计算机基础知识

                                                   计算机基础

 

 一：计算机基础简介

          随着信息技术越来越智能化、全球化、知识化等的普及；熟悉和掌握计算机已成为我们生活中必不可少的一部分，而编程语言（python）就成了我们与计算机沟通的介质；从而，使计算机能够根据指令，来一步一步来完成特定的任务。

二： 计算机硬件介绍

          CPU，内存以及I/O设备都由一条系统(bus)连接起来并通过总线与其它设备通信（或多重总线）；

       （1） CPU：计算机的核心，处理各种信息和运算；

       （2） 内存：负责临时存储；

       （3） 硬盘：负责永久存储；

       （4） 输入设备：负责接收外部的信息传给cpu；

         (5)  输出设备：负责经过处理后输出的结果；

 

     1：处理器

          CPU 从内存中提取指令→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；

     2：寄存器分类

           通用寄存器（保存变量和临时结果）、程序计数器（保存将要取出的下一条指令的内存地址）、堆栈指针，内存中当前栈的顶端（先进后出、后进先出的原则存取数据）、程序状态字寄存器（Program Status Word、PSW），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）、及各种其它控制位。

      3:寄存器维护

          每次停止一个运行着的程序时，操作系统必须保存所有的寄存器，这样在稍后该程序被再次运行时，可以把这些寄存器重新装入。

      4:处理器设计的演变

           

      5：内核态与用户态

             内核态：操作系统在内核态下运行，可以访问整个硬件；

             用户态：操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用；

      6：内核态与用户态切换

            用户态下的工作软件不能操作硬件，比如从磁盘上读一个电影文件，就必须经历从用户态切换到内核态的过程，对此，用户程序必须使用系统调用（system call）,系统调用陷入内核并调用操作系统，TRAR指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统获得服务。

     7：异常处理

           计算机使用TRAP来执行系统调用，多数的TRAP是由硬件引起；

      8：多线程和多核芯片

                      

      9：存储器

                       

      寄存器L1缓存：用与CPU相同材质与CPU一样快；

      高速缓存L2缓存：主要由硬件控制高速缓存的存取（高速缓存命中）；

      内存（RAM）:是易失性存储、断电后数据全部消失；

 EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory）：是非易失性随机访问存储，在电源却断之后，内容不会丢失；

     CMOS，它是易失性的是CMOS存储器来保持当前时间和日期；BIOS,CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动，所以，即使计算机没有加电，时间也仍然可以正确地更新，除此之外CMOS还可以保存配置的参数；

    10：磁盘的结构

                     

         信息卸载磁盘上的一些列同心圆上，是一连串的二进制；

 

          8个bit=1Bytes  1024Bytes=1KB  1024KB=1MB    

          磁道：每个磁头可以读取一段换新区域； 柱面：把一个戈丁手臂位置上所有的磁道合起           来；每个磁道都有若干个扇区，扇区典型值是512字节；

       平均寻道时间：机械手臂从一个柱面随机移动到相邻柱面的时间；

       平均延迟时间：机械臂到达正确磁道之后还必须等待旋转到数据所在扇区下的时间；

       虚拟内存与MMU:虚拟内存是指计算机可以运行大于物理内存的程序，将正在使用的程序放入内存去执行，而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方；在Linux中成为swap，这种机制的核心在于快速地映射内存地址，由CPU中的一个部件负责，成为存储器管理单元；

       11：磁带：在价格相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量，虽速度低于磁盘、但其容量大；在地震、水灾、火灾时可移动性强等，常被用来做备份（常见与大型数据库系统中）；

         设备控制器：控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换；

         设备本身：有相对简单的接口标准，其大家都可以编写驱动程序；

       12：总线（北桥和南桥）

               北桥：连接高速设备； 南桥：连接慢速设备；

                  

        

        13：启动计算机

         操作系统流程：   ①给计算机通电；②BIOS开始运行检测硬件；③BIOS读取CMOS存储器的参数、然后启动设备；④从启动设备上读取第一个扇区的内容；⑤根据分区信息读入bootloader启动转载模块，启动操作系统；⑥然后操作系统询问BIOS，以获得配置信息。

       应用程序流程：通过输入设备向操作系统发出，可打开执行程序指令，再操作系统去硬盘查找相应文件、后向内存读取文件、打开应用程序。