Day1：计算机基础（一）：硬件基础

 

各硬件功能概述

• CPU：

  负责主要的运算、cpu有一套只能自己专门的指令集，任何软件的运行最终都要转化成cpu的指令集去执行。多数cpu都有内核态和用户态两种模式。

  1. 内核态：可以执行cpu指令中的所有指令。

  2. 用户态：只能执行一部分cpu指令集，不包含操作硬件的部分。

  3. 内核态与用户态切换：程序在运行过程中CPU要经过不断的内核态与用户态的切换，当用户操作软件界面时，CPU切换为用户态，当程序需要调用硬盘数据或使用硬件时，CPU切换成内核态。

• 寄存器(L1缓存)

  因为cpu访问内存的时间比cpu运算的时间大的多，所以cpu需要先将一些关键变量和临时数据存到寄存器中，再从寄存器访问数据。寄存器大致分为一下几类：

  1. 通用寄存器

  2. 程序计数器：保存了将要取出的下一条指令的内存地址

  3. 堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端

  4. 程序状态字寄存器

• 高速缓存（L2缓存）

  由于内存（RAM）和CPU之间访问需要消耗大量时间，所以先用高速缓存访问内存，可以节省大量时间

• 内存

  RAM存储系统的主力，断电后数据全部消失

• ROM

  只读存储器，电源切断后，存储内容不会丢失，在工厂中就被编写完毕，以后再也不能修改，一般用来存储BIOS系统，用于启动计算机的引导加载模块。

• 闪存

  可擦除和重写重写，话费的时间介于内存和硬盘之间。

• CMOS

  用来存储时间和日期以及配置参数，需要少量的点量来驱动。

• 硬盘

  通过磁材料来存储数据，优点是可以永久存储，它通过机械悬臂上面的磁头读取和写入旋转的磁盘，容易损坏，每个磁头读取的环形路径成为磁道，硬盘分区实际上就是每个磁盘的同一磁道组成的柱状内存的容量。为了提高效率，减少硬盘读取时间，每个磁盘都被划分了若干扇区以一次性读取多个bite（扇区一般为512字节，第一扇区前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）。

• 虚拟内存

  为了防止内存不够运行程序，可以划分部分硬盘成为虚拟内存来辅助运行程序。

各硬件之间的联系

• 容量大小和运行速度

  运行速度：CPU > 寄存器 > 高速缓存 > 内存 > 硬盘

  容量： 硬盘 > 内存 > 高速缓存 > 寄存器 > cpu

• 启动计算机

  1. 计算机通电

  2. 运行存储于ROM的BIOS系统，检查配置信息

  3. 通过设置在BIOS上的参数启动相应的设备（硬盘）

  4. 读取硬盘的第一扇区，启动位于硬盘上的操作系统

  5. 操作系统询问BIOS获得配置信息，启动相应的驱动程序，进行工作。

• 软件启动流程

  1. 双击操作系统上面的快捷方式

  2. 快捷方式存储的应用的路径，进而找到该软件在硬盘上的位置

  3. 由于软件在硬盘上读取太慢，所以先将软件转移到内存

  4. cpu从内存读取信息进行运算

存储方式

• 文件存储

  以文件为单位进行打开、关闭、修改操作

• 块存储（未格式化）

  • 读写单位为block块

  • 使用前需要对其格式化，否则不能使用

  • 格式化实际上就是操作系统对块存储创建了一个文件系统，使之容易理解

• 对象存储（网盘）

  以网址为读写单位，不能直接对文件操作，必须下载