1、计算机硬件
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1、编程语言的作用
编程语言也是一种语言，语言是用来交流。和中国人交流用普通话；和外国人交流用英语；同理和计算机交流需要用编程语言。程序员编程的本质就是让计算机去工作，而编程语言就是程序员与计算机沟通的介质。
2、计算机硬件与编程语言
编程语言主要的作用是开发软件。这些软件必然会占用计算机硬件的资源，而这些软件并不能够直接控制硬件，如果去研究硬件会严重影响我们的开发效率。因此软件会通过操作系统对硬件进行控制，即操作系统为软件提供简单的接口。
1、硬件总介
计算机硬件一般而言由：系统主板、中央处理器及CPU、内存、显卡、硬盘、光驱、输入输出设备等。
2、CPU
CPU作为计算机中最重要的硬件，主要负责控制各个硬件及进行各种运算（包括数字运算以及逻辑运算）。它从内存中取指令->解码->执行，然后再取指->解码->执行下一条指令，周而复始，直至整个程序被执行完成。
因CPU运行速度远远大于内存，所以在CPU中都有一些用来保存关键变量及临时数据的寄存器，也称为一级缓存，其中一种比较特殊的寄存器叫做程序状态字寄存器(Program Status Word, PSW)。多数CPU都有两种运行模式：内核态和用户态，通常程序状态字寄存器中有一个二进制文件控制这两种模式。
内核态：运行的是操作系统的内核，可以操作硬件（可以获取CPU的所有指令集）
用户态：运行的是应用程序，不可以操作硬件（可以获取CPU指令集的一个子集，不包括控制硬件的指令集）
用户态下工作的软件不能操作硬件，但是我们的软件比如暴风影音，一定会有操作硬件的需求，比如从磁盘上读一个电影文件，那就必须经历从用户态切换到内核态的过程，为此，用户程序必须使用系统调用，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。
3、储存器
3.1 L1缓存
L1缓存就是寄存器，其容量小于1kb，但访问时间极短，材质与CPU相同。CPU访问无延迟。
3.2 L2缓存
L2缓存是高速缓存，容量高于寄存器，访问时间略高于寄存器。
3.3 内存RAM
是易失性存储，断电后全部消失。调用数据时，磁盘里的数据会传到内存中以便进行进一步的调用、处理。
3.4 EEPROM
EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory）也是非易失性的，但是与ROM相反，他们可以擦除和重写。不过重写时花费的时间比写入RAM要多。在便携式电子设备中中，闪存通常作为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷，是便携式音译播放器的磁盘，还应用于固态硬盘。闪存在速度上介于RAM和磁盘之间，但与磁盘不同的是，闪存擦除的次数过多，就被磨损了。
3.5 CMOS与BIOS电池
CMOS是易失性的，常用于保持时间和日期。也可以记忆哪个是启动磁盘等。通过BIOS电池供电，可运行数年。
4、硬盘
4.1 硬盘结构
硬盘断电后数据不会消失，所以用于存储用户数据和文件。
硬盘最主要的组成部分为盘片和磁头，一般每块硬盘都包含多个盘片，而每个盘片上下各有一个磁头。
磁头在盘片上读取的相同半径的一圈，称为磁道，所有盘片相同半径的磁道称为一个柱面。每个磁道又可划分为多段圆弧，叫做扇区，扇区最典型的大小是512 Bytes（字节），数据就存放在一段段的扇区中。其中，第一个扇区中存放着主引导记录（MBR），前446Bytes为引导信息，64Bytes为分区信息，最后2Bytes为标志位。
从磁盘读取数据需要经历寻道时间和延迟时间。其中有两个概念叫做平均寻道时间和平均延迟时间。
平均寻道时间指的是硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它在一定程度上可以体现硬盘读取数据的能力。而在磁头移动到数据所在的磁道之后，并不一定就直接落在数据所在的扇区，磁头再移动到数据所在扇区所用的时间称为平均延迟时间。
4.2 虚拟内存
许多计算机支持虚拟内存机制，它可以使电脑运行大于自身内存的程序，虚拟内存其实是从硬盘中划分出的一块区域，其工作原理是将目前要使用的程序放入内存中执行，暂时用不到的部分程序放入虚拟内存。
5、磁带
磁带的读写速度很慢，但由于其成本低和容量大的特性，常用于作备份。
6、总线
总线（Bus）是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线。
北桥即图中的PCI桥，它连接的都是一些高速设备，南桥即图中的ISA桥，它连接的都是一些低速设备。
驱动程序是连接操作系统和硬件的重要部分，它通过操作系统来控制硬件。因为不同厂商的标准不同，如果系统单独为每一个硬件编写程序，工作量将无比庞大且兼容性很差，所以厂商一般为自家出厂的硬件编写驱动程序。
1、操作系统的启动流程
开机后，计算机通电，BIOS（Basic Input Output System）开始运行，检测各硬件（CPU、内存、硬盘等），然后BIOS通过储存在CMOS中的配置文件在多个存储设备中识启动盘，然后读取启动盘中主引导扇区中的主引导记录（MBR），通过加载其中的bootloader装载模块（例如GRUB）启动系统。然后操作系统询问BIOS，获取所有硬件的配置信息，检测各硬件是否都有驱动程序，一旦所有驱动程序全部加载，操作系统会将其调入内核，然后将系统内核（kernel）加载至内存来启动系统，该部分存放操作系统的内存为受保护内存，其他程序不可使用。
2、应用程序的启动流程
前提：应用程序是运行于操作系统之上的
打开快捷方式后，操作系统通过路径找到源文件并执行，此时CPU由用户态切换到内核态，读取硬盘中应用程序的代码调入内存，CPU从内存中读取代码执行，执行后内核态切回用户态，将执行结果显示在操作系统中。
