计算机硬件介绍

1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

编程是一种语言，用来让人与计算机沟通，从而使计算机完成人发出的指令，编程语言即是人与计算机沟通的一种介质。

操作系统是运行在硬件之上，用来控制硬件的。

 

2.应用程序->操作系统->硬件

应用程序通过操作系统对硬件发起调用，操作系统通过硬件对硬盘发起访问，抓取数据后调用给应用程序。

 

3.CPU->内存->磁盘

CPU相当于人的大脑，用来运算

内存相当于人的记忆，用来临时存储

硬盘相当于记事本，用来永久存储

数据通过CPU运算，首先从硬盘中调取数据进入内存中，CPU再从内存里抓取数据进行运算。

 

4.CPU与寄存器，内核态与用户态及如何切换

CPU的运行速度高于内存 ，寄存器也是一种存储设备，用来保存关键变量和临时数据。

内核态与用户态是CPU的两种运行模式，通常PSW中有一个二进制用来控制这两种模式。

内核态：当CPU在内核态运行时，CPU可以执行指令集中所有的指令，即操作系统在内核态状态下运行可以对硬件进行访问。

用户态：应用程序在用户态下运行，仅仅只能执行CPU整个指令集的一个子集，即用户态不包含操作硬件的功能。

内核态与用户态切换：用户态下工作的软件不能操作硬件，但是软件有操作硬件的系统的话，必须切换成内核态然后通过操作系统对硬件进行调用。

 

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

L1缓存:寄存器即是L1缓存，存在于CPU内部，与CPU材质、速度相当，但是容量极小。

L2缓存:即高速缓存，主要由硬件控制高速缓存的存取。

内存（RAM）:主要的系统储存，特点易失性存储，断电后数据全部消失

EEPROM和闪存:EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）、闪存（flash memory）都是非易失性的但是与ROM相反，他们可以擦除和重写。

CMOS与BIOS电池:CMOS也是一种存储设备是易失性的，许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期以及配置的参数。CMOS存储器靠耗电量极少，使用BIOS电池供电，一块电池可以使用好几年，如果电池失去供电则会造成数据丢失返回出厂设置。

 

6.磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

磁盘结构:磁盘主要由若干金属盘片以及机械悬臂组成。悬臂的顶点是磁头，磁头在盘面上划过读取的区域称为磁道，把所有磁道合起来，组成一个柱面，每个磁道划分为若干个区域称为扇区。

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到时间。

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。

虚拟内存与MMU:如果计算机需要运行容量大于内存的程序，就会将暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，这块地方成为虚拟内存，由CPU中的一个部件负责，程为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

 

7.磁带

相对于硬盘有更高的存储容量，但是读写速度不如硬盘快，但是其容量大可移动性强的特点，常用于备份。

 

8.设备驱动于控制器

控制器是主板与磁盘驱动器之间的接口，装上USB控制器驱动，控制器才能正常工作。驱动程序必须基于操作系统才能运行。

 

9.总线与南桥和北桥

总线:是连接一个个组件，传输数据使用的。

北桥:连接高速设备。

南桥:连接慢速设备。

 

10.操作系统的启动流程

1.计算机加电

2.BIOS开始运行，检测硬件

3.BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备

4.启动设备读取扇区的内容

5.启动操作系统

6.操作系统询问BIOS，以获得配置信息。

 

11.应用程序的启动流程

用户使用硬件（鼠标）操作，双击应用快捷方式向操作系统发出请求，操作系统在硬盘路径中找到相应应用软件数据后存入内存中，CPU向内存中提取数据并将处理结果返还给操作系统，操作系统做出响应，应用软件打开。