計算機基礎知識

                                                   計算機基礎

 

 一：計算機基礎簡介

          隨着信息技術愈來愈智能化、全球化、知識化等的普及；熟悉和掌握計算機已成爲咱們生活中必不可少的一部分，而編程語言（python）就成了咱們與計算機溝通的介質；從而，使計算機可以根據指令，來一步一步來完成特定的任務。

二： 計算機硬件介紹

          CPU，內存以及I/O設備都由一條系統(bus)鏈接起來並經過總線與其它設備通訊（或多重總線）；

       （1） CPU：計算機的核心，處理各類信息和運算；

       （2） 內存：負責臨時存儲；

       （3） 硬盤：負責永久存儲；

       （4） 輸入設備：負責接收外部的信息傳給cpu；

         (5)  輸出設備：負責通過處理後輸出的結果；

 

     1：處理器

          CPU 從內存中提取指令→解碼→執行,而後再取指→解碼→執行下一條指令，周而復始，直至整個程序被執行完成；

     2：寄存器分類

           通用寄存器（保存變量和臨時結果）、程序計數器（保存將要取出的下一條指令的內存地址）、堆棧指針，內存中當前棧的頂端（先進後出、後進先出的原則存取數據）、程序狀態字寄存器（Program Status Word、PSW），包含了條碼位（由比較指令設置）、CPU優先級、模式（用戶態或內核態）、及各類其它控制位。

      3:寄存器維護

          每次中止一個運行着的程序時，操做系統必須保存全部的寄存器，這樣在稍後該程序被再次運行時，能夠把這些寄存器從新裝入。

      4:處理器設計的演變

           

      5：內核態與用戶態

             內核態：操做系統在內核態下運行，能夠訪問整個硬件；

             用戶態：操做系統佔用的內存是受保護的，不能被別的程序佔用；

      6：內核態與用戶態切換

            用戶態下的工做軟件不能操做硬件，好比從磁盤上讀一個電影文件，就必須經歷從用戶態切換到內核態的過程，對此，用戶程序必須使用系統調用（system call）,系統調用陷入內核並調用操做系統，TRAR指令把用戶態切換成內核態，並啓用操做系統得到服務。

     7：異常處理

           計算機使用TRAP來執行系統調用，多數的TRAP是由硬件引發；

      8：多線程和多核芯片

                      

      9：存儲器

                       

      寄存器L1緩存：用與CPU相同材質與CPU同樣快；

      高速緩存L2緩存：主要由硬件控制高速緩存的存取（高速緩存命中）；

      內存（RAM）:是易失性存儲、斷電後數據所有消失；

 EEPROM(Electrically Erasable PROM,電可擦除可編程ROM）和閃存（flash memory）：是非易失性隨機訪問存儲，在電源卻斷以後，內容不會丟失；

     CMOS，它是易失性的是CMOS存儲器來保持當前時間和日期；BIOS,CMOS存儲器和遞增時間的電路由一小塊電池驅動，因此，即便計算機沒有加電，時間也仍然能夠正確地更新，除此以外CMOS還能夠保存配置的參數；

    10：磁盤的結構

                     

         信息卸載磁盤上的一些列同心圓上，是一連串的二進制；

 

          8個bit=1Bytes  1024Bytes=1KB  1024KB=1MB    

          磁道：每一個磁頭能夠讀取一段換新區域； 柱面：把一個戈丁手臂位置上全部的磁道合起           來；每一個磁道都有若干個扇區，扇區典型值是512字節；

       平均尋道時間：機械手臂從一個柱面隨機移動到相鄰柱面的時間；

       平均延遲時間：機械臂到達正確磁道以後還必須等待旋轉到數據所在扇區下的時間；

       虛擬內存與MMU:虛擬內存是指計算機能夠運行大於物理內存的程序，將正在使用的程序放入內存去執行，而暫時不須要執行的程序放到磁盤的某塊地方；在Linux中成爲swap，這種機制的核心在於快速地映射內存地址，由CPU中的一個部件負責，成爲存儲器管理單元；

       11：磁帶：在價格相同的狀況下比硬盤擁有更高的存儲容量，雖速度低於磁盤、但其容量大；在地震、水災、火災時可移動性強等，常被用來作備份（常見與大型數據庫系統中）；

         設備控制器：控制一個或多個I/O設備，以實現I/O設備和計算機之間的數據交換；

         設備自己：有相對簡單的接口標準，其你們均可以編寫驅動程序；

       12：總線（北橋和南橋）

               北橋：鏈接高速設備； 南橋：鏈接慢速設備；

                  

        

        13：啓動計算機

         操做系統流程：   ①給計算機通電；②BIOS開始運行檢測硬件；③BIOS讀取CMOS存儲器的參數、而後啓動設備；④從啓動設備上讀取第一個扇區的內容；⑤根據分區信息讀入bootloader啓動轉載模塊，啓動操做系統；⑥而後操做系統詢問BIOS，以得到配置信息。

 應用程序流程：經過輸入設備向操做系統發出，可打開執行程序指令，再操做系統去硬盤查找相應文件、後向內存讀取文件、打開應用程序。