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  • 计算机硬件介绍

    1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

    编程是一种语言,用来让人与计算机沟通,从而使计算机完成人发出的指令,编程语言即是人与计算机沟通的一种介质。

    操作系统是运行在硬件之上,用来控制硬件的。

     

    2.应用程序->操作系统->硬件

    应用程序通过操作系统对硬件发起调用,操作系统通过硬件对硬盘发起访问,抓取数据后调用给应用程序。

     

    3.CPU->内存->磁盘

    CPU相当于人的大脑,用来运算

    内存相当于人的记忆,用来临时存储

    硬盘相当于记事本,用来永久存储

    数据通过CPU运算,首先从硬盘中调取数据进入内存中,CPU再从内存里抓取数据进行运算。

     

    4.CPU与寄存器,内核态与用户态及如何切换

    CPU的运行速度高于内存 ,寄存器也是一种存储设备,用来保存关键变量和临时数据。

    内核态与用户态是CPU的两种运行模式,通常PSW中有一个二进制用来控制这两种模式。

    内核态:当CPU在内核态运行时,CPU可以执行指令集中所有的指令,即操作系统在内核态状态下运行可以对硬件进行访问。

    用户态:应用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,即用户态不包含操作硬件的功能。

    内核态与用户态切换:用户态下工作的软件不能操作硬件,但是软件有操作硬件的系统的话,必须切换成内核态然后通过操作系统对硬件进行调用。

     

    5.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:寄存器即是L1缓存,存在于CPU内部,与CPU材质、速度相当,但是容量极小。

    L2缓存:即高速缓存,主要由硬件控制高速缓存的存取。

    内存(RAM):主要的系统储存,特点易失性存储,断电后数据全部消失

    EEPROM和闪存:EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程ROM)、闪存(flash memory)都是非易失性的但是与ROM相反,他们可以擦除和重写。

    CMOS与BIOS电池:CMOS也是一种存储设备是易失性的,许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期以及配置的参数。CMOS存储器靠耗电量极少,使用BIOS电池供电,一块电池可以使用好几年,如果电池失去供电则会造成数据丢失返回出厂设置。

     

    6.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:磁盘主要由若干金属盘片以及机械悬臂组成。悬臂的顶点是磁头,磁头在盘面上划过读取的区域称为磁道,把所有磁道合起来,组成一个柱面,每个磁道划分为若干个区域称为扇区。

    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。

    平均延迟时间:机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间成为延迟时间。

    虚拟内存与MMU:如果计算机需要运行容量大于内存的程序,就会将暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方成为虚拟内存,由CPU中的一个部件负责,程为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

     

    7.磁带

    相对于硬盘有更高的存储容量,但是读写速度不如硬盘快,但是其容量大可移动性强的特点,常用于备份。

     

    8.设备驱动于控制器

    控制器是主板与磁盘驱动器之间的接口,装上USB控制器驱动,控制器才能正常工作。驱动程序必须基于操作系统才能运行。

     

    9.总线与南桥和北桥

    总线:是连接一个个组件,传输数据使用的。

    北桥:连接高速设备。

    南桥:连接慢速设备。

    10.操作系统的启动流程

    1.计算机加电

    2.BIOS开始运行,检测硬件

    3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备

    4.启动设备读取扇区的内容

    5.启动操作系统

    6.操作系统询问BIOS,以获得配置信息。

    11.应用程序的启动流程

    用户使用硬件(鼠标)操作,双击应用快捷方式向操作系统发出请求,操作系统在硬盘路径中找到相应应用软件数据后存入内存中,CPU向内存中提取数据并将处理结果返还给操作系统,操作系统做出响应,应用软件打开。

     

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