计算机基础

Posted 2020-09-18

CPU（计算器和控制器） + 存储设备 + 输入输出设备，是计算机硬件的最基本的组成元素

一、CPU

cpu工作流程：

取指令 -- 解码 -- 执行，如此为一个进程，然后再取指令 -- 解码 -- 执行，通过这种不断循环，来完成计算任务。CPU有一套自身的指令集，从内存中调取软件的代码需要先转化为cpu的指令集，再去执行。

进程和线程的理解：

进程是资源单位，线程为执行单位，可以作这样的类比，北京的地铁为一个进程，具体的线路如2#、13#为线程。我们常说的双核四线程，相当于2个进程，每个进程有4个线程，总共有8个。

二、存储设备

CPU的处理速度是极快的，为了解决存储设备的读取性能瓶颈，由上至下，将存储类别分成寄存器（一级缓存L1)—— 二级缓存L2 —— 内存 —— 硬盘，越往后，速度越慢。

寄存器（也叫高速缓存L1），位于CPU的内部，速度极快，CPU访问它无延迟，分类：

1. 通用寄存器，用来保存变量和临时处理结果；

2. 程序计数器，保存要取出的下一条指令的内存地址，一旦指令被取出，程序计数机就更新；

3. 堆栈指针；

4. 程序状态字寄存器（program status word，PSW），通过0和1这两个状态，实现在用户态和内核态之间的切换。用户态，即用户运行的程序，是不能操作底层硬件，而内核态可以操作CPU的指令集，从而实现直接对操作底层硬件的控制。程序通过发起系统调用来切换内核态。

内存：易失性存储，断电数据消失，容量大，也是计算机运行时的主力存储。如果内存不够用，可以在硬盘上开辟一块儿区域作为虚拟内存，在linux中，称为swap

RAM （read only memory），是一种非易失性的存储，一般在出厂时写入Bios

还有一类CMOS，也是易失性存储，通常位于计算机的主板上，由一小块电池供电，用于保持日期时间，保存配置参数，启动信息等，BIOS运行于此。

硬盘：磁道，扇区，块，柱面:

1. 扇区是磁盘级别的最小读写单位，512byte

2. 块（block）为操作系统的最小读写单位，相当于8个扇区，512 * 8 = 4096byte, 即4KB

3. 柱面，对应磁盘分区，如C盘、D盘

三、操作系统

操作系统位于硬件和用户软件之间。

操作系统除了要管理CPU和存储器，还要管理I\O设备（如硬盘，声卡，显卡，网卡等）。I\O设备包含设备控制器和设备本身，OS并不直接控制设备，因为那是非常复杂和具体的，而是通过设备控制器。人们只需为设备控制器编写驱动程序，并把驱动接口提供给操作系统。通过驱动程序，操作系统只需发出命令， 就可实现对设备的简单有效控制。

四、系统启动流程

1. 通电后，BIOS检测硬件

2. BIOS读取CMOS中的参数，选择启动设备，如硬盘，U盘等

3. 找到硬盘中的MBR（主引导记录，为硬盘中的第一个扇区512KB，记录了引导和分区信息）

4. 读入bootloader，启动操作系统

5. 操作系统检测硬件设备及其驱动，并将他们调入内核

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