块或一组芯片（硬盘，网卡，声卡等都需要插到一个口上，这个口连的便是控制器），控制器负责控制连接的设备，从操作系统接收命令，比如读硬盘数据，然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容。

2： 控制器的功能：通常情况下对设备的控制是非常复杂和具体的，控制器的任务就是为操作系统屏蔽这些复杂而具体的工作，提供给操作系统一个简单而清晰的接口

3： 设备本身：有相对简单的接口且标准的，这样大家都可以为其编写驱动程序了。要想调用设备，必须根据该接口编写复杂而具体的程序，于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统。必须把设备驱动程序安装到操作系统中。

 

八： 总线与南桥和北桥

北桥为PIC桥，连接高速设备。用于CPU,内存，显卡，pci。

南桥为ISA桥，连接慢速设备。负责I/O接口等一些外设接口的控制等。

 

九： 操作系统的启动流程

在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序（Basic  Input Output system)

BIOS就相当于一个小的操作系统，它有底层的I/O软件，包括读键盘，写屏幕，进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM中。

1： 加电

2: 启动BIOS，完成系统自检（CPU 内存 显卡 硬盘等）

3：BIOS读取在CMOS（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）中的数据参数，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为引导部分，后64为分区信息，最后两位为标志位。）

5： 根据MBR主引导记录读入BOOTLOADER(GRUB)启动装载模块，启动操作系统。

6： 操作系统询问BIOS，获得配置信息。对于每种设备，系统会检查是否存在该设备驱动程序，如果没有，系统会要求用户安装设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将他们调入内核。然后初始有关的表格（如进程表），创建需要的进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI

 

十： 应用程序的启动流程

1： 输入设备将指令发给控制器。

2： 控制器通过驱动将请求发给操作系统。

3： 操作系统会在硬盘上寻找文件位置。

4： 找到文件后会往内存里面读，读完以后程序启动成功。