python学习之计算机基础详解

Posted 2020-11-27 leilijian

1、CPU详解

·型号（x86-64）

? x86是指的CPU的型号，这种型号的CPU采用的是x86架构。

? 64是指CPU一次能够从内存中接受64位二进制数据；CPU具有向下兼容性，64位的CPU既能运行32位的程序也能运行64位的程序。

·内核态与用户态

? CPU最核心的部分为控制其他硬件的指令集，指令集分为控制指令集和运算指令集；

当计算机运行操作系统的代码时，所有指令集都开放，此时称为CPU的内核态；

当计算机运行应用程序的代码时，只开放运算相关的指令集，此时称为CPU的用户态。

? 应用程序的运行必然涉及到计算机硬件的操作，那就必须由用户态切换到内核态下才能实现，所以计算机在工作时频繁发生内核态和用户态之间的切换。

·多线程与多核芯片

? 2核4线程：2核代表有2个CPU，4线程代表每个CPU都有2个线程，伪4核；

? CPU性能比2核强，但是比4核差。

? 4核8线程：4核代表有4个CPU，8线程代表每个CPU都有2个线程，伪8核；

? CPU性能比4核强，但是比8核差。

2、存储器

RAM：内存，断电后数据丢失

ROM：“只读内存”，断电后数据不丢失；

? 存放计算机厂商写在计算机上的一段核心程序>>>>>Bios

CMOS：存取速度慢，断电数据丢失，耗电量极低；

          靠主板的电池供电，里面存放着系统时间，BIOS的设置信息等数据。

硬盘：

? 机械硬盘：磁盘

? 磁道：一圈数据，对应着一串二进制（1bit代表一个二进制位）

? 8bit比特位=1Bytes字节

? 1024Bytes=1KB

? 1024KB=1MB

? 1024MB=1GB

? 1024GB=1TB

? 扇区：

? 一个扇区通常为512Bytes

? 站在硬盘的角度，一次性读写数据的最小单位为扇区

? 操作系统一次性读写的单位是一个block块>>>>>8扇区的大小=4096Bytes

? 柱面：

? 硬盘通常是几张磁盘叠在一起，所有磁盘的一圈数据可以看成圆柱体，即为柱面

机械硬盘：

? 内由闪存芯片构成，存取速度快，价格高，通常作为系统盘使用。

·I/O延迟

? IO延迟 = 平均寻道时间 + 平均延迟时间

? 平均寻道时间：机械手臂转到数据所在的磁道需要花费的时间，受限于物理工艺水平；

? 目前机械硬盘可以达到的是5ms。

? 平均延迟时间：磁盘旋转半圈需要花费的时间，受限于硬盘的转速；

? 如果一块硬盘的转速为7200转/min,则它的平均延迟时间为4ms。

? 平均寻道时间取决于物理水平，不会有太大的差异；而平均延迟时间受限于硬盘的转速，因此I/O延迟主要是由平均延迟时间决定，即由硬盘的转速决定。

? 优化程序运行效率的核心法则：能从内存取数据，就不要从硬盘取（尽量不从硬盘取数据）。

? IO设备 = 设备的控制 + 设备本身，设备的控制是通过设备的控制器（一组芯片）来实现；

? 操作系统---->驱动程序---->设备的控制器---->硬盘

虚拟内存：当内存不够时，计算机会从硬盘中拿出一部分空间来当内存使用，以缓解内存的紧张。

3、总线

? 南桥：连接硬盘、USB等低速存储器

? 北桥：连接CPU、内存等高速存储器

4、操作系统的启动流程

BIOS介绍：

? BIOS：basic input output system

? BIOS被写入到ROM中

裸机：

? CMOS充当硬盘

? ROM充当内存，存放BIOS系统

? CPU

操作系统的启动流程：

? 1）计算机通电

? 2）启动BIOS系统，对CPU、内存、硬盘等设备进行检测；

? 3）BIOS从CMOS中读取设置信息，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位引导信息，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启动加载模块，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，系统则会要求用户安装设备驱动程序。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。

5、应用程序的启动流程

? 1）双击exe快捷方式---->文件的绝对路径，就是在告诉操作系统，我有一个应用程序要执行，应用程序的文件路径是（exe文件的绝对路径）

? 2）操作系统会根据文件路径找到exe程序在硬盘的位置，控制其代码从硬盘加载到内存

? 3）然后控制CPU从内存中读取刚刚读入内存的应用程序的代码执行，应用程序完成启动