day1--计算机基础1

Posted 2020-09-18 谷永辉

一、编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

    1.语言作为人与人之间交流的介质，编程语言是计算机对人发出的操作指令实现某个功能的一个介质，是计算机能够识别，执行的一套 ，实现人所要的结果。  

    2.硬件只能够识别最简单的是/否，开/关，等，既0和1来代表，操作系统对这些硬件进行读取，识别，编程语言在操作系统上实现更高级，复杂的功能。

二、应用程序-操作系统-硬件

     1.硬件承载着操作系统，应用程序在操作系统上实现各种功能，

     2.操作系统实现对硬件的控制和响应，

 

三、CPU-内存-磁盘

    1. CPU作为计算机的中央处理器，接受来自计算机所有的指令，对指令进行调取，解码，执行，

     2.内存是对其他还没有执行的指令进行暂时的存储，等待CPU的处理，是受电的影响，断电则数据消失，

     3.磁盘是可以长时间保存数据，不受电的影响，

四、cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换

     1.CPU作为计算机处理速度最快，与内存的处理速度存在速度差，所以在CPU和内存之间有一个寄存器，用于存储CPU待处理的指令和临时数据。存储容量很小，小与4k.

     当CPU在同时处理多个进程时（程序），中止其中一个程序处理另外一个程序，中止的程序指令暂时保存在寄存器内，当处理完当前程序， 再处理之前中止的程序，从寄存器重新载入。

     2.内核态和用户态就是CPU划分出的不同的权限等级，因为要限制不同程序之间访问的能力，防止窃取别的程序的数据，获取外围设备的数据发送到网络造成的损失。

     内核态：可以控制硬件，内存，键盘，鼠标，CPU等，CPU的指令可以访问所有硬件的功能。

     用户态：只能执行CPU所有指令中的一小部分，不包含硬件的指令，

     3.内核态与用户态的切换：

     用户态从磁盘读取文件，将数据值和指令存放在寄存器内，CPU切换到内核态，启用操作系统， 不被用户态程序访问，系统调用完，操作系统重置CPU为用户态返回系统

调用结果。

五、L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与Bios电池  

   1.L1缓存：用cpu相同的材质制成，CPU访问没有时延，在CPU内部，

   2.L2缓存：与L1缓存和CPU存在1ns--2ns的延迟，存放经常使用的文件，避免重复从硬盘读取，毕竟硬盘读取的速度慢，

   3.内存：计算机存储数据的主要硬件，容易丢失，断电数据消失，

   4.eeprom和闪存：为弥补内存断电数据消失的缺点，在断电后内部数据不消失，在出厂时，已经编程完毕，不可更改，启动计算机的加载模块存放在ROM中，

                            闪存可以重复 擦除和重写，闪存的速度在磁盘和RAM之间，

   5.CMOS/BIOS：CMOS存储计算机当前的时间和日期，是出厂自带电池供应， 还可以保存配置的一些参数，比如开机密码，那个是启动磁盘等，固化在计算机主板上，

                          BIOS（基本的输入输出系统）是一小段程序，存放在CMOS里，为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制，保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序。

六、磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

    1.磁盘结构：计算机外部存储的设备，是机械设备，由多个金属盘组成，中间有金属柱串住，每个盘面有上下两个磁头进行读写，信息存在每个盘面的磁道上，

    2.平均寻道时间：磁头一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻道时间，只是找到了磁道，但不知道具体的数据存放在哪个圆圈的位置上，

    3.平均延迟时间：磁头到达数据所在的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下，这段时间成为延迟时间，

    4.虚拟内存:计算机需要处理多个程序， 正在使用的程序存放在内存内，其他待处理的程序存放在磁盘里，这个地方成为虚拟内存，在Linux称为swap，这种机制是快速的映射内存地址，由CPU的一个存储器管理单元负责，就是MMU(Memory Management Unit MMU),

七、磁带

     价格相同，比磁盘的容量大，容易移动，在地震火灾中有 优势，可做备份，读取速度慢宇磁盘，

八、设备驱动与控制器

     作为计算机的一部分，输入设备，输出，各种接口等，都需要控制器控制这些设备，控制器就是在主板上在插入磁盘，内存，等的接口 ，接受来自操作系统的指令，控制这些硬件设备，

    设备驱动：调用这些设备，就需要为这些接口编写程序，控制器 提供设备驱动给操作系统，并安装在操作系统上。

九、总线与南桥和北桥

     总线：计算机的CPU，内存，磁盘，I/O等设备都需要一个线路连接起来，并通过这个线路与其他设备进行通信。

     南桥：连接键盘，鼠标，显示器，磁盘，打印机，慢速设备，

     北桥：连接CPU，一级缓存，内存，高速设备，

十、操作系统启动流程

    1.计算机通电，

    2.BIOS启动，检测CPU，内存，磁盘，网卡等，

    3.BIOS在CMOS里读取参数，寻找启动设备，

    4.系统BIOS将磁盘第一个物理扇区加载到内存，读取并执行位于硬盘第一个物理扇区的MBR，

    5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统，

    6.操作系统访问BIOS， 获得配置信息，检查是否有全部的设备驱动，然后操作系统将他们全部调入到内核，

十一、应用程序的启动流程

    1.操作系统启动后，双击应用程序，CPU开始读取在磁盘里的应用程序文件，相关数据暂时存储在内存里，等待CPU处理，CPU调用内容的数据，发送指令到相关设备，直到全部处理完毕，