编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系
应用程序-》操作系统-》硬件
作为一个零基础小白，今天通过计算机基础明白了编程语言说白了就是一门“语言”，它可以让程序员给计算机下达指令，进行沟通。程序员利用它编写软件，而软件必须运行在操作系统之上，再由操作系统来控制硬件。第一层为应用程序，第二层为操作系统，第三层为硬件。
cpu-》内存-》磁盘
老师的记忆方法借鉴cpu 内存和磁盘6
cpu是人的大脑，负责运算
内存是人的记忆，负责临时存储
硬盘是人的笔记本，负责永久存储
输入设备是耳朵或眼睛，负责接收外部的信息传给cpu
输出设备是你的表情，负责经过处理后输出的结果
以上所有的设备都通过总线连接，总线相当于人的神经
上课开始，老师讲课，学生听课，老师是程序员，学生是计算机，学生的器官都是计算机各部分组成
1.老师通过学生的眼睛和耳朵将自己的知识/指令传给学生（输入）
2.学生在接收知识/指令后，通过自己的神经，将其放入自己的内存/短期记忆（总线、内存）
3.学生的大脑/cpu从短期记忆里取出知识/指令，分析知识/指令，然后学习知识/执行指令 （cpu取指、分析、执行）
4.学生的表情会直接反映出自己是否听懂，这就是输出，老师瞅一眼就知道学生有没有学会（输出）
5.学生想要永久将知识保存下来，只能拿出一个笔记本，把刚刚学会的知识都写到本子上，这个本子就是硬盘（磁盘）
CPU是运行速度最快的硬件所以一切计算都需要它，内存是运行速度慢于cpu硬件同时一切要处理的数据都会先进入内存之后等待cpu来提取，磁盘是运行速度最慢的硬件同时永久储存一切数据提供给内存调用。cpu从内存中进行（取指->解码->执行），所以第一层是cpu ，第二层内存，硬盘是底层。
cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换
寄存器的速度慢于cpu快于内存，是由cpu相同材质的晶体管制造而成的，因为cup执行命令的时间远快于访问内存数据的时间，所以cpu当中都有用来保存cpu变量和临时数据的寄存器，从而提高执行命令速度，提升工作效率。寄存器分为1：通用寄存器
2：程序计数器
3：堆栈指针
4：程序状态字寄存器
寄存器分为两种状态：1，是用户状态：对硬盘是没有控制的，只能计算
2，是内核状态：获取cpu所有指令，控制所有硬盘操作
内核态与用户态切换：用户程序必须使用（system call）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。
存储器系列，L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池
存储器结构：
第一层：寄存器；一般响应时间为1ns，存储容量一般<1kb；1级缓存（L1）；用与cpu相同材质制造，与cpu一样快，因而cpu访问它无时延
第二层：高速缓存；一般响应时间为2ns，存储容量一般4mb；2级缓存（L2）；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
第三层：内存；一般响应时间为10ns，存储容量一般512~2048mb；随机访问存储（RAM）；易失性存储，断电后所有数据消失。
第四层：磁盘；一般响应时间为10ms，存储容量一般200~1000gb
第五层：磁带；一般响应时间100s，存储容量一般400~800gb
容量换算：1Byte=8bit；1KB=1024Byte；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB。
EEPROM和闪存：他们是非失性存储方式，断电后，仍然保有数据；但是与ROM相反，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：cmos是失性存储设备，断电后所有数据消失。很多计算机又利用cmos来保存时间和日期，为了可以长期保存数据，所以CMOS存储器和递增时间的电路以由一小块电池维持供电，cmos还可以保存参数，比如哪一个是启动磁盘。
bios：其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，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。bios程序保存在cmos内
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：磁头：在机械手臂前端接触磁盘的位置
磁道：硬盘上面的纹理（盘面，计算方式为二进制）
扇区：磁盘里面的每一个小圆弧，每个圆弧默认值为512bytes
柱面：各磁盘相同位置上磁道的合集
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
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：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，这块地方成为虚拟内存
mmu：在linux中称为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)
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）
设备驱动与控制器
i/os设备一般包括两部分：1：设备控制器；负责发送和接受指令
2：设备本身
设备驱动：操作系统和输入输出设备间的粘合剂。驱动负责将操作系统的请求传输，转化为控制器能够理解的命令。
总线与南桥和北桥
小型计算机中沿用了多年，并也用在早期的IBM PC中。但是随着处理器和存储器速度越来越快，单总线很难处理总线的交通流量了，于是出现了下图的多总线模式，他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。
北桥即PCI桥：连接高速设备
南桥即ISA桥：连接慢速设备
操作系统的启动流程
通电——BOIS运行，检测硬件（cpu,内存，硬盘）——BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备——从启动设备行读取第一个扇区的内容（MBR）——根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统——操作系统询问BIOS，获得配置信息——初始化相关表格，加载进程，并在终端启动登录或GUI
应用程序的启动流程
双击应用程序（软件）---软件将数据写入内存----CPU从内存中读取数据并执行然后返回内存-----启动软件