计算机基础

Posted 2022-02-17 linxidong

 一、编程与编程的目的

  1.什么是语言？什么是编程语言？

    语言是一种事物与另一种事物沟通的介质

    编程语言就是程序员与计算机沟通的介质

  2.什么是编程？

    程序员把自己想要让计算机做的事情用编程语言表达出来，编程的结果就是一系列的文件

  3.为什么药编程？

    是为了让计算机按照人类的思维逻辑去工作，从而解放人力

  所以，在编程世界里计算机其实就是人的奴隶，编程的目的就是为了奴役计算机。

二、计算机的组成

  计算机组成指的是系统结构的逻辑实现，包括机器机内的数据流和控制流的组成及逻辑设计等。主要分为五个部分：控制器，运算器，储存器，输入设备，输出设备。

计算机组成的任务是在指令集系统结构确定分配给硬件系统的功能和概念结构之后，研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令集的各种功能和特性。这种联系包括各功能部件的内部和相互作用。

计算机组成要解决的问题是在所希望达到的性能和价格下，怎样最佳，最合理地把各个数倍和部件组成成计算机，已实现所确定的ISA。计算机组成设计要确定的方面应包括：

    (1)数据通路宽度：数据总线上一次并行传送的信息位数。

    (2)专用部件的设置：是否设置乘除法、浮点运算、字符处理、地址运算等专用部件，设置的数量与机器要达到的速度、价格及专用部件的使用频度等有关。

    (3)各种操作对部件的共享程度：分时共享使用程度高，虽限制了速度，但价格便宜。设置部件多降低共享程度，因操作并行度提高，可提高速度，但价格也会提高。

    (4)功能部件的并行度：是用顺序串行，还是用重叠、流水或分布式控制和处理。

    (5)控制机构的组成方式：用硬联还是微程序控制，是单机处理还是多机或功能分布处理。

    (6)缓冲和排队技术：部件间如何设置及设置多大容量的缓冲器来协调它们的速度差；用随机、先进先出、先进后出、优先级，还是循环方式来安排事件处理的顺序。

(7)预估、预判技术：为优化性能用什么原则预测未来行为。

(8)可靠性技术：用什么冗余和容错技术来提高可靠性。

  

1. 控制器：是计算机的指挥系统，负责控制计算机其他硬件的工作

 2. 运算器：负责数学运算与逻辑运算
  控制器+运算器=CPU=====》人的大脑
 3. 存储器
  内存：====》人脑的记忆功能
   优点：存取速度快
   缺点：断电数据就丢失，只能临时保存数据
  外存：如硬盘===》笔记本
   优点：断电数据不丢失，可以永久保存数据
   缺点：存取速度慢
  
 4. 输入设备input
 5. 输出设备output  
 
 
 总结：
  与运行程序有关的三大核心硬件：cpu、内存、硬盘
  程序最先都是存放于硬盘的，站在硬件角度，程序的启动时，硬件的工作流程：
   1. 程序相关数据先从硬盘读入内存
   2. cpu从内存取出指令/数据然后运行
 
三 、CPU详解

  

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的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。

中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

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  CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

  逻辑部件：英文Logic components；运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。

   寄存器：寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间（或最终）的操作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。
   控制部件：英文Control unit；控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。

简单指令是由（3～5）个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。

四 存储器

   存储器（Memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

 平均寻道时间（找磁道的时间）+平均延迟时间（转半圈的时间）=一次IO时间
 

五输入输出设备（IO设备)
  输入输出设备（IO设备），是数据处理系统的关键外部设备之一，可以和计算机本体进行交互使用。如：键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

  输入设备：

  输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备（Input Device ），是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。

计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。计算机的  输入设备按功能可分为下列几类：

         ● 字符输入设备：键盘；

         ● 光学阅读设备：光学标记阅读机、光学字符阅读机；

         ● 图形输入设备：鼠标器、操纵杆、光笔；

         ● 图像输入设备：数码像机、扫描仪、传真机；

         ● 模拟输入设备：语言模数转换识别系统。

（如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等）将数据、程序和控制信息送入计算机内。

 
输出设备：

  输出设备（Output Device）是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

显示器是计算机必不可少的一种图文  输出设备，它的作用是将数字信号转换为光信号，使文字与图形在屏幕上显示出来；打印机也是PC机上的一种主要输出设备，它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

输入输出设备（I/O）起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。

 
六：操作系统定义：

  操作系统（英语：operating system，缩写作 OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、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事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

操作系统的类型非常多样，不同机器安装的操作系统可从简单到复杂，可从移动电话的嵌入式系统到超级计算机的大型操作系统。许多操作系统制造者对它涵盖范畴的定义也不尽一致，例如有些操作系统集成了图形用户界面，而有些仅使用命令行界面，而将图形用户界面视为一种非必要的应用程序。