初学计算机基础

一:了解学习计算机基础的原因

  首先我们要知道为什么学习计算机基础,我们要知道计算机能做什么,怎么做的。这就是最简单直接的学习计算机基础的原因。

  我们还需要了解一套完整的计算机系统分为哪些。分为:计算机硬件,操作系统,软件。

二:编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

  编程语言就是程序员和计算机之间沟通的介质。而操作系统是用来控制硬件的,所以说我们开发时,需要调用操作系统为我们提供接口就可以。比如程序员给计算机输入指令,计算机在接收指令之后给cup开始收取指令,分析指令,执行指令。之后交给计算机的硬件去执行。

  1.应用程序-》操作系统-》硬件

  

  2.cpu-》内存-》磁盘 

三:cpu与寄存器

  1.CPU从内存中指令->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.寄存器的分类:

    ①通用寄存器:保存变量和临时结果。

    ②程序计数器:保存将要去出的下一条的内存地址

    ③堆栈指针:保存数据(先进后出,后进先出的原则)

    ④程序状态字寄存器:包含了条码位,CPU优先级、模式,以及各种其他控制位。决定程序是用户态还是内核态。

四:内核态与用户态及如何切换

  1.内核态:CPU可以执行所有指令。

  2.用户态:CPU不能执行操作硬件功能的指令。

  3.如何切换:使用系统调用,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。

五:存储器系列

  1.L1缓存:寄存器,与CPU相同材质,与CPU一样快

  2.L2缓存:高速缓存

  3.内存(RAM):随机访问存储RAM(主存是易失性存储,断电后数据全部消失)
  4.EEPROM和闪存:非易失性,可以擦除和重写,相对于ROM时间较长;闪存主要用于固态硬盘。

  5.CMOS与BIOS电池:CMOS是易失性主要是保存当前日期和配置参数;BIOS电池,给CMOS芯片通电,保证CMOS的运行。

六:磁盘结构,平均寻道时间,平均延迟时间,虚拟内存与MMU
  1.磁盘结构:

  2.平均寻道时间:机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻到时间

  3.平均延迟时间:机械臂找到磁道后等待旋转到数据所在的扇区的时间

  4.虚拟内存与MMU:虚拟内存是指将正在使用的程序放入内存取执行,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(Memory Management Unit MMU);如下图:

七:磁带:在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量,虽然速度低于磁盘,但是因其大容量,在地震水灾火灾时可移动性强等特性,常被用来做备份。

八:设备驱动与控制器
  1.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。
  2.设备驱动:控制器的驱动程序,基于操作系统。

九:总线与南桥和北桥
  

  如图所示,其中北桥连接高速设备,南桥连接慢速设备。

十:操作系统的启动流程
  首先给计算机插电,之后BIOS开始运行监测硬件再读取CMOS存储器中的参数,然后启动设备,从启动设备上读取第一个扇区的内容,再根据分区信息入bootloader启动装载模块,启动操作系统。最后操作系统询问BIOS获取配置信息。

十一:应用程序的启动流程

  首先通过输入设备向操作系统提交打开可执行程序文件的请求,然后操作系统去硬盘查找文件位置,再向内存中读入文件,最后应用程序就打开了。

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