爲什麼要學習計算機基礎

1、什麼是計算機？

計算機是一種可以按照指令對各類數據和信息進行自動加工和處理的電子設備。

電腦系統分爲硬件和軟件兩大部分，硬件至關於人的身體，而軟件至關於人的靈魂；而一套完整的計算機系統分爲：計算機硬件，操做系統，軟件（程序員開發的就是軟件）

操做系統是用來調用、組織計算機的各硬件來運行工做的，而應用程序是基於操做系統之上的，操做系統也就至關於應用程序的運行平臺，或是軟件與硬件溝通的介質，由軟件經過系統再由系統傳遞須要調用的硬件進行工做。

2、計算機的組成

計算機是由CPU、主板、內存、硬盤、顯卡、電源、鍵盤鼠標等組成。

1.CPU：也稱爲中央處理器，是電腦運算的核心，比如人的大腦

2.主板：這是決定你電腦性能的重要零件之一

3.內存：當電腦工做時，電腦會在這裏臨時存儲數據，至關於人的記憶

4.硬盤：永久存儲；日常說的硬盤有多少G多少G，就是指這個硬盤的容量，而G數越多裝的東西也越大

5.顯卡：電腦經過顯卡轉送數據給顯示器

6.電源：拱電腦各部件使用

7.鍵盤鼠標：向電腦輸入有用的命令，讓它們爲咱們工做

 

從基本結構上來說，電腦能夠分爲五大部分：運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備。

計算機的大腦就是CPU，它從內存中取指令-->解碼-->執行，而後再 取指令-->解碼-->執行下一條命令，一直循環，直至整個程序被執行完成。若是說CPU同時處理QQ、快播、網易雲音樂三個程序，那麼會處理完第一條後再接着處理下一條，由於訪問內存以獲得指令或數據的時間比CPU執行指令花費的時間比較長，因此CPU內部會有一些用來保存關鍵變量和臨時數據的寄存器，CPU的指令集能夠把來自寄存器、內存的操做數據組合，或者用二者生產一個結果，好比將兩個字相加並把結果存在寄存器或內存中。

寄存器：1.保存變量和臨時結果的通用寄存器

　　　　2.程序狀態字寄存器（PSW），包含條碼位、CPU優先級、模式（用戶態或內核態），以及各類其餘控制位。

　　當一個任務執行系統調用而陷入內核代碼中執行時，咱們就稱進程處於內核運行態（或內核態）；當進程在執行用戶本身的代碼時，稱其處於用戶運行態（用戶態）。

　　　　3.用戶態切換到內核態

　　a.系統調用：用戶態進程主動要求切換到內核態的一種方式

　　b.異常：當CPU在執行運行在用戶態下的進程時，發生了不可知的異常，這時會觸發由當前運行進程切換處處理異常的內核相關程序中，也就切到內核態，好比缺頁異常

　運行速度比較　

    CPU > 內存 > 硬盤 如圖

多線程和多核芯片

1.在cpu芯片中加入更大的緩存，一級緩存L1,用和cpu相同的材質製成，cpu訪問它沒有時延

2.一個cpu中的處理邏輯增多,多線程或超線程,對用戶來講一個有兩個線程的cpu就至關於兩個cpu

3.除了多線程，還出現了2個或者4個完整處理器的cpu芯片

寄存器即L1緩存：與CPU同樣快，32位和64位的兩種狀況下容量均<1KB

高速緩存即L2緩存：主要由硬件控制高速緩存的存取，內存中有高速緩存行按照0~64字節爲行0，64~127爲行1

 

主存，爲存儲器系統的主力，主存一般稱爲隨機訪問存儲RAM，就是咱們一般所說的內存，容量一直在不斷攀升，全部不能再高速緩存中找到的，都會到主存中找，主存是易失性存儲，斷電後數據所有消失

除了主存RAM外，還有許多計算機在使用少許的非易失性隨機訪問存儲如ROM，斷電後存儲內容不會丟失，ROM出廠就被編程完畢，不可修改。ROM速度快且便宜，使用於啓動計算機的引導加載模塊中

EEPROM（Electrically Erasable PROM，電可擦除可編程ROM）和閃存（flash memory）也是非易失性的，可是與ROM相反，他們能夠擦除和重寫。

CMOS，它是易失性的，許多計算機利用CMOS存儲器來保持當前時間和日期，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，好比，哪個是啓動磁盤等

磁盤低速的緣由是由於它一種機械裝置，在磁盤中有一個或多個金屬盤片，它們以5400，7200或10800rpm（RPM =revolutions per minute 每分鐘多少轉 ）的速度旋轉。從邊緣開始有一個機械臂懸在盤面上，這相似於老式黑膠唱片機上的拾音臂。信息卸載磁盤上的一些列的同心圓上，是一連串的2進制位（稱爲bit位），爲了統計方法，8個bit稱爲一個字節bytes，1024bytes=1k，1024k=1M，1024M=1G,因此咱們平時所說的磁盤容量最終指的就是磁盤能寫多少個2進制位。

每一個磁頭能夠讀取一段換新區域，稱爲磁道

把一個戈丁手臂位置上因此的磁道合起來，組成一個柱面

每一個磁道劃成若干扇區，扇區典型的值是512字節

數據都存放於一段一段的扇區，即磁道這個圓圈的一小段圓圈，從磁盤讀取一段數據須要經歷尋道時間和延遲時間

平均尋道時間

機械手臂從一個柱面隨機移動到相鄰的柱面的時間成爲尋到時間，找到了磁道就覺得着招到了數據所在的那個圈圈，可是還不知道數據具體這個圓圈的具體位置

平均延遲時間

機械臂到達正確的磁道以後還必須等待旋轉到數據所在的扇區下，這段時間成爲延遲時間

總線

北橋即PCI橋：鏈接高速設備

南橋即ISA橋：鏈接慢速設備

資源單位  進程

執行單位  線程

啓動計算機

在計算機的主板上有一個基本的輸入輸出程序（Basic  Input Output system)

BIOS就至關於一個小的操做系統，它有底層的I/O軟件，包括讀鍵盤，寫屏幕，進行磁盤I/O,該程序存放於一非易失性閃存RAM中。

啓動流程

1.計算機加電

2.BIOS開始運行，檢測硬件：cpu、內存、硬盤等

3.BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啓動設備

4.從啓動設備上讀取第一個扇區的內容（MBR主引導記錄512字節，前446爲引導信息，後64爲分區信息，最後兩個爲標誌位）

5.根據分區信息讀入bootloader啓動裝載模塊，啓動操做系統

6.而後操做系統詢問BIOS，以得到配置信息。對於每種設備，系統會檢查其設備驅動程序是否存在，若是沒有，系統則會要求用戶按照設備驅動程序。一旦有了所有的設備驅動程序，操做系統就將它們調入內核。而後初始有關的表格（如進程表），穿件須要的進程，並在每一個終端上啓動登陸程序或GUI