一：编程语言的作用

　　编程语言首先是一门语言，其实与汉语、英语等语言的作用相同，语言是沟通介质。只不过编程语言是与计算机沟通，是让计算机读的懂的语言。从而达到让计算机来做人类希望计算机要做的工作。

　　但只有编程语言开发软件是不可以的，虽然自己本身也可以通过了解各个硬件的结构与工作原理，通过编程语言来控制各个硬件，再开发自己的程序。但这样大大限制了程序设计人员的效率，每次写程序都要考虑硬件的运用。所以就诞生了操作系统。

二：操作系统与硬件的关系

　　操作系统的作用是链接应用程序以及硬件的程序，操作系统本身也是程序。操作系统可以为应用程序以及硬件提供各个接口。这样，程序设计人员不用考虑底层硬件的作用，只考虑自己程序的设计，大大提高了程序设计人员的效率。

三：计算机的基本硬件

　　（1）CPU

　　　　如果把计算机比喻为一个人，那么CPU就相当于人的大脑。CPU有逻辑运算与数学运算两种运算。

　　（2）内存

　　　　内存是计算机负责临时存储的器件

　　（3）硬盘

　　　　硬盘是计算机永久存储数据的器件

　　CPU负责计算机的高速运算，计算机所有的计算都是通过CPU完成的。CPU中有用来保存关键变量和临时数据寄存器。CPU通过从内存读取数据来处理数据，内存从硬盘中加载数据。

　　CPU中有一种非常重要的寄存器叫程序状态寄存器（PSW），这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式（用户态或内核态），以及各种其他控制位。用户通常读入整个PSW，但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中，PSW非常重要。

　　CPU有内核态与用户态两种模式，是通过PSW中的一个二进制来控制这两种模式。

　　内核态：CPU在内核态模式下，可以直接控制硬件。CPU可以执行所有的指令。

　　用户态：CPU在用户态模式下，CPU只能执行一部分指令，不可以直接操作硬件。

　　内核态与用户态之间的切换，由于CPU在用户态下不可以操作硬件，但应用程序必须要通过硬件来运行结果，所以内核态与用户态就需要不断地切换，来完成工作。应用程序是通过系统调用（system call），系统调用嵌入内核并调用操作系统，TRAP指令把用户态切换成内核态，从而控制硬件。

　　（4）存储器的分类

　　　　L1缓存：即寄存器，寄存器与CPU的材质相同，与CPU的速度一样快，速度在1ns，容量小于1KB

　　　　L2缓存：高速缓存是由硬件控制。最常用的高速缓存放置在CPU内部或者非常接近CPU的高速缓存中。高速缓存可以不通过总线把访问请求送往内存。

　　　　内存：内存是存储系统的主力，通常称为随机访问存储RAM，是易失性存储，断电后数据全部消失。

　　　　EEPROM和闪存：两者可擦除重写的，不过速度要比RAM慢。在便携式电子设备中，闪存通常作为存储介质。闪存是数码相机的胶卷，可应用固态硬盘。闪存擦除的次数过多，会被磨损。

　　　　CMOS与BIOS电池：CMOS是易失性的，计算机用CMOS存储器来保持当时的时间，CMOS是由BIOS的电池供电的，所以计算机断电后，时间仍然可以正确的更新。CMOS还可以保存配置参数，比如是哪一块启动磁盘来启动。

　　　（5）磁盘的结构

　　　　　　磁盘是一种机械装置，磁盘中有一个或多个金属盘片，机械臂，磁头等组成。数据存储的最小单位是扇区，扇区有磁道组成。不同盘面的扇区构成了柱面。不同的柱面可以用来分区。

　　　　　　平均寻道时间：寻找数据时，磁头从一个柱面移动到数据所在的柱面成为寻道时间，找到磁道不代表找到了数据的位置。

　　　　　　平均延迟时间：机械臂到达正确的磁道后，必须等待旋转到数据所在的扇面，这段时间叫延迟时间。

　　　　　　虚拟内存与MMU：虚拟内存是使计算机运行大于物理内存的程序，是把多余的程序运行至专门空出得磁盘中，一般设置的大小是内存的1.5~2倍。但最好不超过8G。MMU是存储器管理单元，核心在于快速的映射内存地址。

　　　（6）磁带

　　　　　　磁带的存储速度比硬盘慢，但是容量更大，价钱便宜，一般做备份使用。

四：设备驱动域控制器

　　控制器：是查找主板上的一块芯片或一组芯片（硬盘，网卡，声卡等都需要插到一个口上，这个口连的便是控制器），控制器负责控制连接的设备，它从操作系统接收命令，比如读硬盘数据，然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容。

　　设备驱动：操作系统要控制不同厂商的硬件，机制与原理不同，所以需要各个厂商提供操作其硬件的接口，即为驱动程序。

五：总线与南桥北桥

　　总线：总线处理I/O设备及CPU到存储器的速度都更快。

　　北桥即PCI桥：连接高速设备。

　　南桥即ISA桥：连接慢速设备。

六：计算机启动顺序

（1）    计算机通电

（2）    启动BIOS，检查CPU、内存、硬盘

（3）    BIOS获取CMOS的信息，选择要启动的设备

（4）    启动设备通过进入MBR（硬盘的第一扇区，有512字节，前446存储系统的启动信息，后64存储分区信息，最后2位是标志位）

（5）    根据启动信息grub来启动要启动的系统

（6）    系统询问BIOS，检查所有的硬件是否有驱动，如果没有提示安装驱动

七：应用程序启动顺序

（1）    通过系统操作，查找应用软件在硬盘中的位置

（2）    把应用系统加载到内存中

（3）    通过PSW把CPU调整到用户态，CPU获取指令

（4）    PSW把CPU由用户态调整到内核态，处理相应的硬件

（5）    PSW再把CPU由内核态调整到用户态，把处理的结果返回至软件