计算机基础

Posted 2020-09-27

         

计算机基础

1.编程语言的作用

编程语言是一门语言，本质上与其他语言如英语、法语没有任何差别。它的作用是沟通交流，不同是英语、法语是与人交流，而编程语言是实现人与电脑之间的沟通交流。

与操作系统之间的关系:

2.编程语言与操作系统的关系

操作系统的本质是一个程序软件，所有的程序软件都是由编程语言编写的。即操作系统是为了用软件控制硬件由编程语言编写的一个程序。

3.硬件与编程语言之间的关系

编程语言通过编写操作系统从而达到控制硬件的目的。

4.应用程序与操作系统和硬件的关系

应用程序不能直接控制硬件，操作系统控制硬件，应用程序通过操作系统控制硬件，所以应用程序与操作系统兼容并位于操作系统之上。

5.cpu

cpu即中央处理器，其作用相当于人的大脑，负责运算和控制硬件。

6.cpu与内存之间的关系

cpu运行需要从内存中进行取指令、解码、执行 三个过程，内存是计算机的随机访问存储RAM，是易失性存储，断电后数据全部消失。

7.cpu与磁盘的关系

磁盘的作用是存储，所有的程序都存储在磁盘之中（包括操作系统），cpu的运行则是从磁盘中找到对应程序数据所在的扇区，I/O相应的程序。磁盘的优点在于容量大、价钱低，速度慢；内存则速度较快，但容量小。此外，由于机械磁盘的I/O速度较慢，所以在磁盘与cpu之间加上内存可以提高计算机的运行速度。

8.cpu与寄存器的关系

cpu与寄存器的关系：寄存器的作用是保存变量和临时结果。cpu直接从寄存器中读取数据。PSW则是程序状态字寄存器，包含条码位，cpu优先级、模式、以及其它控制位。

9.内核态与用户态的切换

cpu一般都可以分为两种模式，即内核态和用户态。通常PSW中有一个二进制位控制这两种模式。

在内核态中，cpu可以控制硬件和执行所有指令。但在用户态的时候，仅仅只能执行一个指令集的子集，且不能控制硬件。但是应用程序启动时，此时cpu处于用户态，不能操作硬件，但是应用程序工作的实现却又必须操作硬件，所以在应用程序启动到工作状态时肯定存在用户态到内核态再由内核态到用户态的切换过程，在这过程中，用户程序必须使用系统调用(system call)，此时，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，并启动操作系统从而获得服务。

11.存储器

存储器按容量大小从小到大可分为 寄存器、高速缓存、内存、磁盘（磁带）。

存储器按IO速度由快到慢可分为 寄存器、高速缓存、内存、磁盘（磁带）。

12.L1缓存

L1缓存即为寄存器，与cpu材质一样，一般在cpu内部，具有I/O快，但容量小的特点。

13.L2缓存

L2缓存为高速缓存，I/O速度慢于寄存器，但是容量有所提升，一般在cpu内部或非常接近cpu的位置。

14.内存（RAM）

内存是易失性存储，断电后数据全部消失。此外，一般电脑和手机还具有虚拟内存，一般为内存的1.5-2倍，但不超过8g。

15.EEPROM和闪存

EEPROM和闪存均为非易失性存储。可以擦除和重写。一般为便携式存储媒介，如固态硬盘和胶卷。但擦除次数过多后，闪存会被磨损。

16.CMOS与Bios电池

CMOS，易失性存储，主要用来保持时间和日期的更新。由一小块电池驱动（纽扣电池）。此外，还可以保存配置的参数，如启动盘。

BIOS，通电以后，检测硬件，读取CMOS中的数据，找到启动盘，选择启动设备，读取MBR,读取MBR中JRB信息，启动系统，最后操作系统询问BIOS，获得配置信息。

17.磁盘结构

   磁盘物理结构分为机械臂（磁头）和盘面。但按照存储分，以512字节为一个扇区，是存储的最小单位，扇区不断组合，最终形成一个完整的圆，这就是磁道（磁头绕盘面旋转一周形成磁道），因为一个磁盘拥有多个盘面，也就拥有多个磁道，所以相同半径却处在不同水平面上的磁道共同组成一个柱面。

18.平均寻道时间

磁头从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间称为寻道时间。

19.平均延迟时间

磁头到达正确的磁道后，必须旋转到数据所在的扇区才能发挥作用，这段时间称为平均延迟时间。

20.虚拟内存与MMU

虚拟内存，一般计算机均有虚拟内存，一般为内存的1.5-2倍，但不超过8g，可以使计算机运行大于物理内存的程序，方法是将正在使用的程序放入内存运行，暂时不需要执行的内存存到磁盘的某个地方。MMU(Memory Management Unit),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，可以使一个程序迅速地切换到另一个程序，即上下切换。

21.磁带

在相同的价格下可以提供更广阔的存储容量，但速度较慢，一般用于备份。

22.设备驱动与控制器

设备驱动，厂家为使自身硬件与操作系统兼容而开发的一种用于控制硬件的程序，通过简单的接口与操作系统相连。控制器，负责控制连接的设备（网卡、声卡），从操作系统接受命令，提供给操作系统一个简单清晰的接口。

23.总线与南桥和北桥

总线，通过总线将cpu、内存以及I/O设备连接起来并通过总线与其他设备通信。

北桥（PCI），连接高速设备，cpu、高速缓存、主存储器等

南桥（ISA）,连接慢速设备，声卡、网卡等。

24.操作系统的启动流程

BIOS,厂家自带的一个小的操作系统，存放于一非易失性闪存RAM中。负责启动操作程序，具体流程，通电以后，检测硬件，读取CMOS中的数据，找到启动盘，选择启动设备，读取MBR,读取MBR中JRB信息，启动系统，最后操作系统询问BIOS，获得配置信息。

25.应用程序的启动流程

应用程序启动时，此时cpu处于用户态，不能操作硬件，但是应用程序工作的实现却又必须操作硬件，所以在应用程序启动到工作状态时肯定存在用户态到内核态再由内核态到用户态的切换过程，在这过程中，用户程序必须使用系统调用(system call)，此时，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，并启动操作系统从而获得服务。