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  • 计算机基础系列之硬件

    一、编程语言的作用及操作系统和硬件的关系

      1,编程语言是计算机中的主要算法,一般应用于开发软件:如电脑游戏,手机游戏,网站,各类应用软件等等。

      2,操作系统是管理计算机软硬件资源、控制程序运行,为应用软件提供支持的一种系统软件。操作系统可以管理整台计算机的硬件。

     3,而编程语言所开发的软件不能直接在硬件上面使用,必须在操作系统的基础上面才能运行,而且软件不能直接向硬件发送命令,必须把命令发给操作系统,操作系统就像是软件和硬件之间的桥梁。

        简单的比喻:软件像是人体的感官,操作系统相当于大脑,而硬件相当  于手。当口渴的时候,嘴巴的神经系统会把这个命令发送给大脑,然后大脑通过处理,发命令让手把水拿过来。

    二,CPU,内存和磁盘。

     1,内存是电脑的数据存储设备之一,其特点为容量较小,但数据传送速度较快,用以弥补硬盘虽然容量大但传送速度慢的缺点,他的数据一旦关机就会消失,所以只能作为暂时的储存。

    2,硬盘是电脑中用来存放文件(包括系统文件)的数据存储设备,特点是存储容量大,但数据传送速度较慢。它的数据关机后不会遗失,相对于来说数据不容易遗失。

    3,CPU是中央处理器,相当于人的大脑。它的作用主要是控制和处理数据。

        而内存是连接与CPU与硬盘之间的中转站。

    三,CPU与寄存器,内核态与用户态是如何切换的

    1,寄存器是CPU里面暂时储存数据用的,内存比较小

    2,用户态,系统正运行于用户的应用程序下。

    3,内核态,是系统正运行于操作系统的内核代码,cpu可以执行指令集中所有的指令。

       在用户状态下操作的软件(不包含操作硬件功能的部分)当在用户态状态下打开的软件需要操作硬件功能的时候,用户态就切换成了内核态

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

    1,L1缓存:集成在CPU内部中,用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存

    2,L2缓存:L2于CPU与内存之间的临时存储器,容量比内存小但交换速度快。

    3,内存:内存是用来储存数据和程序的,但是一断电储存的信息就会丢失。

    4,EEPRROM(存储器):用来存储系统软件和程序的。断电后数据信息依然会保存,信息不容易丢失。

    5,CMOS也是一种存储器,当电脑关机后它还可以运行,主要因为CMOS在BIOS电池的支持下,他主要为了保持当前时间和日期以及系统的配置参数。CMOS的耗电量小,一块BIOS电池可以使用好几年。

    五、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:磁盘是由向光盘一样的多个金属盘片组成,还包括转轴,磁头等,磁盘上存储信息都是一段段的扇区,磁盘上的一些列的同心圆上,是一连串的2进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1k,1024k=1M,1024M=1G。

    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,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。

    3,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。

    4,虚拟内存:计算机中运行的程序需要内存来执行,当运行的程序过大或者过多,内存就会消耗完 ,而这个时候硬盘上面就会匀出一部分的磁盘空间当做内存使用,这就是虚拟内存。

    5,MMU:内存管理单元,它是CPU中用来管理虚拟内存、同时也负责虚拟地址映射为内存地址。

     六、磁带,设备驱动与控制器,总线与南桥和北桥,

    1,磁带:也是一种用于存储数据的,价格相对于来说比较的便宜,但是速度比较的慢,一般用于备份数据。再出现火灾等事故的时候便于携带。

    2,设备驱动与控制器:控制器是负责控制连接设备,它接受操作系统的命令,然后处理复杂的工作,再为操作系统提供简单的接口。   设备驱动:是计算机和设备通信的桥梁,相当于硬件的接口,操作系统只有通过这个接口,才能控制硬件设备的工作。

    3,总线与南桥和北桥:总线是连接主机各个部件,为他们之间提供数据和信息的传输。

            南桥(ISA桥):连接慢速设备,例如:鼠标、键盘,打印机等

            北桥(PCI桥):连接高速设备,例如:CPU,存储器等

    七、操作系统的启动流程

    1,计算机通电;

    2,BOIS开始运行,检测硬件:硬盘,CPU,内存等

    3,BOIS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备,

    4,在启动设备上面读取第一个扇区的内容,

    5,启动转载模块,启动操作系统,

    6,系统向BIOS获取配置信息,然后对各种设备的驱动进行检查。

    八、应用程序的启动流程

    1,双击桌面的应用程序,

    2,操作系统接收到命令,在硬盘里面查找信息;

    3,找到需要的数据后,应用程序打开。

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