菜機互啄計算機的一些基本知識持續更新

時間 2019-11-12

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基礎知識篇一

程序指令+數據組成儲裏器面存放着數據和指令linux

計算機硬件系統五大部件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備組成

1.CPU

cpu包含運算器和控制器ios

CPU主要的組成運算器，控制器，寄存器

控制器：讀取指令，並在指令的控制下，去讀取要執行的運算，包括數據或者計算，控制器會控制告訴計算器到哪裏去取數據，數據取過來，運算器開始運算，運算結果由控制器輸出到存儲器CPU暫時存儲器程序員

運算器：運算器須要去存儲裏面讀取指令web

寄存器：cpu暫時存儲器，shell

地址總線：內存尋址編程

數據總線：傳輸數據小程序

控制總線：控制指令緩存

地址總線的位數決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，好比8位微機的地址總線爲16位，則其最大可尋址空間爲2^16=64KB，16位微型機的地址總線爲20位，其可尋址空間爲2^20=1MB。通常來講，若地址總線爲n位，則可尋址空間爲2^n位。^[1] 安全

地址總線寬度　地址總線數據寬度決定了CPU能夠訪問的物理地址空間，簡單地說就是CPU到底可以使用多大容量的內存。對於486以上的微機系統，地址線的寬度爲32位，最多能夠直接訪問4096 MB（4GB）的物理空間。Pentium Pro/Pentium Ⅱ/Pentium Ⅲ爲36位，能夠直接訪問64GB的物理空間。網絡

Cup緩存：CUP是從內存讀取數據，緩存是從三級到一級層層緩存。可是CPU的處理速度依然遠遠大於內存，CPU依然須要等待大量的時間從內存讀取數據，CPU性能被浪費，因此CPU引入了一級緩存，一級緩存分爲指令緩存和數據緩存 他的容量很小，只有幾十K左右，但他的讀寫速度卻已經與CPU處理速度很是接近了。

但由於這樣的一級緩存成本很是很是高，因此是不可能作的很大的，但這麼小的幾十K跟內存成百上千M的容量比，實在是不夠用，一級緩存與內存的數據傳遞又成了瓶頸，出於成本考慮一級緩存不可能增大太多，因此又加入了二級緩存，他的速度比一級緩存要小的多，但成本低，並且能夠作到比一級緩存大不少，因此就出現了二級緩存，如今二級緩存基本都是1M以上的了，甚至都6M的了。

2.存儲

Ram：全部數據都在來自於Ram 隨機訪問存儲器 ,如今主流使用的都是ram

Rom 只讀存儲器此前適用於這臺計算的一堆指令。

3．輸入輸出設備稱爲I/O設備

用來與用戶進行交互

I輸入設備：鍵盤、鼠標、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、遊戲杆、語音輸入裝置等都屬於輸入設

o輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統、語音輸出系

默認輸出設備也叫標準輸出

默認輸入設備也叫標準輸入

標準輸入通常都指的是：鍵盤

標準輸出和錯誤輸出：顯示器

I/O重定向：改變了數據的輸出來源和輸入來源

加電自檢含義：指令可以映射到內存裏面，控制器就會讀取這些指令，告訴CPU 顯卡內存是否存在這個就叫作加電自檢

內存分爲三段：post加電自檢之後 bios自動映射到內存第一段實現加電自檢，第二段內核空間（kernel space）載入操做系統內核，第三段被多個應用程序彼此共享

Interrupt含義：中斷能夠理解爲硬件通知機制那麼咱們怎麼知道中斷是鼠標或者鍵盤，計算機內部有個可中斷編程控制器，這個控制器和CUP是針腳相連的，cup有多跟線，每一根線對應一個設備，這樣CUP就能夠知道是哪裏出現中斷了

設備分南橋和北橋

南橋：低速控制總線鏈接大量I/O外圍設備（鍵盤，鼠標，顯示器）彙總後經過同一根線交給北橋，北橋經過控制器傳給CUP

北橋：高速控制總線 cup和內存打交道，Cup和內存須要總線相連，因此須要大量數據傳輸，須要高頻率快速數據交換

如今爲了高效率內存直接鏈接CUP了北橋只負責鏈接南橋，由於北橋速度快，所以能夠將固態硬盤直接鏈接到北橋，實現更高效率，這就是一種硬件調優

緩存工做要遵循程序局部性原理，

時間局部性：剛訪問的數據，可能最近還須要訪問緩存下來

空間局部性：若是訪問一個數據，離周圍的數據很是近，因此把周圍的數據一塊兒載入進來

機器只能識別二進制編程爲了方便編程，cpu芯片會有微碼也叫微程序，稱爲彙編語言人類認識的語言，在用編譯器（編譯器也是軟件），轉換爲機器語言，微碼是芯片是自帶的，每一個廠家的芯片不同，因此沒法相互使用。

API(Application Programming Interface)：應用編程接口爲了讓不一樣廠家的芯片能夠互相使用，可讓cup直接相互經過編程接口把指令往上傳輸就跟翻譯器是一個道理

硬件架構：cpu芯片的不一樣系列由於ntel公司發展出了代號爲8086，因此這種架構的CUP叫作x86

主流架構

手持智能設備：硬件架構移動硬件架構叫作 ARM （啊木）

X86

X86-64 也叫AMD64

32位計算機中的位數指的是CPU一次能處理的最大位數，一次最多能處理32位數據

64位計算機中的位數指的是CPU一次能處理的最大位數，一次最多能處理64位數據

32位和64位操做系統是指：CPU一次處理數據的能力是32位仍是64位。換而言之， 32位系統的處理器最大隻支持到4G內存，而64位系統最大支持的內存高達億位數。

支持內存的大小這是根據他們的CUP處理的數據寬度決定的

進程

運行的程序稱之爲進程，進程是有生命週期的，處理完畢進程就結束了，而程序在內存裏保留的因此進程和程序是不同的，

進程的原理：CUP運算是根據時間的流逝完成的CPU是時間驅動的。因此將CPU樣件切分爲CPU的時間片time slice

time sluce

第一個程序運行5ms

第二個程序運行5ms

來回交替運行

內存能夠經過訪問不動的段來進行交替也稱分段機制，例如第一個程序訪問第一段，第二個程序訪問第二段，每一個程序都是從頭開始的，那麼內存如何知道我要去訪問相應的段落呢？ CPU內部也能夠分段，內部會把不一樣的任務放入相應的段落裏，來進行相互交替，內存分段由CPU完成

操做系統

操做系統基本組成

操做系統也是個軟件，運行在硬件上，負責管理硬件資源，將硬件資源所提供的計算能力，分配給不一樣程序，CUP分紅多個片，內存分紅爲多個段，而且負責協調，協調包括程序的啓動，終止和回收等工做，還負責程序切換等工做

負責協調硬件和程序。有了操做系統,進程不能和硬件直接打交道

要想使用硬件必須經過操做系統進行協調進程向操做系統內核進行程序調用，

由系統內核把程序從內存中取出來返還給應用層程序和進程，

操做系統是由system cal(系統調用)進行協調，可是因爲這種方式過於底層，使用起來比較麻煩，因此將底層系統調用一個或者多個，把功能封裝打包起來，作出更高級的接口，那麼這個高級接口稱做爲庫，庫不能獨立運行，只能被調用。

除了系統調用還有庫調用（library），庫對於操做系統或者內核叫：應用編程接口API

程序員開發程序都是經過庫去開發，windos和linux庫不一樣。因此windos開發的程序不能再linux上使用，先要程序通用如何windos和linux使用的庫同樣，彷佛就能夠

因此操做系統底層是硬件操做系統就是經過系統調用

Shell：人機交互接口，爲何咱們雙擊就能點開word呢就是經過shell實現，把計算機的功能經過人類容易操做的方式，輸出一個接口，經過這個接頭才能操做計算機

Shell分兩種

1.GUI圖形用戶界面

2.CLT命令行接口

內核：操做系統的核心，內核負責管理硬件資源，而且將

硬件資源虛擬提供給上層所須要的運行程序。如何程序運行在硬件上那麼這個程序就能夠控制硬件的各類屬性，若是多個程序同事運行，相互之間就會產生干擾，因此須要內核負責管理和協調，內核確認硬件的運算能力經過系統調用的方式，返還給程序

程序的執行過程：有了操做系統，內核負責整個系統的監控和上層程序的監控，可以和程序進行交互的只有內核，軟件程序輸入信息先到達CPU，CPU通知內核進行處理，在由內核轉交給應用程序

操做系統也是一種程序，程序是由指令+數據組成，因此內核的數據再也存儲器（內存裏），若是有惡意的應用程序訪問內核那麼系統的穩定性沒有保障，因此有保護機制把應用程序和內核隔離開，因此CPU分爲4個級別，只有內核能運行在特權級別下（0級別），而其餘程序運行在最外圍級別上，cup會把級別映射到存儲器的（內存）

內核的功能:

進程管理

內存管理

文件系統

網絡功能

硬件驅動

安全機制

ABI應用二進制接口每一個CPU的編譯器不同，使用ABI能夠實現交叉編譯

全部程序都須要進行編譯，由於計算機內核只認識二進制，因此就有了第三方公司專門作編譯，把程序編譯完打包封裝給系統使用，這就是redhat 紅帽公司這些公司都不是開發者他們只是將·源代碼格式的linux在通用的計算機上編譯成通用格式，其餘人就不用編譯了，因此紅帽這些公司是linux的發行商，內核有Linux之父李納斯維護軟件由GNU 組織戈怒維護的 redhat負責包裝發行，可是由於紅帽有些是要服務費升級補丁是要錢的，後來成立了組織centOS 開放社區版的linux 由於免費因此若是任何事情致使系統崩潰centOS不負責任

LINUX基本原則