• 计算机的介绍


    编程语言的作用

       语言本来就是用来沟通的一种工具,而编程语言是为了人类的需求而让计算机能听的懂的语言。来执行任务或工作。

    编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

      操作系统是根据编程语言来完成人类给计算机的任务和工作。而操作系统是间接性的完成硬件上的任务和工作。

    3 应用程序与操作系统与硬件操作过程

      操作系统根据应用程序的需求,而间接性的完成硬件里的任务或工作。

    4 cpu-》内存-》磁盘之间的关系

      cpu相当于人类的大脑。负责一切工作的运算。

      内存相当于人类的短暂记忆,暂放点。

      硬件相当于记事本,可以长期存放。

      (内存相当于一个转折点,他将cpu需要的文件,从硬件那里读取出来,然后cpu再从内存里读取出来接而完成任务和工作)。

    5 cpu与寄存器

      寄存器使用了临时保存cpu操作过程中的关键变量和临时数据的。(这样通常在cpu的指令集中专门提供一些指令,用来将一个数据从内存调入寄存器,以及将一个字从寄存器存入内存。cpu其他的指令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合,或者用两者产生一个结果,比如将两个字相加并把结果存在寄存器或内存中。)

    内核态与用户态及如何切换

      内核态:操作系统在内核态运行情况下可以访问硬件上所有的内容。

      用户态;用户程序在用户态下运行,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,因此,一般情况下,在用户态中有关I/O和内存保护(操作系统占用的内存是受保护的,不能被别的程序占用).

       用户态下工作的软件不能操作硬件,假如我们的软件一定会有操作硬件的需求,(比如暴风影音要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(system call)】,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。

    7  存储器系列

       L1缓存:cpu里面的一级缓存(寄存器),用和cpu一样的材质制成,与cpu一样快,(典型容量是:在32位cpu中为32*32,在64位cpu中为64*64,在两种情况下容量均<1KB)。

       L2缓存:L2缓存为高速缓存,主要由硬件控制高速缓存的存取,内存中有高速缓存行按照0~64字节为行0,64~127为行1。。。最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常接近cpu的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时,高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。如果是,则称为高速缓存命中,缓存满足了请求,就不需要通过总线把访问请求送往内存,这毕竟是慢的。高速缓存的命中通常需要两个时钟周期。高速缓存命中,就必须访问内存,这需要付出大量的时间代价。由于高速缓存价格昂贵,所以其大小有限,有些机器具有两级甚至三级高速缓存,每一级高速缓存比前一级慢但是容易大。

      内存RAM:内存相当于人类的短暂记忆,也属于一个cpu和硬件之间运作的一种通道。

      EEPROM(Electrically Erasabie PROM):是用户可更改的只读存储器,可以用高于普通电压来擦除和重编程(重写),不需要从计算机取出后在后再修改。是一种特殊形式的闪存。常用于个人电脑中的电压来擦写和重编程。

      闪存(fiash memory):闪存是一种非易失性的存储器,他结合了ROM和RAM的长处,它具备了电子可擦除和可编程的性能,而且还不会断电丢失数据同时还能快速的读取数据的功能。(闪存和EEPROM)都可以擦除和重写,不过重写的时间要比写入RAM要多。)

      CMOS:是一种易失性的存储器,只能用于保持当前时间和日期。CMOS和递增时间之间由一小块电池驱动,就算计算机关机,但是时间还是会准确的更新的。CMOS还有保存配置参数的功能,耗电量少。不过当小电池电量用尽的时候,那CMOS的功能会全部停止的。

      BIOS电池:是用于给CMOS供电的功能,能使计算机在关机的状态下随时保持着时间更新和保存配置参数。

    8 磁盘结构:磁盘是由一个或者多个的金属盘片组成的,他们以RPM(RPM=revolutions per minute每分钟多少转)的速度运行着。磁盘是由(磁头,磁道,扇区和柱面)组成的。

      磁盘寻道时间是机械臂从柱面随机移到相邻柱面的时间。

      延迟时间是机械臂从磁道等待转到数据的扇区下的这段时间。

    9 虚拟内存和MMU

      虚拟内存是在硬件上创建的一种内存,虚拟内存可以运行,但是速度对于物理内存来说要慢的很多。

      MMU:(Memory Management Unit MMU)存储器管理单元。在CPU中负责快速的映射出swap这种机制的核心的内存地址。

    10 磁带

       在同价的情况之下,内存大于磁盘,但是速度很慢。但是容量很大,可移动性强。常用于备份之类的。

    11 设备驱动和控制器

       控制器:是查找主板上的一块芯片或一组芯片或者一些硬件需要的链接口。控制器负责链接的设备,等操作系统下达指令,然后从需要的硬件上发出读请求,进而读出内容。

       设备驱动:为设备编写简单的接口标准的驱动程序。若想调用此设备,必须根据该接口编写精准而又复杂的程序,这样控制器提供了设备驱动接口给了操作系统,必须要将设备驱动安装到操作系统。

    12  总线与南桥和北桥

        北桥连接的都是高速设备。

        南桥连接的是速度慢的设备。  而他们之间都是用总线连接起来的。

    13  操作系统的启动流程

       (1) 按下计算机电源。

       (2)BIOS开始运行,检测各种硬件。

       (3)BIOS开始读取CMOS上的配置参数,选择启动的设备。

       (4)从起动设备读取第一个扇区的内容,(MBR主引导记录512个字节,前446个字节为引导信息,后64位为分区信息,最后两个为标志位。)

       (5)根据从分区信息读入bootloader启动装载模块,接而启动操作系统。

       (6)操作系统会间接询问BIOS,已获得时间更新和配置信息。操作系统接而会检查设备驱动程序是否存在,如果没有操作系统会要求用户按照设备驱动程序,一旦有了全部设备驱动程序,操作系统就会将他们调到内核,然后出事有关表格,穿件需要的进程,并在每个终端上启动登陆程序或GUI。

    14  应用程序的启动流程

       (1)人类下达指令。

       (2)然后操作系统接收到了,将指令需要的文件从硬盘中读取到内存。

       (3)然后cpu从软件中提取文件进而完成指令。

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