计算机基础part1
一:计算机的基本组成
1.计算机由输入单元、控制单元、算法逻辑单元、输出单元、存储单元,五大单元组成
二:概念篇
CPU:中央处理器,其内含有指令集(取码-解码-执行的过程)
CPU同一时刻只能干一件事情,从内存取出指令码解码执行。
硬盘:用于存储信息。分为机械式磁盘(基于磁)和固态硬盘(基于电)。
寄存器:因CPU运行速度快,而内存速度慢,未充分利用CPU效率而产生的,其空间小于内存,一般采用CPU材质。位于CPU内,
所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器。
虚拟内存:许多机器支持虚拟存储机制,以至于能够使计算机运行大于物理内存的程序,其方法就是将该程序暂时不需要运行的文件放置磁盘某个地方,这个地方成为虚拟内存。 (位于硬盘内,暂时保存运行数据,但速度慢)
编程语言:语言是用于一个事物与另一个事物联系的介质。 而计算机语言,则是人与计算机进行沟通的介质。
三:计算机基础
1.硬件系统 软件系统 操作系统三者之间的关系?/
计算机硬件主要包括CPU/内存/硬盘/键盘/鼠标等等设备。但是硬件不能完成计算机的操作与使用,此时我们需要借助操作系统。操作系统其实也是一道程序,写入了磁盘的第一个扇区,那么操作系统可以直接控制硬件系统吗?其实不能,我们需要借助BIOS系统(BIOS系统也是一个程序,用于启动硬件参数以及记录时间、日期,其数据处在CMOS芯片上,自带小电池,这也是为什么电脑关机后再重启时间依然准确的原因)。
2.CPU 内存 硬盘之间的关系?
CPU,即为中央处理器,其内含有微指令集。(取码-解码-执行的过程) 运算速度快
CPU分为两种模式,内核态(可完全访问整个硬件)与用户态(仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集,该子集中不包含操作硬件功能的部分)。
而程序的运行往往需要用到硬件,那么如何进行两种模式的切换呢? 用户必须使用系统调用,系统调用陷入内核并调用操作系统,TRAP指令把用户态切换成内核态,并启用操作系统从而获得服务。简单理解:系统调用就是将用户态转化为内核态,将编程语言转化为机器语言,那么硬件就可以执行该程序了。
内存,暂时存贮数据,断电数据就会消失。比如:我们在运行程序,突然断电,再次重启需要重新启动该程序,而无法保存断电前程序的运行位置。 运行速度慢
硬盘,永久存储数据。分为固态硬盘与机械式硬盘(机械手臂、磁盘)。 运行速度慢,受限制与转速,转速越快则写入会更快。
程序的运行需要CPU的控制与处理,CPU运行的数据来源于内存,而内存的数据则来自于硬盘的写入。CPU不能直接读入硬盘里的数据!
3.存储系列
闪存:可读,可擦,可重写。 固态硬盘均为闪存芯片。
ROM:只读存储器,在工厂中就编辑完毕,不可再次修改。
L1缓存:即寄存器;因CPU运行速度快,而内存速度慢,未充分利用CPU效率而产生的,其空间小于内存,一般采用CPU材质。位于CPU内,
所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器。
高速缓存即L2缓存;
4.磁盘结构
扇区:磁盘划分为扇形的区域,其大小为512bytes.
磁盘读取的最小单位为1扇区,操作系统最小的读取单位为1block=8*512bytes=4kb
磁道:磁盘的读取由机械手臂完成,机械手臂在磁盘上画圈产生了磁道。
柱面: 数个叠加的磁盘形成柱面,而以不同的磁道形成的就是柱面。
分区其实就是按照柱面由圆心内及圆心外而划分的区域。例如windows系统的C/D/E/F盘的划分。
磁带:储存数据量大、但读写速度慢。可用于服务器的数据存储。
平均寻道时间 :机械手臂寻找储存相应信息磁道的时间
平均延迟时间:找到准备磁盘扇区延迟的时间
I/O设备:包括设备控制器以及设备本身。
控制器:位于接口处,接口连接的就是控制器,从操作系统接受命令。比如:U盘接口。
5.总线、南桥、北桥
总线:主板中连接各个设备的线路
南桥即ISA桥:连接慢速设备,例如:USB、鼠标
北桥即PCI桥:连接高速设备,例如:CPU/内存/寄存器
平均寻道时间:机械手臂寻找储存相应信息磁道的时间
平均延迟时间:找到准确磁盘扇区的时间
5.操作系统的启动流程找到准备磁盘扇区延迟的时间
1.启动电脑计算机电源开关
2.BIOS程序自动启动,检测硬件设备:CPU、硬盘、内存等。
3.BIOS从CMOS芯片中读取程序,启动相应设备
4.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)
5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
6.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),创建需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI
6.应用程序的启动流程
1.双击点开应用程序软件,桌面快捷方式(文件路径)
2.操作系统根据文件路径,从硬盘中调用到内存运行
总结与归纳:
1.操作系统
操作系统包括核心与开发接口。核心层是参考硬件规格写成的,所以同一个操作系统不能在不一样的硬件架构下执行。应用程序的开发则要参照该操作系统开发接口进行开发,才能够运行。
操作系统与硬件
操作系统不能单独驱动硬件,需要有驱动程序才能完成。驱动程序就是在用来向操作系统提供一个访问、使用硬件设备的接口。相当于“传令兵”。
操作系统---驱动程序----硬件设备
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