计算机组成原理

Posted 2020-09-19

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机组成原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

计算机组成原理内容如下：

一、编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

　　1、编程语言是程序员与计算机沟通的介质，从字面上可以看出它是一种语言，我们平常也会使用语言去交流。

然而只有编程语言和硬件是不行的，问：为什么呢？因为程序员开发的是软件，而软件是运行在操作系统之上的，在没有操作系统的环境下，会用编程语言来对硬件编程，这样效开发率很低，操作系统的出现就是运行在硬件之上，来控制硬件的，只需要操作系统提供端口就可以

二、应用程序-》操作系统-》硬件

　　1、程序员开发的软件(qq、微信等)我们称之为应用程序，而它是运行在基于硬件的操作系统之上，计算机是有cpu、内存、硬盘、显示器、主板、键盘、鼠标以及I/O设备通过总线连接起来并通过总线与其他设备通信。

三、cpu-》内存-》磁盘

　　1、CPU还可以称为中央处理器，它是一台计算机的核心，包括运算核心与控制核心相当于人的大脑。

　　2、内存是与cpu沟通的主要通道，所有的应用程序都是运行在内存之上，更硬盘和外部存储器之间进行数据的交换，可以体现出计算机的性能，只负责临时的存储，而硬盘的存储却与内存相反，它是永久存储的，当给cpu发送指令后，会先去找内存，然后内存去找硬盘，在通过内存显示器显示出来。

四、cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换

　　1、寄存器是cpu的一部分，它是用来存储一些关键变量和临时数据，介于cpu和内存之间。

　　2、用户态下不能直接切换到内核态，当我们需要硬盘里的文件时，那就必须从用户态切换到内核态，用户态通过系统调用使用操作系统，TRAP指令负责把用户态切换为内核态，操作系统获取服务后会呈现给我们，又切换成用户态。

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

　　1、L1缓存也是寄存器的一种，都属于cpu的一部分，与cpu的材质、速度一样，与cpu的访问没有延迟

　　2、L2缓存即高速缓存，当cpu读取一个数据时，会先从高速缓存中检查是否会命中，如果没有，就把访问发送到比L2慢的主存，命中后会反给cpu后存储到L2高速缓存，下次的访问速度会很快，L1与L2的区别在于对于cpu对L1的访问没有时间延迟，对于L2的访问则有1-2ns的延迟。

　　3、内存是存储系统的主力，所有不能再高速缓存中找到的，都会在主存中找，主存是易失性存储，断电后数据全部消失，除了主存RAM之外，还有计算机使用少量的非易失信随机访问存储ROM。

　　4、EEPROM(电可擦除可编程ROM)和闪存也是非易失性存储，但与ROM相反，他们是可以擦除和重写，不过重写的时间比写入RAM的多。闪存应用于固态，它的速度介于RAM和磁盘之间，但是不可过多的擦除，否则会有磨损。

　　5、CMOS和BIOS都可以保存配置参数，如启动盘等 COMS它是易失性的，用脑保存时间和日期，当BIOS出错时可以抠掉CMOS的电池来还原。

六、磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

　　1、磁盘低速是因为它是一种机械装置及转速，数据都存放于一段一段的扇区，即磁道这个圆圈的一小段圆圈，从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间。硬盘由多张盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的"0"开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，(柱面大小是所有盘面相同半径的磁道大小总和)，称之为磁盘的柱面。

　　2、平均寻道时间--寻找数据所在磁道的时间

　　3、平均延迟时间--在该磁道找到数据的所在扇区

　　4、支持虚拟内存的计算机可以运行大于物理内存的程序，而暂时不使用的则放在磁盘的某个地方，该地方称虚拟内存，在linux中为swap，这种机制的核心在于快速地映射内存地址，由cpu中的一个部件负责，成为存储器管理单元(MMU)

七、磁带

　　它的容量高于硬盘，但是它的速度低于硬盘，常用来备份(常见于大型数据库系统中)。

八、设备驱动与控制器

　　1、设备驱动是操作系统和输入输出设备间的桥梁，驱动负责将操作系统的请求传输，转化为特定物理设备控制器能够理解的命令。

　　2、控制器是负责控制连接的设备，他从操作系统接受指令，把他在输出出来。

九、总线与南桥和北桥

　　总线是为南桥即pc桥：连接告诉设备和北桥即ISA桥：连接慢速设备提供服务的。

十、操作系统的启动流程

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