一台完整的计算机系统包括3方面：计算机硬件、操作系统、应用软件（也就是程序要开发的QQ、微信等），以下是计算机基础中硬件的基础知识：
1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系
编程语言，是用来解决人跟计算机之间信息传递的问题。相当于，我要跟英国人交流，我需要学会他们使用的英语；
操作系统，本质上也是软件，它主要用来控制计算机硬件。另外，提供简单的接口给应用软件，从而使得应用软件开发变得简单、高效。（假如没有操作系统，我们开发每个软件的时候，就需要写怎么去控制硬件，这个将是非常耗时、而且门槛较高的事情。）
2.应用程序-》操作系统-》硬件
操作系统是运行在硬件之上，用来控制硬件的程序，应用程序是运行于操作系统之上，所以我们开发应用程序时，只要调用操作系统提供的借口就可以。
3.cpu-》内存-》磁盘
cpu,处理器，是计算机的大脑部分，从内存中读取指令—解码—执行，然后再去内存在读取下一条指令，解码，执行，直到程序被执行完成；
内存，存储器系统的主力，主存通常称为随机访问存储RAM，容量一直在不断攀升，所有不能再高速缓存中找到的，都会到主存中找，主存是易失性存储，断电后数据全部消失。
磁盘，存储器系统的一员，可以永久储存数据，断电后数据不消失。现在分为固态硬盘、机械硬盘，机械硬盘衡量的标准是转速。
4.cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换
cpu与寄存器
每个cpu都有一套可执行的专门指令集，任何软件的执行最终都要转化成cpu的指令去执行。因为cpu从内存中读取指令的时间，比cpu解码、执行的时间要长很多，为了提高效率，cpu内部有用来保存关键变量，以及关键信息的寄存器。（寄存器的物理材质跟cpu的材质一样，故读取没有时间差）
寄存器的分类：
①通用寄存器：用来保存临时变量和运算结果；
②程序计数器：保存了将要取出的下一条指令的内存地址。在指令取出后，程序计算器就被更新以便执行后期的指令；
③堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存器中的临时变量；
④程序状态字寄存器 (Program Status Word,PSW)：这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式（用户态或内核态），以及各种其他控制位。用户通常读入整个PSW，但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中，PSW非常非常非常重要！！！！！
内核态与用户态及如何切换
内核态：当CPU在内核态下工作时，cpu可以执行指令集中多有的指令，所以也就是可以操作所有的硬件。
用户态：用户程序在用户态下运行，可以执行指令集中的一部分指令，这些执行不包括对于硬件的操作。
如何切换：用户程序使用系统调用，系统调用陷入内核并调用操作系统，TRAP指令把用户态切换为内核态，并启用操作系统获得服务；
5.存储器系列，L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池
储存器，根据典型的访问时间由少到多，依次是：寄存器、高速缓存器、内存、磁盘、磁带。并且存储空间，由小到大。
L1缓存，也就是寄存器，包含在cpu中，物理材质跟cpu一样，所以cpu访问他没有延时；
L2缓存，也就是高速缓存器，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。缓存是一个好方法，在现代cpu中设计了两个缓存，再看4.1中的两种cpu设计图。第一级缓存称为L1总是在CPU中，通常用来将已经解码的指令调入cpu的执行引擎，对那些频繁使用的数据自，多少芯片还会按照第二L1缓存 。。。另外往往设计有二级缓存L2，用来存放近来经常使用的内存字。L1与L2的差别在于对cpu对L1的访问无时间延迟，而对L2的访问则有1-2个时钟周期（即1-2ns）的延迟。
内存（RAM），存储器系列的主力，cpu在高速缓存中不能找到的，都会去内存中寻找读取，内存有断电就遗失的特点；
EEPROM（电可擦除可编程ROM）：非遗失性存储设备。他们可以擦除和重写，不过重写时花费的时间比写入RAM要多。
闪存，闪存在速度上介于RAM和磁盘之间，但与磁盘不同的是，闪存擦除的次数过多，就被磨损了。
CMOS(互补金属氧化物半导体储存器)，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定。CMOS RAM芯片由系统通过一块备用电池供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS信息都不会丢失。
BOIS,基本输入输出系统，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从CMOS中读写系统设置的具体信息。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。
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：如下图，在一个轴上有若干磁盘，每个盘面上下各一个磁头，通过磁头接触磁盘的磁道来读取信息；
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道时间，找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈，但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置
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：为了能够保证可以执行大于内存的空间的程序（含系统占用的内存），需要在磁盘上单独划分出区域来充当内存，空间大小大概为内用的1.5-2倍左右。假如内存很大的情况下，其实是不需要虚拟内存的。
MMU，存储器管理单元。
7.磁带
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。（常见于大型数据库系统中）
8.设备驱动与控制器
设备驱动，主要是计算机硬件的驱动，因为各个计算机硬件有不同的厂家，为了能够兼容操作系统，就需要每个硬件来有专门的驱动。
控制器：是查找主板上的一块芯片或一组芯片（硬盘，网卡，声卡等都需要插到一个口上，这个口连的便是控制器），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。控制器的功能：通常情况下对设备的控制是非常复杂和具体的，控制器的任务就是为操作系统屏蔽这些复杂而具体的工作，提供给操作系统一个简单而清晰的接口
9.总线与南桥和北桥
总线，连接各个硬件的媒介，
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计算机通电；
②BOIS（basic input output system） 程序去检测CPU，内存，硬盘等；
③BOIS去CMOS中读取基本的配置文件，选择启动设备，例如去哪个硬盘启动；
④读取选择的第一个扇区中MBR(MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位)，
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BOIS中各个硬件的配置信息，假如都有驱动程序，把它们导入到内核中，然后初始化需要的进程，
11.应用程序的启动流程
①输入设备将指令传递给驱动程序，然后传递到控制器；
②控制器把指令传递到操作系统中；
③操作系统去硬盘上找对应的应用程序文件；
④操作系统把应用程序文件放到内存中读取；
⑤cpu读取内存中的指令，解码，执行。