计算机硬件基础
前言：
Python一种人和计算机沟通的语言也称为编程语言，所谓知己知彼 在学习Python之前我们先了解一下要沟通的对象---计算机是什么？它的结构、底层工作原理才能写出更好的编程语言，和它进行更亲密得交流、沟通。
计算机是什么？
一种帮助人类运算、存储信息的工具。
一套完整的计算机系统由硬件、操作系统、应用程序组成；
一、硬件介绍
计算机硬件可划分为：CPU、内存、存储设备、输入设备、输出设备、总线连接组成。抽象比喻到人身上 处理器相当于人类的大脑、内存好比记忆、存储设备好比人的笔记本（帮助人永久存储信息）、 输入设备好比老师讲课（向大脑传入信息）、输出设备（好比人的表情，喜怒变现于面），连接总线（好比人的神经系统将各个组件联系起来）分别了解一下计算机的各大组件。
二、CPU
CPU相当于人类脑负责从内存中取指令->解码->执行，循环工作着。
1.0.CPU模式：
CPU在工作过程中有2中模式，即内核态与用户态，PSW（状态寄存器）中有一个二进制位控制这两种模式。
a.内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序
b.用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
1.1、为什么要有用户态和内核态？
由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态
1.2、CPU核心的组件
CPU核心组件包含 运算器、控制器、寄存器
a.运算器
arithmetic unit，计算计中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传b.送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。
c.控制器
内存是三维编址/全局编址的数据存放都有特定的位置，控制器负责从内存中读取数据给运算器
d.寄存器
由于运算器要对数据进行运算 比如运算 2+6=8但运算器只能运算没有记忆所以 需要寄存器 存储要参加运算的数据 2 和 6 。
1.3、寄存器的分类：
通用寄存器
保持临时变量和运算结果
程序计数器
它保存了将要取出的下一条指令的内存地址。在指令取出后，程序计算器就被更新以便执行后期的指令。
堆栈指针寄存器
它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存器中的临时变量
程序状态字寄存器（PSW）
这个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。用户通常读入整个PSW，但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中，PSW非常非常非常非常非常非常重要
三、存储器（ 内存、硬盘.....）
由于内存有易失性，断电后不能保持信息，所以计算机必须由存储器来永久保存数据；
2.0、 存储器的种类
a.非易失性随机访问存储如ROM（Read Only Memory，ROM）
在电源切断之后，非易失性存储的内容并不会丢失，ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕，然后再也不能修改。ROM速度快且便宜，在有些计算机中，用于启动计算机的引导加载模块就存放在ROM中，另外一些I/O卡也采用ROM处理底层设备的控制。
b.EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory）也是非易失性的
但是与ROM相反，他们可以擦除和重写。不过重写时花费的时间比写入RAM要多。在便携式电子设备中中，闪存通常作为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷，是便携式音译播放器的磁盘，还应用于固态硬盘。闪存在速度上介于RAM和磁盘之间，但与磁盘不同的是，闪存擦除的次数过多，就被磨损了。
c.CMOS
它是易失性的，许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动，所以，即使计算机没有加电，时间也仍然可以正确地更新，除此之外CMOS还可以保存配置的参数，比如，哪一个是启动磁盘等，之所以采用CMOS是因为它耗电非常少，一块工厂原装电池往往能使用若干年，但是当电池失效时，相关的配置和时间等都将丢失。
d.磁盘：
扇区： 机械硬盘的转轴转动带动硬盘内的金属盘片跟随转动，机械手臂上下摩擦盘面一个段称扇区。
四、连接总线：
连接计算机各个组件的主线
3.0连接总线分类：
a.北桥:
即PCI桥：连接高速设备
b.南桥:
即ISA桥：连接慢速设备
五、计算机启动流程
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。
启动流程如下
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bootloader启动装载模块，启动操作系统
6.然后操作系统询问BIOS，以获得配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，如果没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格（如进程表），穿件需要的进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI
