編程語言的做用及與操做系統和硬件的關係

1、編程語言的做用及與操做系統和硬件的關係

 

    做用：編程語言是計算機語言，是一種程序員與計算機之間溝通的介質，經過編程語言可使得計算機可以根據人的指令一步一步去工做，完成某種特定的任務。

 

    關係：編程語言會經過編譯軟件寫成程序，程序是不能直接和硬件來進行交互的，而操做系統是用來管理計算機硬件設備的，因此咱們能夠就能夠在操做系統上來運行程序，讓操做系統去管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出、操做網絡與管理文件系統等基本任務。

 

2、應用程序、操做系統、硬件之間的關係

 

    硬件上運行操做系統，操做系統上運行應用程序，應用程序經過Windows API調用操做系統函數從而和計算機硬件交互。

 

3、cpu、內存、磁盤之間的關係

 

   1.CPU即中央處理器，CPU從內存或緩存中取出指令，放入指令寄存器，並對指令進行解碼，而後發出各類控制命令，從而完成一條指令的執行。

 

   2.CPU並不能直接調用存儲在硬盤上的系統、程序和數據，必須將硬盤的有關內容經過總線存儲在內存中，才能被CPU讀取運行。於是，內存能夠理解爲硬盤和CPU的「中轉站」。

 

   3.當運行數據大小超出物理內存的時候，這時系統就會將硬盤上的部分空間模擬成內存——虛擬內存，並將暫時不運行的程序或不使用的數據存放到這部分空間之中，等待須要的時候方便及時調用。

 

   4.內存是帶電儲存，斷電消失，而且容量有限，若是想長期儲存的話還須要將數據存放到硬盤中。

 

4、cpu與寄存器，內核態與用戶態及如何切換

1.寄存器是cpu的一部分，由於cpu從內存獲得指令或數據的時間比cpu執行指令花費的時間要長，因此將關鍵變量和臨時數據保存到寄存器裏面，訪問速度和CPU同速或半速，用來避免內存速率比CPU慢幾個數量級的瓶頸問題，寄存器的分類：

 

     a.通用寄存器：用來保存cpu運行中產生的變量和臨時結果。

     b.程序計數器：cpu只能同時作一件事情，因此在運行過程當中會在多個指令中來回切換執行，程序計數器用來存放這些指令的狀態。

     c.堆棧指針:堆棧指針的的做用是在堆棧過程當中始終指向棧頂，取出指令，而後cpu去運行。棧就是先進後出的一種數據結構。

     d.程序狀態字寄存器:不管是系統軟件仍是應用軟件執行後都得轉換成cpu的指令，狀態字寄存器用來控制用戶態和內核態兩種狀態。

 

2.當cpu能夠訪問內存裏的全部數據，而且能夠訪問外圍設備（硬盤, 網卡等硬件）時爲內核態，CPU也能夠將本身從一個程序切換到另外一個程序；受限的訪問內存, 且不容許訪問外圍設備時爲用戶態，佔用CPU的能力被剝奪，CPU資源能夠被其餘程序獲取。

 

3.全部用戶程序都是運行在用戶態的，可是有時候程序確實須要作一些內核態的事情，例如從硬盤讀取數據， 或者從鍵盤獲取輸入等。 而惟一能夠作這些事情的就是操做系統， 因此此時用戶程序就須要使用系統調用，操做系統請求以程序的名義來執行這些操做，此時就會從用戶態切換到內核態。

 

5、L1緩存，L2緩存，內存（RAM），EEPROM和閃存，CMOS與BIOS電池

1.寄存器既L1緩存，材質、速度和CPU相同，CPU訪問寄存器時無延時。

 

2.L2緩存被稱爲告訴緩存，CPU比較經常使用的會放在L2緩存中，訪問速度會比L1緩存慢。

 

3.全部的程序都是在內存中運行的，計算機在運行中，操做系統也會在內存中運行。內存的速度會慢於L1和L2緩存，CPU訪問的前後順序是先訪問L1緩存嗎，而後訪問L2緩存，再訪問內存，最後訪問硬盤，每次訪問的命中率爲80%。

 

4.EEPROM和閃存都是一種儲存器，能夠擦除和重寫，可是重寫的速度介於內存和磁盤之間。被應用於便攜式電子設備的存儲媒介，磁盤，固態硬盤等，都是應用閃存。

 

5.CMOS也是一類存儲介質，它是易失性的，斷電既消失，可是由於它的耗電亮很小，因此採用它來存儲一些系統的參數配置，一塊電池能使用若干年。

 

6、平均尋道時間，平均延遲時間，虛擬內存與MMU

1.平均尋道時間它是指硬盤在接收到系統指令後，磁頭從開始移動到移動至數據所在的磁道所花費時間的平均值。

 

2.平均延遲時間機械臂到達正確的磁道以後，使得要讀取的扇區轉到讀寫頭的下方這段時間的平均值，爲平均延遲時間。

 

 3.當計算機運行大小大於物理內存的程序時，會在硬盤中分塊一塊空間，而後將內存中程序不經常使用的數據放到硬盤的那塊空間中，當用到的時候在拿回到內存中，這時內存和虛擬的內存空間會造成映射，成爲存儲器管理單元（MMU）。這種方式的運行速度會比正常狀況下低。

 

7、磁帶

速度低於磁盤，可是因其大容量，在地震水災火災時可移動性強等特性，常被用來作備份。

 

8、設備驅動與控制器

1.控制器是計算機中的一個實體設備，實現I/O設備和計算機之間的數據交換，它是CPU與I/O設備之間的接口，它接收從CPU發來的命令，並去控制I/O設備工做，以使處理機從繁雜的設備控制事務中解脫出來。

 

2.設備驅動是操做系統和輸入輸出設備間的粘合劑。驅動負責將操做系統的請求傳輸，轉化爲特定物理設備控制器可以理解的命令。

9、總線與南橋和北橋

1.總線將計算機內部各部件鏈接，而且實現了計算機各功能部件之間的信息傳輸。

 

2.南橋鏈接慢速設備，硬盤，顯示器等設備。

 

3.北橋鏈接高速設備，CPU，內存等設備。

 

10、操做系統的啓動流程

1.機器加電，bios啓動檢查硬件設備。

 

2. bios讀取COMS中存儲的參數，選擇啓動設備。

 

3.從啓動設備中讀取第一個扇區的內容。

 

4.根據分區信息讀入bootloader啓動裝載模塊，啓動操做系統。

 

5.操做系統文件會從bios中獲取配置參數。會檢查計算機設備的驅動程序，若是有設備缺乏會提示用戶缺乏驅動，若是全動加載成功，則操做系統會將他們加入到內核中。

 

11、應用程序的啓動流程

1.輸入設備將指令發給控制器。

 

2.控制器經過驅動器將請求發給操做系統。

 

3.操做系統會去硬盤上尋找文件位置。

 

4.操做系統找到文件之後會往內存裏讀，讀完之後程序啓動成功。