硬件基础与操作系统原理

1. CPU详解

1. cpu的分类与指令集：

• 精简指令集：指令简短，指令简单，但稳定性高，复杂代码需要多个指令

• 复杂指令集：指令复杂，指令效率高，功能丰富强大，单条指令国服复杂，容易出错

• X86-64：X86时CPU的型号，64位时指CPU一次性从内存中取出多少指令

  CPU具有向下兼容性

  ​ 64位的cpu既能运行64位，也能运行32位的程序

2. 寄存器

• 跟CPU同等材质制成，存在于cpu跟内存之间，用拉力存放特别重要的参数

• 内核态与用户态
  

  • cpu内核态：操作系统工作的状态，所有指令集开放，控制其他 硬件的指令集，运算相关的指令集，可以操作计算机硬件
  • cpu用户态：用于工作的状态，只放运算相关的的指令集，不能操作硬件应用程序的运行，必然涉及到计算机硬件操作，那就必须有用户态切换到内核态下才能实现，所以计算机工作频繁发生内核态与用户态的转换
  • 多线程与多核芯片：
    • 2核代表有两个cpu4线程指的是每个cpu都有两个线程二？假8核

3. 存储器

  1. 寄储器L1缓存：   RAM：内存

  2. 高速缓存L2缓存：  ROM：‘只读内存’存放厂商写死在上的核心程序=>BIOS

  3. 内存             COMs：存取速度慢，断电数据丢失，耗电量极低

  4. 磁盘：机械硬盘，磁盘

• 磁道----数据对应着一串二进制cibit代表一个二进位bit比特位=1bytes字节

• 1024bytes = 1kb

• 1024kb = 1mb

• 1024mb = 1gb

• 1024gb = 1tb

• 1024tb = 1pb

• 扇区：一个扇区为512bytes

  站在硬盘的解读，一次性读写数据的最小单位为扇区，操作系统一次性读写的单位是一个block块=>8扇区的大小=4096bytes

5. 柱面：

6. 固态硬盘

   I/O延迟

   7200转/s

   1/120转/s = 转一圈需要88ms

   转半圈需要转4ms

   IO延迟 = 平均寻道时间+平均延迟时间

优化程序运行效率的一个核心法则：能从内存取数据就要从硬盘取

  7. 虚拟内存：内存已经慢的情况下会调用硬盘事先分的区给内存使用的地方
  8. 总线介绍：北桥连接的都是低速设备，如（显示器接口usb）

4.操作系统的启动流程

BIOS：Basic，input，output，sysem

基本的 ，输入，输出，系统

操作系统启动流程：

1. 计算机加电
2. BIOS开始运行，检测硬件：CPU，内存，硬盘等
3. BIOS读取CMOS存储器种的参数，选择启动设备
4. 从启动设备上读取第一个扇区的内容，CMBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64位为分区信息，最后两个为标志位

应用程序的启动流程：

1. 双击exe快捷键方式----exe文件的绝对路径，就是在告诉操作系统说：我有一个应用程序 需要执行，应用程序的文件路径是exe文件的绝对路径
2. 操作系统会根据文件路径找到exe程序在硬盘的位置，控制其代码从硬盘加载到内存
3. 然后控制cpu从内存中读取刚刚读入内存的应用程序的代码执行应用程序的启动完成

主存：软件运行起来以后，产生的所有数据都优先存储于内存