計算機基礎-----計算機硬件

應用程序-》操做系統-》硬件

    語言是用來溝通的介質，是用來交流的。編程語言也同樣，只不過編程語言是用來跟計算機交流的，是程序員跟計算機之間交流的媒介。程序員要想讓計算機工做，必須知道計算機能幹什麼，怎麼幹的，這也就是咱們必須學習計算機基礎的緣由。

     程序員用編程語言寫程序，最終開發出的結果就是一個軟件，而軟件必須運行在操做系統上才能夠。

    編程語言只不過是咱們給操做系統一些指令而已，但真正與計算機硬件交流的並非咱們所說的編程語言，而是操做系統在給計算機硬件交流。操做系統的出現就是運行於硬件之上，來控制硬件的，是管理計算機硬件資源，控制其餘程序運行併爲用戶提供操做界面的系統軟件的集合，操做系統也是計算機系統的關鍵組成部分，負責管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出設備、操做網絡與管理文件系統等基本任務。咱們也能夠直接跟計算機硬件交流，可是太麻煩了，耗時耗力，嚴重影響了開發的效率。操做系統的出現就是運行於硬件之上，來控制硬件的，咱們開發時，只須要調用操做系統爲咱們提供的簡單而優雅的接口就能夠了。

   

cpu-》內存-》磁盤

    cpu一個大腦，計算機的大腦，強大而又飄渺。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->解碼->執行下一條指令，周而復始，直至整個程序被執行完成。

   內存，一個計算機的記憶，用來臨時存儲的。內存就是處在cpu與硬盤之間，至關於媒介。由於硬盤的運行讀取速度相對較慢，給用戶的體驗很差。若是有內存條，會把硬盤裏的軟件放入內存裏用來提升運行速度。可是內存是易失性存儲，斷電後數據所有消失。

    磁盤，用來存儲文件的，相對於磁帶來講雖然存儲容量沒有磁盤大，可是比磁盤的運行速度快，對於通常的用戶來講，磁盤是個不錯的選擇。

cpu與寄存器，內核態與用戶態及如何切換

    cpu:它從內存中取指令->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。寄存器是CPU內部的元件,寄存器擁有很是高的讀寫速度,因此在寄存器之間的數據傳送很是快。cpu其餘的指令集能夠把來自寄存器、內存的操做數據組合，或者用二者產生一個結果，好比將兩個字相加並把結果存在寄存器或內存中。

    內核態：當cpu在內核態運行時，cpu能夠執行指令集中全部的指令，很明顯，全部的指令中包含了使用硬件的全部功能，（操做系統在內核態下運行，從而能夠訪問整個硬件）

   用戶態：用戶程序在用戶態下運行，僅僅只能執行cpu整個指令集的一個子集，該子集中不包含操做硬件功能的部分，所以，通常狀況下，在用戶態中有關I/O和內存保護（操做系統佔用的內存是受保護的，不能被別的程序佔用），固然，在用戶態下，將PSW中的模式設置成內核態也是禁止的。並且在用戶態的狀態下沒法訪問硬件

    用戶態與內核態的切換是用戶態進程主動要求切換到內核態的一種方式，用戶態進程經過系統調用申請使用操做系統提供的服務程序完成工做。  

存儲器系列，L1緩存，L2緩存，內存（RAM），EEPROM和閃存，CMOS與BIOS電池

  計算機的主存儲器不能同時知足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度算法和合理的成本，構成具備性能可接受的存儲系統。寄存器，1ns，<1K，高速緩存,2ns,4M，內存，10ns,512-2048MB，硬盤，10ms,200-1000GB， 磁帶，100s，400-800GB這五個存儲器速度是愈來愈慢，可是存儲容量是愈來愈大的。寄存器即L1緩存，跟cpu同樣，相同的材質，相同的速度。告訴緩存則成爲L2緩存，相對於寄存器來講比較慢，可是比內存快！內存，主存是易失性存儲，斷電後數據所有消失。EEPROM和閃存一種掉電後數據不丟失的存儲芯片。CMOS，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還能夠保存配置的參數。

磁盤結構，平均尋道時間，平均延遲時間，虛擬內存與MMU

      平均尋道時間其實是由轉速、單碟容量等多個因素綜合決定的一個參數。通常來講，硬盤的轉速越高，其平均尋道時間就越低；單碟容量越大，其平均尋道時間就越低。當單碟片容量增大時，磁頭的尋道動做和移動距離減小，從而使平均尋道時間減小，加快硬盤速度。

    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的時間。

    虛擬內存對於許多計算級來講都支持，虛擬內存能夠運行大於物理內存的程序，運行原理是將正在運行的程序或者必須運行的程序都會在內存中運行，可是相對於計算機目前不重要的運行程序都會放到磁盤的某個地方，而這個地方就成爲虛擬內存，虛擬內存通常在內存的1.5到2倍之間。

  MMU是中央處理器（CPU）中用來管理虛擬存儲器、物理存儲器的。

磁帶

    若是不比速度，能夠說磁帶的存儲容量相對於其餘存儲介質來講已經很大了，並且容易攜帶，可移動性強。通常用來存儲備份。缺點，讀取速度太慢了！

設備驅動與控制器

 

    控制器就是爲操做系統屏蔽這些複雜而具體的工做，提供給操做系統一個簡單而清晰的接口

   設備驅動是有相對簡單的接口且標準的，程序員能夠爲其編寫驅動程序了。要想調用設備，必須根據該接口編寫複雜而具體的程序，因而控制器提供設備驅動接口給操做系統。必須把設備驅動程序安裝到操做系統中。

總線與南橋和北橋

   總線是計算機各類功能部件之間傳送信息的公共通訊幹線，它是由導線組成的傳輸線束。所謂的北橋（PCI）就是鏈接高速設備，高速設備有高速緩存，CPU，主存儲器。南橋（ISA）鏈接慢速設備，慢速設備通常都是經過USB等外接設備。

操做系統的啓動流程

 

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

應用程序的啓動流程

 應用程序的啓動是雙擊桌面上的快捷方式，快捷方式會發送信息給操做系統，而後會在磁盤中找到相對應的文件調到內存中，而後CPU運行。