计算机基础part1

Posted 2020-09-18 俊先生

一：计算机的基本组成

1.计算机由输入单元、控制单元、算法逻辑单元、输出单元、存储单元，五大单元组成

 

二：概念篇

CPU：中央处理器，其内含有指令集（取码-解码-执行的过程）

    CPU同一时刻只能干一件事情，从内存取出指令码解码执行。

硬盘：用于存储信息。分为机械式磁盘（基于磁）和固态硬盘（基于电）。

寄存器：因CPU运行速度快，而内存速度慢，未充分利用CPU效率而产生的，其空间小于内存，一般采用CPU材质。位于CPU内，

     所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器。

虚拟内存：许多机器支持虚拟存储机制，以至于能够使计算机运行大于物理内存的程序，其方法就是将该程序暂时不需要运行的文件放置磁盘某个地方，这个地方成为虚拟内存。       （位于硬盘内，暂时保存运行数据，但速度慢）

编程语言：语言是用于一个事物与另一个事物联系的介质。 而计算机语言，则是人与计算机进行沟通的介质。

 

三：计算机基础

 

1.硬件系统 软件系统 操作系统三者之间的关系？/

   计算机硬件主要包括CPU/内存/硬盘/键盘/鼠标等等设备。但是硬件不能完成计算机的操作与使用，此时我们需要借助操作系统。操作系统其实也是一道程序，写入了磁盘的第一个扇区，那么操作系统可以直接控制硬件系统吗？其实不能，我们需要借助Bios系统（BIOS系统也是一个程序，用于启动硬件参数以及记录时间、日期，其数据处在CMOS芯片上，自带小电池，这也是为什么电脑关机后再重启时间依然准确的原因）。

 

2.CPU  内存 硬盘之间的关系？

    CPU，即为中央处理器，其内含有微指令集。（取码-解码-执行的过程） 运算速度快

            CPU分为两种模式，内核态（可完全访问整个硬件）与用户态（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）。

            而程序的运行往往需要用到硬件，那么如何进行两种模式的切换呢? 用户必须使用系统调用，系统调用陷入内核并调用操作系统，TRAP指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统从而获得服务。简单理解：系统调用就是将用户态转化为内核态，将编程语言转化为机器语言，那么硬件就可以执行该程序了。

    内存，暂时存贮数据，断电数据就会消失。比如：我们在运行程序，突然断电，再次重启需要重新启动该程序，而无法保存断电前程序的运行位置。  运行速度慢

    硬盘，永久存储数据。分为固态硬盘与机械式硬盘（机械手臂、磁盘）。 运行速度慢，受限制与转速，转速越快则写入会更快。

    程序的运行需要CPU的控制与处理，CPU运行的数据来源于内存，而内存的数据则来自于硬盘的写入。CPU不能直接读入硬盘里的数据！

    

3.存储系列

 闪存：可读，可擦，可重写。 固态硬盘均为闪存芯片。

 ROM：只读存储器，在工厂中就编辑完毕，不可再次修改。

 

4.磁盘结构

扇区：磁盘划分为扇形的区域，其大小为512bytes.  

        磁盘读取的最小单位为1扇区，操作系统最小的读取单位为1block=8*512bytes=4kb

磁道：磁盘的读取由机械手臂完成，机械手臂在磁盘上画圈产生了磁道。

柱面： 数个叠加的磁盘形成柱面，而以不同的磁道形成的就是柱面。

       分区其实就是按照柱面由圆心内及圆心外而划分的区域。例如windows系统的C/D/E/F盘的划分。

磁带：储存数据量大、但读写速度慢。可用于服务器的数据存储。

 

平均寻道时间 ：机械手臂寻找储存相应信息磁道的时间

平均延迟时间：找到准备磁盘扇区延迟的时间

 

I/O设备：包括设备控制器以及设备本身。

控制器：位于接口处，接口连接的就是控制器，从操作系统接受命令。比如：U盘接口。

 

5.总线、南桥、北桥

总线：主板中连接各个设备的线路

南桥即ISA桥：连接慢速设备，例如：USB、鼠标

北桥即PCI桥：连接高速设备，例如：CPU/内存/寄存器

平均寻道时间：机械手臂寻找储存相应信息磁道的时间

 

5.操作系统的启动流程

    1.启动电脑计算机电源开关

    2.BIOS程序自动启动，检测硬件设备：CPU、硬盘、内存等。

    3.BIOS从CMOS芯片中读取程序，启动相应设备

    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为引导信息，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启动装载模块，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，系统则会要求用户按照设备驱动程序。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。然后初始有关的表格（如进程表），创建需要的进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI

 

 

6.应用程序的启动流程

    1.双击点开应用程序软件，桌面快捷方式（文件路径）

    2.操作系统根据文件路径，从硬盘中调用到内存运行

 

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总结与归纳：

1.操作系统

        操作系统包括核心与开发接口。核心层是参考硬件规格写成的，所以同一个操作系统不能在不一样的硬件架构下执行。应用程序的开发则要参照该操作系统开发接口进行开发，才能够运行。

    操作系统与硬件

       操作系统不能单独驱动硬件，需要有驱动程序才能完成。驱动程序就是在用来向操作系统提供一个访问、使用硬件设备的接口。相当于“传令兵”。

      操作系统---驱动程序----硬件设备