DAY1.计算机基本原理

一、编程语言的作用

用来定义计算机程序的形式语言,方便人与计算机之间的交流。

编程语言俗称“计算机语言”,种类非常的多,总的来说可以分成机器语言、汇编语言、高级语言三大类。

二、应用程序、操作系统、硬件三者之间的关系

   应用程序即应用软件(比如酷狗音乐播放器);操作系统帮助应用程序与硬件之间的交流;硬件实现具体的操作。

 三、 Cpu、内存、磁盘三者之间的关系

cpu是计算机的计算中心,处理数据之间的逻辑关系。

内存提供cpu计算是需要的数据,具有读写数据速度快、存储空间小、断电数据丢失的特点。

磁盘用来永久存储数据,其运行速度要比内存慢得多,但是它具有容量大可永久保存的优点。

 在数据计算的过程中,先把磁盘中的数据加载到内存中,由内存在传送给cpu进行逻辑计算。有小伙伴可能会疑惑:cpu为什么不直接磁盘中读取数据?因为cpu运行速度最快,而   磁盘运行速度慢。试想cpu中第一组数据已经运算完毕等待第二组数据的加入,磁盘还没有找到cpu需要的数据,这样cpu就得一直等着造成CPU资源的浪费。内存的读取速度快,把需要计算的数据从磁盘中读出来,供cpu直接读取减少的cpu的等待时间,提高运算速度。

四、cpu与寄存器,内核态与用户态及如何切换

1)、cpu与寄存器

随着计算机工作量的的增加,cpu要处理的数据也会越来越多。

怎样既能保证cpu的正常有序运行又不影响计算机的工作效率,寄存器就是来解决这一问题的!寄存器既然是cpu的好搭档,当然它的运行速度跟cpu的速度是一样的,超快哦!

 简单介绍几种寄存器:

1】通用寄存器  保存变量和临时结果

2】程序计数器  中断结束时数据的存放

3】堆栈指针    存放数据的起始位置

4】程序状态字寄存器   包含 内核态1、用户态0

2)、内核态与用户态之间是如何切换的

先简单的理解这个概念

 内核态 0(获取CPU的指令集,即操作权限【操作系统】)?

 用户态 1 (只能运算,不可以操作硬件【用户软件】)?

具体实例帮助理解

 在计算机上打开word应用程序,假设目前我新建一个文档只进行打字(除此之外没有其他的操作)此时就是用户态。因为此时只是进行数据的输入(这些数据还没有存储到硬盘里),是人和计算机之间的交流(人和用户软件之间的操作),这就是用户态。

  …!文字输入完成,我点击保存(数据写入到硬盘),或者我想查看以前的文档(从硬盘中读取数据)(这个过程是需要获取获取CPU的指令集,即【操作系统】操作权限)。

五、存储器系列,L1缓存,L2缓存,内存(RAM),EEPROM和闪存,CMOS与BIOS电池

L1缓存与L2缓存,L1就是CPU里自带的寄存器,L2就是内存不足的时候,寄存器又不能提供足够性能体验,在寄存器和内存中间再加入一个寄存器(即L2)

内存(ROM): 位于硬盘和CPU之间,从硬盘中读取数据再把数据交给CPU进行逻辑运算。优点运行速度快,缺点存储容量小

EEROM与闪存:闪存即快速存续可读可写,断电数据丢失。EEROM即电可擦可编程只读存储器--掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息,重新编程。一般用在即插即用。

COMS与BOIOS电池:

许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路是由一小块电池驱动,所以即使计算机没有加电,时间也依然可以正确的更新,除此以外CMOS还可以保存配置的参数,不如,哪一个是启动磁盘空间。因为CMOS的耗电量非常小,所以使用它。

六、磁盘结构,平均寻道时间,平均延迟时间,虚拟内存与MMU

磁盘结构:

 磁盘的上下两个面都可以存储数据,磁盘上分为扇区、柱面(人为逻辑划分的)。扇区以便划分磁头的读写单位,柱面的概念以便划分系统存储空间的大小(比如C盘,D盘……)

数据都存放于一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,从磁盘读取一段数据需要经历寻到时间和延迟时间

平均寻到时间:机械手臂从一个柱面随机移动到相邻柱面的时间称之为寻到时间。找到了磁道就以为找到了数据所在的那个圈圈,但是此时还不知道数据的具体位置。

平均延迟时间:机械臂到达正确的磁道后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间就是延迟时间

七、虚拟内存  MMU

虚拟内存机制使计算结机可以运行大于物理内存的程序,方法是讲正在使用的程序放入内存取执行,暂时不需要执行的程序放到磁盘的某个地方,这块地方成为虚拟内存。在linux中成为swpa,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的管理单元(MMU memory management unit)

八、磁带

   磁带是一种用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料,是产量最大和用途最广的一种磁记录材料

九、设备驱动与控制器

  系统  驱动  控制器  硬件

  操作系统控制硬件的具体过程如下

   系统命令控制驱动

十、总线与南桥和北桥

中线:把计算机中的硬件连接在一起的线

北桥:上北桥(在图纸中) 连接运算  速速 的硬件   连接高速总线

南桥:下南桥(在图纸中) 连接运算速度 慢的硬件      连接低速总线

十一、操作系统的启动流程(从开机到工作)

计算机通电后、随后主板(blos)上的的CMOS存储器中的程序就会启动就,CMOS中的程序根据路径找到启动盘(磁盘) 引导启动盘中的程序启动,操作系统启动,最后操作系统引导各驱动启动,计算机开机成功。

十二、应用程序的启动流程

例如:windos操作系统中启动QQ聊天软件

  1)点击桌面QQ快捷方式(实质上我们点击的事QQ运用程序的路径)

 2) windos操作系统就会根据刚才告知的路径,调取相应数据

 3) 相应的数据送给CPU 有其进行逻辑计算

十三、BIOS

在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(basic input output system)

BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的IO软件,包括读键盘,写屏幕……BIOS存放在非易闪存RAM中。

十四、

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