计算机硬件介绍

Posted 2020-09-19 ʚHɞ

计算机硬件介绍

 

1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系 ：  编程是一种人与计算机之间沟通的语言，可以让计算机完成程序员所下达的工作；操作系统是一种软件，用来控制下层硬件。

2.应用程序-》操作系统-》硬件 ：  应用程序被操作系统打开发送系统调用，操作系统操控硬盘调出数据，再反馈程序。

 

3. cpu-》内存-》磁盘 ：  硬盘中的程序依靠CPU运行，CPU从内存中提取数据进行计算，所以硬盘中的程序要先提取到内存中。
 

4. cpu与寄存器 ：  寄存器是用和CPU相同材质制作的存储设备运行速度高于内存和CPU一样快。

 

内核态与用户态及如何切换 ：

用户态和内核态是CPU的两种工作状态。 

用户态：只能计算但不能控制硬件。      内核态：拥有CPU指令集中所有指令，可操控所有硬件功能。

软件不能对硬件进行操作，对操作系统发出系统调用，让操作系统对硬件进行操作，CPU中的PSW有一个二进制位控制用户态和内核态的切换，通过指令讲用户态切换成内核态，读取数据返还给操作系统，操作系统再将数据返还给软件。
 

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

L1缓存： 就是寄存器和CPU相同材质，运行速度和CPU一样快。

L2缓存： 比寄存器速度慢但高于内存。

内存（RAM）： 读写速度比硬盘快，通电工作断电则丢失数据，负责临时存储。
EEPROM ： 可擦可写。

闪存 ： 基于电方式工作，断电后不会丢失内容，可永久存储，读写速度快于硬盘。

CMOS与BIOS电池 ： CMOS存储器是易失性的，用于保持计算机当前时间与日期，还可以保存配置参数与BIOS系统。由一块小电池驱动，断电后仍可工作。

 

6. 磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

 

磁盘结构 ： 磁头、磁道、扇区（默认大小为512Bytes，是磁盘级别的最小读写单位）、柱面。  PS：操作系统级别的最小读写单位为 1Block=8*512Bytes

平均寻道时间 ： 机械臂从硬盘的外圈往里转，直到找到数据所在的磁道，但不知道具体在磁道的什么位置。

平均延迟时间 ： 机械臂到达正确磁道后必须要转到数据所在的扇区，这段时间是延迟时间，平均时间为机械臂转到整个磁道一半的时间。

虚拟内存与MMU ： 虚拟内存是硬盘的一部分空间，将正在运行的程序到放内存中执行，不执行时放到硬盘的某处，成为虚拟内存，在Linux中成为SWAP；MMU是硬盘物理地址与虚拟内存地址的映射。

7. 磁带 ： 比硬盘拥有更高的容量，速度低于硬盘，在地震、火灾中可移动性强，常用做备份。

 

8. 设备驱动与控制器 ： 控制器是主板上各接口中的芯片，负责控制连接的设备，为操作系统屏蔽复杂而具体的工作；想要调用设备就要编写复杂而具体的程序，于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统，设备驱动必须安装在操作系统中。
 

9. 总线与南桥和北桥 ： 总线就是连接所有设备传输的线；南桥连接慢速设备，北桥连接快速设备。

10. 操作系统的启动流程 ： 计算机加电，按电源，BIOS运行，检测硬件，BIOS读取CMOS存储器中的参数，启动硬盘中扇区内容读入bootloader，启动操作系统，操作系统询问BIOS获得配置信息。

 

11. 应用程序的启动流程 ： 用户使用鼠标双击软件快捷方式向操作系统发出请求，操作系统通过路径找到软件在硬盘的位置，提交给内存，CPU从内存提取数据并处理将结果反馈给操作系统，操作系统将软件打开。

 

1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系 ：  编程是一种人与计算机之间沟通的语言，可以让计算机完成程序员所下达的工作；操作系统是一种软件，用来控制下层硬件。

2.应用程序-》操作系统-》硬件 ：  应用程序被操作系统打开发送系统调用，操作系统操控硬盘调出数据，再反馈程序。

 

3. cpu-》内存-》磁盘 ：  硬盘中的程序依靠CPU运行，CPU从内存中提取数据进行计算，所以硬盘中的程序要先提取到内存中。
 

4. cpu与寄存器 ：  寄存器是用和CPU相同材质制作的存储设备运行速度高于内存和CPU一样快。

 

内核态与用户态及如何切换 ：

用户态和内核态是CPU的两种工作状态。 

用户态：只能计算但不能控制硬件。      内核态：拥有CPU指令集中所有指令，可操控所有硬件功能。

软件不能对硬件进行操作，对操作系统发出系统调用，让操作系统对硬件进行操作，CPU中的PSW有一个二进制位控制用户态和内核态的切换，通过指令讲用户态切换成内核态，读取数据返还给操作系统，操作系统再将数据返还给软件。
 

5. 存储器系列，L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池
 

L1缓存： 就是寄存器和CPU相同材质，运行速度和CPU一样快。

L2缓存： 比寄存器速度慢但高于内存。

内存（RAM）： 读写速度比硬盘快，通电工作断电则丢失数据，负责临时存储。
EEPROM ： 可擦可写。

闪存 ： 基于电方式工作，断电后不会丢失内容，可永久存储，读写速度快于硬盘。

CMOS与BIOS电池 ： CMOS存储器是易失性的，用于保持计算机当前时间与日期，还可以保存配置参数与BIOS系统。由一块小电池驱动，断电后仍可工作。

 

6. 磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

 

磁盘结构 ： 磁头、磁道、扇区（默认大小为512Bytes，是磁盘级别的最小读写单位）、柱面。  PS：操作系统级别的最小读写单位为 1Block=8*512Bytes

平均寻道时间 ： 机械臂从硬盘的外圈往里转，直到找到数据所在的磁道，但不知道具体在磁道的什么位置。

平均延迟时间 ： 机械臂到达正确磁道后必须要转到数据所在的扇区，这段时间是延迟时间，平均时间为机械臂转到整个磁道一半的时间。

虚拟内存与MMU ： 虚拟内存是硬盘的一部分空间，将正在运行的程序到放内存中执行，不执行时放到硬盘的某处，成为虚拟内存，在Linux中成为SWAP；MMU是硬盘物理地址与虚拟内存地址的映射。

7. 磁带 ： 比硬盘拥有更高的容量，速度低于硬盘，在地震、火灾中可移动性强，常用做备份。

 

8. 设备驱动与控制器 ： 控制器是主板上各接口中的芯片，负责控制连接的设备，为操作系统屏蔽复杂而具体的工作；想要调用设备就要编写复杂而具体的程序，于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统，设备驱动必须安装在操作系统中。
 

9. 总线与南桥和北桥 ： 总线就是连接所有设备传输的线；南桥连接慢速设备，北桥连接快速设备。

10. 操作系统的启动流程 ： 计算机加电，按电源，BIOS运行，检测硬件，BIOS读取CMOS存储器中的参数，启动硬盘中扇区内容读入bootloader，启动操作系统，操作系统询问BIOS获得配置信息。

 

11. 应用程序的启动流程 ： 用户使用鼠标双击软件快捷方式向操作系统发出请求，操作系统通过路径找到软件在硬盘的位置，提交给内存，CPU从内存提取数据并处理将结果反馈给操作系统，操作系统将软件打开。