python学习—-day1.计算机基础

Posted 2020-09-03

python学习—day1.计算机基础

一、计算机系统的硬件组成部分：
电脑的三大件：内存、硬盘、cpu

 

二、编程语言的作用及操作系统和硬件的关系：
答：1、编程语言的作用是与计算机沟通，并且可以用编程语言在操作系统上写程序，从而达到开发应用软件的目的
2、操作系统是用来管理计算机硬件资源的

 

三、应用程序—》操作系统—》硬件：
在硬件之上装操作系统，在操作系统上装应用程序
1、应用程序是指程序员开发的可运行的软件
2、操作系统的目的是用来管理计算机硬件的
3、硬件：cpu、硬盘、内存、键盘、鼠标统称为电脑硬件
其中三者之间的关系是：应用程序不可直接操作硬件，应用程序需要通过操作系统发起一个系统的调用指令，继而操作系统去操作硬件硬盘中的文件，将硬盘中的文件读取到操作系统中，最后反馈给应用软件。

 

四、cpu—内存—磁盘：
CPU：负责的是运算和控制，是服务器性能的核心部件
(注：cpu同一时刻只能做“一件事情”)
内存：内存是易失的，是个临时的存储器，断电的话，内存的数据会遗失
磁盘：硬盘是基于磁工作的，是永久存放数据的存储器
（注：内存比硬盘运行快，而cpu的运行速度是远高于内存的）
其中三者之间的关系是：写一个程序文件是保存在硬盘里的，想要运行这个文件的话是先把数据放到内存中，然后cpu去内存中读取数据-解码-最后来运行

 

五、cpu与寄存器，内核态和用户态如何切换：
寄存器是为了提高cpu的处理效率的存储设备，cpu是为了运算的，而寄存器是为了存储cpu需要运算的东西，寄存器和cpu的运行速度是一样的，同时，寄存器可以缓解cpu与内存之间的速度差
寄存器分类：
1、通用寄存器：是用来存储cpu急需要用的关键的数据和变量
2、程序计数器：由于cpu同一时刻只能做“一件事情”，但事实cpu的切换速度可以快到让用户觉得cpu在同一时间可以运行“多件事情”，而cpu在运行“多件事情”时，程序计数器的作用是是当第一件事情未运行完毕时，先将其进行保存，再去运行第二件事情，当第二件事情还未运行完毕时，可再次切回读取保存的第一件事情当时运行的位置，将其继续运行
3、堆栈指针：先进去的后出来，“吐”的比喻
4、程序状态字寄存器：cpu内部有自己的指令集，去控制cpu的运行，当有程序需要交给cpu去运行时，而由于操作系统和应用软件两者最后都需要转换成cpu的指令去运行，cpu可以操作硬件，而由于操作系统可以操作硬件，但应用软件不可以操作硬件，所以cpu需要靠程序状态字寄存器去下达指令，去区分操作系统和应用软件谁可以操作硬件
内核态：内核态是操作系统的cpu运行状态，其特点是cpu对操作系统完全放行（包含了使用硬件的所有功能）
用户态：用户态是指应用程序对cpu发号指令时，对其关闭操作硬件的指令，使其无法操作硬件
内核态和用户态如何切换：
内核态和用户态这两者的切换是通过和cpu有着同样运行速度的程序状态寄存器里的二进制状态位来切换的

 

六、存储器系列、L1缓存、L2缓存、内存（RAM）、EEPROM和闪存、CMOS和BIOS电池
（1）存储器系列：磁带、硬盘、内存、高速缓存、寄存器都属于存储器系列，其速度比较是磁带＜硬盘＜内存＜高速缓存＜寄存器
其容量比较是磁带＞硬盘＞内存＞高速缓存＞寄存器
（2）L1缓存和L2缓存：1个cpu处理器里出现2个或者4个完整处理器的cpu芯片
inter里1个cpu有4个核，每个核里都有自己的1级缓存即L1缓存（寄存器），它们分别将数据共享到2级缓存即L2缓存（高速缓存）；
而AMD里1个cpu有4个核，每个核里都有自己的1级缓存即L1缓存（寄存器），而每个L1缓存里又分别有自己的2级缓存即L2缓存（高速缓存），由于之前没有共享数据，故在保持四个L2缓存一致性上存在极大的困难
注：L1缓存即寄存器是存放cpu立即需要用的数据；L2缓存（高速缓存）是存放cpu经常需要用的数据
（3）内存（RAM）：内存是易失的，是个临时的存储器，断电的话，内存的数据会遗失
（4）EEPROM和闪存：EEPROM是可擦除可编写的ROM（非易失性随机访问存储）；闪存也是非易失的，是基于电的原理，多用于固态硬盘，使得固态硬盘的速度远远高于机械硬盘（基于磁的原理），但闪存擦除次数过多，容易磨损
（5）CMOS和BIOS电池：CMOS存储器一般是计算机用来保持当前时间和日期的，但它是易失性的，断电的话，数据会全部丢失，所以需要安上BIOS电池

 

七、磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU
（1）磁盘结构：磁盘大致由机械手臂、盘面、磁头、马达构成，2个盘大致有4个机械手臂，每面一个
（2）平均寻道时间：操作系统往硬盘上写数据时，磁盘转动时，机械手臂找到了磁道数据所在的那个圆圈所花的时间，但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置
（3）平均延迟时间：是机械手臂找到正确的磁道之后还需要找到数据所在的扇区区间部分，这段时间称之为平均延迟时间
（4）虚拟内存与MMU：虚拟内存是硬盘上的空间，做内存的事，让计算机可以运行大于物理内存的程序；MMU是内存的地址和硬盘地址的一个映射关系

 

八、磁带
磁带容量大，比硬盘的可移动性强，通常用来做数据库备份

 

九、设备驱动与控制器
1、设备驱动就是软件，是控制器的操作系统，不同的电脑操作系统需要不同的设备驱动
2、控制器是控制I/O设备的

 

十、总线与南桥和北桥
总线：总线是连接一个个组件的，传输数据的
北桥即PCI桥：连接高速设备（如高速缓存、cpu、硬盘）
南桥即ISA桥：连接慢速设备（如usb、显示器、打印机、声卡）

 

十一、操作系统的启动流程：
1、插电（连接电源）
2、计算机加载BIOS程序，检测cpu、内存、硬盘等
3、BIOS读取CMOS里系统盘是哪一个，然后启动设备
4、其次从系统盘上读取第一个扇区的内容
5、然后计算机负责将操作系统上的代码全部往内存里读取来启动操作系统
6、最后操作系统会询问BIOS启动了哪些设备，会询问BIOS哪种程序的驱动设备存在，存在的话，直接调用，不存在的话，会要求用户安装驱动设备，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。启动登录程序。

 

十二、应用程序的启动流程:
1、双击（将双击操作交给输入设备，输入设备交给控制器，控制器交给操作系统（操作系统随时监控着）
2、操作系统去硬盘上找寻文件，往内存里读取，继而程序启动运行