计算机基础之软硬件组成

一、主板

主板上一般有BIOS芯片,I/O控制芯片,键和面板控制开关接口,扩充插槽,主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。

很多重要的配件如CPU、内存、显卡、芯片组等都是直接安插在主板上,同时也是支持硬盘、光驱等正常运行的承载体。


二、寄存器分类

1、用来保存变量和临时结果的通用寄存器

2、程序计数器:保存将要取出的下一条指令的内存地址(地址可以跳跃)

3、堆栈指针:只想内存中当前栈的顶端,保存了有关的输入参数,局部变量和没有在通用寄存器中的临时变量

4、程序状态寄存器:(Program status word,PSW)包含了条码位,cpu优先级,模式(用户态或内核态)以及其他控制位。用户通常读入整个PSW,但只对其中少量字段写入,在系统调用和I/O中,PSW非常重要。


三、处理器(CPU)演变
1、每个品牌cpu有他的指令集,跨不了平台
2、取指、解码、执行-》
3、多线程和多核芯片:在cpu芯片中加入更大缓存-》处理逻辑增多,多线程超线程-》使用多核芯片的多处理器系统(2、4核)
进程是资源单位,线程是执行单位,一个cpu只能起一个进程,所以多进程是真并发,多线程是伪并发。
intel多核:每个cpu包含一级缓存,cpu之间通信通过二级缓存,共享L2需要更复杂的缓存控制器
amd多核:二级缓存在每个cpu上,难点:保持L2一致
64位、32位cpu:一次能取出64、32位
cpu向下兼容:32位程序能在64位上运行,但64位不能在32位机器上运行

 

四、存储器分类:

寄存器:即LI缓存,集成在CPU中
高速缓存:即L2缓存,高速缓存的命中月两个时钟周期
主存:易失性,断电数据丢失。除主存RAM外,还有个ROM(Read Only Memory),EEPROM
闪存(不同于磁盘(基于磁方式),闪存基于电方式),固态硬盘里面是闪存(电比机械快)
CMOS:是易失性的,但是有块电池驱动,cmos保存当期时间和日期,还可以保存如哪个是启动磁盘的配置,耗电很少,一块原装电池可以用若干年。

 

五、控制器与多总线:

I/O 设备有控制器,如用显卡,需要显卡驱动,和厂商的硬件设备相关

总线:
1、北桥:即PCI桥,连接高速设备,cpu、二次高速缓存,主存储器
2、南桥:即ISA桥,连接慢速设备,打印机,scsi,鼠标键盘

六、操作系统:

由操作系统的内核(运行于内核态,管理硬件资源)以及系统调用(运行于用户态)组成,将应用软件对硬件资源的竞态变的有序。

应用软件通过系统调用(在CPU中的实现叫陷阱指令)可以从用户态切换到内核态,达到调用硬件的目的。

软件会频繁切换内核态和用户态,所以这两个状态不能存在硬盘上,而要存在寄存器上。

和普通软件的区别:
1、大型:linux,windows源代码有五百万行数量
2、长寿:

发展史:
1、1940-1955:第一代,真空管和穿孔卡片(没有操作系统概念)
2、1955-1965:第二代,晶体管和批处理系统(攒很多卡片,让专业人员批量运行)
3、1965-1980:第三代,集成电路芯片和多道程序设计(system360是服务器前身)
贝尔实验室,通用电气,麻省理工开发了一个unix系统
4、1980-今天:第四代 个人计算机

七、计算机启动流程:

1、计算机加电
2、BIOS开始运行,检测硬件:cpu 内存 硬盘
3、BIOS读取CMOS存储器钟参数,选择启动设备
4、从启动设备上读取第一个扇区内容
5、根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
6、操作系统询问BIOS,获取配置信息。对每种设备,检查驱动,如果有驱动,将它们调入内核,
然后初始相关表格(如进程表),并在终端上启动登陆程序或GUI

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