计算机基础

Posted 2020-09-18 枫凌01

一、编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系（应用程序>>操作系统>>硬件）

1、编程语言是人和计算机之间的沟通语言，实现人对计算机的控制，使其实现某些功能

2、计算机是由硬件—系统—软件组成，软件（应用程序）通过操作系统实现对硬件的控制，应用程序通过编程实现其功能，必须运行在系统之上，系统是程序的载体，所有硬件的操作，需要系统进行控制，如图

3、CPU-》内存-》磁盘

CPU即人的大脑，负责运算，内存即人的记忆，负责临时存储，磁盘即笔记本，负责长期的存储

 

二、CPU与寄存器，内核态与用户态及如何切换

1、CPU就是计算机的大脑，通过提取指令-解码-执行，每个CPU都有一套执行指令，任何程序的运行都需要被解码成CPU所认识的指令去执行，CPU通过提取内存中的程序，然后       去执行操作

内存的运行速度比CPU慢，所以CPU在访问内存指令所花费的时间，比CPU在执行的指令的时间要长，所以CPU会有一个地方用来保存临时数据，就是寄存器，将内存所常用的指令保存在寄存器，让CPU更快的提取，保证计算机更快的运行

寄存器分为通用寄存器、程序计数器、堆栈指针、程序状态字寄存器

2、CPU通过指令解码运行时，一般会同时运行多个程序，当多个指令同时取出和运行时，CPU为了保证所有程序在同一时间运行，将所有指令装入一个保持缓冲区，然后同时运行

CPU一般有2种运行模式，即内核态和用户态

内核态：当CPU在内核态运行时，CPU可以执行集中所有的指令

用户态：当程序在用户态下运行，仅仅只能执行CPU整个指令集的一个子集，该子集中不包含操作硬件功能的部分

用户态在工作状态中所运行的程序，不可以访问硬件，但大部分程序是需要通过硬件才可以实现其功能的，这时将启用系统调用，实现用户态向内核态的转换

 

三、存储器系列，L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与Bios电池

计算机第二重要的就是存储器了，存储区一般分为寄存器、高速缓存、内存、磁盘、磁带，寄存器容量最小，速度最快；磁盘容量最大，速度最慢

寄存器即L1缓存，材质就是CPU材质，所以速度最快，高速缓存即L2缓存

L1与L2的差别在于对cpu对L1的访问无时间延迟，而对L2的访问则有1-2个时钟周期（即1-2ns）的延迟。

内存，是系统存储器的主力，通常称为随机访问存储RAM，内存的容量在不断增多，主要是临时性存储，断电后就会消失

EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory），属非易失性的，在便携式电子设备中中，闪存通常作为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷，还应用于固态硬盘

CMOS与BIOS电池

CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失

 

四、磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

磁盘的结构如下:

数据存放在每一段一段的扇区，从磁盘中读取数据时，都会产生一定的寻道时间和延迟时间

平均寻道时间就是，当要读取数据时，磁盘读写头找到数据所存在的磁道所花费的时间，但是还不知道具体的位置

平均延迟时间就是，在磁道上找到所要读取数据的时间，这段时间要延迟时间

虚拟内存，当计算机运行的程序大于实际的物理内存时，将不需要执行的程序放入磁盘的某个地方，这个地方就是虚拟内存

MMU即存储器管理单元（Memory Management Unit），是CPU其中的一个部件，更快实现虚拟内存和物理内存中程序的转换

 

五、磁带

在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量，虽然速度低于磁盘，但是因其大容量，在地震水灾火灾时可移动性强等特性，常被用来做备份。（常见于大型数据库系统中）

 

六、设备驱动与控制器

当计算机装上系统之后，要实现一些硬件的功能，比如声音和显示，这时就需要安装驱动去实现这些功能，驱动在实现这些功能的过程，就需要通过控制器这个端口去实现

 

七、总线与南桥和北桥

计算机由很多硬件组成，让它们有效的运行，就需要将它们进行连接

北桥即PCI桥，连接高速设备

南桥即ISA桥，连接慢速设备

 

 

八、操作系统的启动流程

1、计算机通电

2、BISO（基本输入输出系统）开始运行，检测硬件

3、BISO读取CMOS（只可读RAM的芯片）存储器的参数，选择启动设备

4、从读取设备上读取第一个扇区的内容

5、根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统

6、检查设备驱动是否存在

 

九、应用程序的启动流程

1、点击程序

2、计算机查找程序路径

3、内存抓取数据

4、CPU提取—解码—执行

5、启动程序