计算机基础学习--硬件和系统

Posted 2020-10-03

1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系：

   编程语言是人与计算机直间的沟通桥梁，编程语言编写的程序必须运行在操作系统上，而操作系统是安装在硬件上的。

2.应用程序-->操作系统-->硬件：

三者之间的关系为：应用程序是安装在操作系统上使用的工具，操作系统是对硬件进行操作。应用程序要对硬件进行使用，要通过操作系统进行转达。

 

3.cpu-->内存-->磁盘

CPU类似人的大脑，用于计算。

内存类似人的记忆，临时存放

磁盘类似人的笔记，永久存放。

 

4.CPU与寄存器，内核态与用户态如何切换

①所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器，这样通常在cpu的指令集中专门提供一些指令，用来将一个字（可以理解为数据）从内存调入寄存器，以及将一个字从寄存器存入内存。cpu其他的指令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合，或者用两者产生一个结果，比如将两个字相加并把结果存在寄存器或内存中。

②多数CPU都有两种模式，即内核态与用户态。

内核态：当cpu在内核态运行时，cpu可以执行指令集中所有的指令，很明显，所有的指令中包含了使用硬件的所有功能，（操作系统在内核态下运行，从而可以访问整个硬件）

用户态：用户程序在用户态下运行，仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集，该子集中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情况下，在用户态中有关I/O和内存保护（操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用），当然，在用户态下，将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。

 

③内核态与用户态切换：

　  用户态下工作的软件不能操作硬件，但是我们的软件比如暴风影音，一定会有操作硬件的需求，比如从磁盘上读一个电影文件，那就必须经历从用户态切换到内核态的过程，为此，用户程序必须使用系统调用（system call），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，并启用操作系统从而获得服务。

 

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

 L1缓存为寄存器；

L2缓存为高速缓存；

内存：随机访问存储RAM，主存是易失性存储，断电后数据全部消失；

EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory）也是非易失性的，可以擦除和重写；

BIOS（Basic Input/Output System）电池是用来给COMS供电使用。

6.磁盘结构，平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

 

磁盘分为：磁头、磁道、扇区、柱面、盘面和转轴。

平均寻道时间：是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力。

平均延迟时间：磁头到达所在磁道后再找到具体扇区的时间。

7.磁带

 在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量，虽然速度低于磁盘，但是因其大容量，在地震水灾火灾时可移动性强等特性，常被用来做备份。（常见于大型数据库系统中）

8.设备驱动与控制器

设备驱动：用来管理硬体控制器的软件

控制器：控制器（英文名称：controller）由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

9.总线与南桥北桥

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线；

北桥即PCI桥（靠近CPU）：连接快速设备；

南桥即ISA桥：连接慢速设备。

 

10.操作系统的启动流程

启动流程：

①.计算机加电

②.BIOS开始运行，检测硬件：cpu、内存、硬盘等

③.BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备

④.从启动设备上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）

⑤.根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统

⑥.然后操作系统询问BIOS，以获得配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，如果没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格（如进程表），穿件需要的进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI

 

11.应用程序的启动流程

点一下应用程序，给操作系统一个调用程序的信息，操作系统变成内核态，然后到硬盘上取出要调用的程序，往cpu面读，内存执行，程序就起来了。

12.操作系统的功能与发展史

操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成。

操作系统的发展史：

第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统

第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计

第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

13.多道技术及进程、线程

①处理来自多个程序发起的多个（多个即多路）共享（共享即复用）资源的请求，简称多路复用

1.时间上的复用

当一个资源在时间上复用时，不同的程序或用户轮流使用它，第一个程序获取该资源使用结束后，在轮到第二个。。。第三个。。。

2.空间上的复用

每个客户都获取了一个大的资源中的一小部分资源，从而减少了排队等待资源的时间

②进程是资源单位而线程才是cpu的执行单位。

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