计算机基本组成于工作模型 -二进制-分时复用操作系统-并发并行-内存-硬盘-高速缓存-BIOS

Posted 2021-12-05 陕西五花肉

1- 计算机基本组成于工作模型

1.为什么cpu计算机只能认识0和1

​ 因为cpu作为计算机的核心,负责计算,控制存储等功能.在执行这些功能过程中,CPU需要接受主板供电,从初高中物理上我们得知,任何电器设备,需要形成回路,同时,供电状态只有俩种,一种是高电平一种叫低电平,我们将高低电平分开表示供电1和,就得出一下结论。

​ CPU要不接受高电平也就是内容位1的信号输入，要么接受低电平也就是内容为0的信号输入，不能接受其他形式的输入，所以CPU只能认识0和1。

2.再输入内容的过程中，如何区分两个电平的是高是底

​ 在输入相关电压时，连续输入两个高电平或者电平是时，会发生CPU采集不到内容间隔的问题，也就是说，连续输入两个1和只输入个1之间，波形图没有任何区别，于是CPU引入了一种解决方案-时钟。

​ CPU工作在两个波形下，一个数据波形，一个是采集波形，采集波形按照CPU规定参数（主频）分时间采集数据波形是当前是高电平还是低电平，在采集间隔内，不关心当前是高是低（无所谓高低，因为当前的数据波形高低不影响最终的结果）。只有在采集时，信号输入灌胶给出的电平是高，还是低会影响CPU最终采集结果。

​ 于是我们得到了一个CPU关键参数，叫做主频，一般主频的工作单位是GHz，也就是一秒钟采集： 1024*1024*1024*X次，其中X是主频。

上半部分是数据时钟,下面试采集波形

​

3.什么是分时复用操作系统

​ 一个CPU的主频一般来说，执行两次采集时间都很短，绝对小于人类的反应时间，于是计算机的操作系统认为，同一时刻，我们并不能将任务分配给同一个CPU，但是用户又希望两个任务同时执行，那么由于CPU执行的速度很快，我们就可以将其采样时间分配给不同的任务，在人类反应的时间内,CPU其实是一会执行A任务，一会执行B任务，对于用户来说，就好像AB任务同时执行。但从根本上说，两个任务并没有同时执行，这个时候，我们将可以完成这种分配的操作系统，叫做分时复用操作系统。

（A和B同时进行）

4.什么是并发，什么是并行

​ 并发（Conncurrent）：并不是真正意义上同时发生。是CPU的一种时间复用。由于执行速度特点块，所以让人们感觉好像同时发生。但这种“同时发生”，回引起数据混乱，所以需要特别注意，在JAVA的线程工作部分，我们会着重讲解。

​ 并行（Parlern）：真正意义上的同时发生，这个过程之中只要出现在多核CPU中，因为我们可以理解一个CPU核心，在同一个时间点，可以处理同一件事情（只能处理一个事情），但是多个核心就可以在同一个时间点，处理多个事情，这个时候，我们把不同的任务，交给不同的核心是，不同的核心在没有遇见资源抢占之前（比如，我俩核心都想在这个时刻，使用打印机，但是打印机只有一个），任务是可以同时发生的。

5.二进制-八进制-十进制-十六进制

​ 计算机只能识别高低电平，这个过程我们之前提到过，那么二进制就是1和0可以实现正常输入的过程，那么如果要输入一个超过2的值，我们需要实现十进制和二进制之间的相互转换，转换过程可以使用常见的竖除法，但是在相对较小的内容实方案上，其实使用简单的幂加法来实现更方便。

​ 这个过程相对方便，在我们希望给cpu输入内容时，由于cpu采样过程的特征，可能造成采样结果出现二义性：

输入一个3，在输入一个2的波形和输入一个7在输入一个0的波心形一样的

都是1110这个时候我们不能判断出，输入的内容究竟是什么

于是计算机提出一个概念，叫做计算机处理数据的最小单元，字节

一个字节所包含的信息是8(#`O′)二进制数字。cpu在每次获取内容时，如果没有获取8位二进制内容的整数倍信息时，认为数据获取不完整的

字节：最小数据处理单元，不可再分割。也就是说，就算我们要输入一个的内容时一个1，那么最少也是要给出8个二进制内瓤，否则cpu认为内容不完整。

于是输入3在输入2的结果就变成了：

0000 011 0000 0000

计算机在表达负数的时候，需要有特别的注意点，因为计算机不认识负号

十进制转二进制:

数值(列)	128	64	32	16	8	4	2	1
111	0	1	1	0	1	1	1	1
-126	1	0	0	0	0	0	1	0

​ 二进制如果是负数,将其 取反 在进行加一
$$eg:-126--->01111110--->10000001--->10000010$$

0是正数 1是负数 -1是二级制表达：1111 1111 正的最大值:127 负的最大值:-128

取反 (真假互换) 在加 1

-128 :1000 0000

二进制转8八进制:

​ 二进制转八进制的时候，二进制三位对应八进制一位，从小数点开始，从左或者往右开始取，取到最后不够三位，用0补位。

 这里以二进制 ：01011   0110为例，对应八进制则为：133

二进制转16进制 取四位 合一位，从小数点开始，向左向右取，到高位，不够位数 补0

	A->10   B->11   C->12   D->13   E->14   F->15

6.内存-硬盘-高速缓存-Bios

内存:

​ 外存与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. 相当于润滑剂,主要缓解CPU直接给硬盘的数据,由于cpu速度快,而硬盘速度没有cpu快,需要内存来进行,cpu将数据快速传给内存,内存给硬盘.

硬盘:

​ 机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）以及混合硬盘（SSHD）

​ 机械硬盘(HDD)是传统硬盘，为电脑主要的存储媒介之一。由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片，磁头，转轴，控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口和缓存等几个部分组成。工作时，磁头悬浮在高速旋转的碟片上进行读写数据。机械硬盘是集精密机械、微电子电路、电磁转换为一体的电脑存储设备。

​ 固态硬盘（SSD）是由多个闪存芯片加主控以及缓存组成的阵列式存储，属于以固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。相对机械硬盘，读取速度更快，寻道时间更小，可加快操作系统启动速度和软件启动速度。

高速缓冲存储器(cache):

​ 高速缓存 CACHE用途设置在 CPU 和 主存储器之间，完成高速与 CPU交换信息，尽量避免 CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。

​ 高速缓存 CACHE实现原理把CPU最近最可能用到的少量信息(数据或指令)从主存复制到CACHE中，当CPU下次再用到这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的CACHE中得到，从而提高了速度。

BIOS:

​ Basic Input Output System的缩写，乃基本输入/输出系统的意思，也就是计算机里最基础的引导系统，如果BIOS设置错误，硬件将会不正常工作