计算机基础

                                                                                计算机基础

   编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系：

         作用：编程语言就是程序员与计算机沟通的介质

         关系：操作系统的出现就是运行于硬件之上，来控制硬件的，我们开发时，只需要调用操作系统为我们提供的简单而优雅的接口就可以了

   应用程序-》操作系统-》硬件

         应用程序：  指为完成某项或多项特定工作的计算机程序，它运行在用户模式，可以和用户进行交互，具有可视的用户界面。应用程序通常又被分为两部分:图                            形  用户接口和引擎。

         操作系统：操作系统是管理计算机硬件资源，控制其他程序运行并为用户提供交互操作界面的系统软件的集合。操作系统是计算机系统的关键组成部分，负责                           管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。

         硬件：是由许多不同功能模块化的部件组合而成的，并在软件的配合下完成输入、处理、储存、和输出等4个操作步骤。

                  cpu-》内存-》磁盘

         cpu : 电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核                     心 部件。

        内存：它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存也被称为内存存储，其作用是                  用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算                  完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

        磁盘：用来永久存储，相当于笔记本。

  

   cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换

      计算机的大脑就是CPU，它从内存中取指令->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。 用户态下工作的软件       不能操作硬件，但是我们的软件比如暴风影音，一定会有操作硬件的需求，比如从磁盘上读一个电影文件，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。

     

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

      储存器系列：存储器系统采用如上图的分层结构，顶层的存储器速度较高，容量较小，与底层的存储器相比每位的成本较高，其差别往往是十亿数量级的

      L1缓存： 用与cpu相同材质制造，与cpu一样快，因而cpu访问它无时延，典型容量是：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。

      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按照0~64字节为行0，64~127为行1。。。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。

      内存（RAM）：主存是易失性存储，断电后数据全部消失

      EEPROM和闪存：非易失性

      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。

      BIOS电池： 用来给CMOS在关机状态下供电

   

   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：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，这类似于老式黑胶唱片机上                       的拾音臂。

　　 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，找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈，但是还不知道数据具体这个                             圆圈的具体位置。

      虚拟内存与MMU： 许多计算机支持虚拟内存机制，该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序，方法是将正在使用的程序放入内存取执行，而暂时                                             不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，这块地方成为虚拟内存，在linux中成为swap，这种机制的核心在于快速地映射内存地                                                  址，由cpu中的一个部件负责，成为存储器管理单元

      磁带：

            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。

            设备驱动与控制器：

      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。

      设备驱动: 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。

    总线与南桥和北桥: 

         总线：是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总                       线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

         北桥即PCI桥：连接高速设备

          南桥即ISA桥：连接慢速设备

    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：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。