计算机知识整理
一、编程语言就是软件开发，软件必须依附在操作系统上才能运行。
二、计算机的大脑就是处理器，即CPU。它从内存中取指令→解码→执行，此过程重复至整个程序被执行完成。每个cpu都有一套可执行的专门指令集，任何软件的执行最终都要转化成cpu的指令去执行。Pentium（英特尔第五代x86架构的微处理器）不能执行SPARC（另外一种处理器）的程序。
CPU访问内存取指令的时间要比执行指令的时间长，所以，所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器。
寄存器分为通用寄存器、程序计数器、堆栈指针和程序状态字寄存器。
通用寄存器就是保存变量和临时结果的。
程序计数器就是将要取出被它保存的下一条指令的内存地址。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，它是一个非常重要的寄存器，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非常重要。
cpu分为内核态和用户态两种模式，通常PSW中有一个二进制位控制这两种模式。
当cpu在内核态运行时，cpu可以执行指令集中所有的指令，很明显，所有的指令中包含了使用硬件的所有功能，（操作系统在内核态下运行，从而可以访问整个硬件）
用户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，该子集中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情况下，在用户态中有关I/O和内存保护（操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用），当然，在用户态下，将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。
内核态与用户态的切换，用户态下工作的软件不能操作硬件，但是我们的软件有操作硬件的需求，那就必须经历从用户态切换到内核态的过程，为此，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，TRAP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。
存储器分为寄存器、高速缓存、内存和cmos
寄存器即L1缓存，L1缓存的制造材料和cpu相同，因此速度很快，cpu访问它无时延。典型容量在32位cpu中为32*32，在64位cpu中为64*64，在两种情况下容量均<1KB。
高速缓存即L2缓存，主要由硬件控制高速缓存的存取，内存中有高速缓存行，最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常接近cpu的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时，高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。如果是，则称为高速缓存命中。反之称为高速缓存未命中，这样就必须要访问内存。
内存是易失行存储，断电后数据就会消失。
除了内存之外，计算机已经在使用少量的非易失性随机访问存储如ROM，当电源切断之后，非易失性存储的内容不会丢失。ROM只读存储器在出厂时就被编写完成，因此不可修改。
EEPROM和闪存也是非易失性的存储器。闪存通常作为存储媒介，它在速度上介于RAM和磁盘之间，但与磁盘不同的是，闪存擦除的次数过多，就会被磨损了。
还有一类存储器就是CMOS，它也是易失性存储器，CMOS存储器和递增时间的电路有一小块电池驱动，所以，即使断电了，时间也能正确的更新。CMOS还可以保存配置参数，用CMOS是因为它耗电非常少。
磁盘是一种低俗的机械装置，在磁盘中有一个或多个金属盘片，它们以5400，7200或10800rpm的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂悬在盘面上。为了统计方法，8个bit称为一个字节bytes，1024bytes=1k，1024k=1M，1024M=1G,所以我们平时所说的磁盘容量最终指的就是磁盘能写多少个2进制位。磁盘上的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，每个磁道又分为若干扇区，扇区典型的值是512字节。数据都存放在每段的扇区上，从磁盘读取一段数据需经历寻道时间和延迟时间。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，找到了磁道就是找到了数据所在的那个圈圈，但是还不知道数据具体在这个圆圈的具体位置称为平均寻道时间。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，这段时间成为平均延迟时间。
虚拟内存使计算机可以运行大于物理内存的程序，是将正在使用的程序放到去内存执行，而暂时不需要执行的程序放到磁盘里的某个地方，这个地方称为虚拟内存。
磁带是一种容量非常大，速度低于磁盘，但是由于它的容量大、可移动性强，所以常被用于大数据备份。
cpu和存储器并不是操作系统唯一需要管理的资源，I/O设备也是非常重要的一环。
I/O设备包含了设备控制器和设备本身两部分。
控制器：是查找主板上的一块芯片或一组芯片（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，它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。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
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。
随着处理器和存储器速度越来越快，单总线很难处理总线的交通流量了，于是出现了多总线模式，他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。
多总线分为北桥（即PCI桥）和南桥（即ISA桥）。北桥用来连接高速设备，而南桥则用来连接低速设备。
计算机的启动流程：
1、给计算机通电
2、按下开机按钮，这时BIOS开始运行，开始检测硬件。
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
