计算机基础

Posted 2020-09-27

一、编程语言的作用

       编程语言就是语言的一种，不过是用于与计算机沟通。程序员通过编程语言写出的语句可以对计算机下达可识别的指令，从而使计算机按照程序员发出的指令进行计算处理。即语言是程序员与计算机之间的介质。

二、编程语言与操作系统和硬件的关系

       现代编程语言主要的作用是写程序，最终开发的结果就是一个软件。而这些软件的程序不能够直接控制硬件（为了加强开发效率），然而软件在操作中必须使用硬件。因此软件通过操作系统对硬件进行控制，即操作系统为软件提供接口。

三、CPU、内存、磁盘

       CPU是负责计算，内存负责临时储存，磁盘是永久储存。当运行时，调用的数据转入内存中，由CPU进行计算。

四、CPU与寄存器

       寄存器的储存容量小于1kb，但计算时间极短，材质与CPU相同。

五、内核态与用户态及如何切换

       两个储存状态都是CPU的运行状态。内核态是操作系统的运行状态，可以控制硬件。用户态是应用程序的运行状态，不可控制硬件。在计算机运营中，计算机在两种状态间不停转换。

六、储存系列

1.L1缓存

       L1缓存就是寄存器，其容量小于1kb，但访问时间极短，材质与CPU相同。CPU访问无延迟。

2.L2缓存

       L2缓存是高速缓存，容量高于寄存器，访问时间略高于寄存器。

3.内存（RAM）

       是易失性存储，断电后全部消失。调用数据时，磁盘里的数据会传到内存中以便进行进一步的调用、处理。

4.EEPROM和闪存

       EEPROM(电可擦除可编程ROM)和闪存也是非易失性的。但是和ROM不同，这两种储存的数据可以删除重写。不过比内存的写入时间要长。

5.CMOS与Bios电池

       CMOS是易失性的，常用于保持时间和日期。也可以记忆哪个是启动磁盘等。通过BIOS电池供电，可运行数年。

七、磁盘结构

       磁头、磁道、扇区。扇区是磁道切分的结果，最小有512字节。柱面，把一个手臂上所有的磁道合起来组成一个柱面。

八、平均寻道时间

       磁头从一磁道到另一磁道，寻找到目标磁道的时间。

九、平均延迟时间

       磁头已经移到目标磁道，但是还未到数据位置。这段时间称为延迟时间。

十、虚拟内存与MMU

       当调用的数据超出计算机内存时，则将暂时不用的部分暂时存放在磁盘中，这部分被称为虚拟内存。存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)是CPU中一个快速映射内存地址的单元。

十一、磁带

       磁带是访问时间最慢的存储容器，但是在相同成本下可以储存最多数据。可移动性强，常用于备份。

十二、设备驱动与控制器

       设备驱动是程序，用以控制硬件。控制器仅仅是为设备和操作系统之间提供一个借口，使操作系统可以读取设备。

十三、总线与南桥和北桥

       南桥是ISA桥，连接声卡、打印机等设备。北桥是PCI桥，连接CPU、二级高速缓存、主存储器等储存设备。

十四、操作系统的启动流程

       系统加电——BIOS检测硬件，找到硬盘——读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，446引导、64分区，2结束分节）——GRUB——KERNEL内核

十五、应用程序的启动流程

       首先是从操作系统快捷方式打开，处于用户态。在根据文件位置打开文件的过程中，要读取硬盘数据，会切换成内核态。进入软件后切换成用户态，对软件进行操作时要对硬盘写入数据，因此会切换成内核态。在软件的使用过程中，会在内核态和用户态之间不停地进行切换。