計算機硬體基礎

1.程式語言的作用及與作業系統和硬體的關係

程式語言就是程式設計師與計算機溝通的介質，其作用為實現程式編寫後，通過作業系統來呼叫硬體，實現某種功能。

程式由程式語言來實現，但是由於應用程勳操作硬體的所有具體細節，會重複太多的工作量，嚴重影響了開發的效率，因此作業系統的出現可直接執行於硬體之上，來控制硬體的，而應用程式只需要呼叫作業系統為我們提供的簡單而優雅的介面就可以了，通過作業系統來呼叫硬體，從而實現功能。

2.cpu-》記憶體-》磁碟

所有的應用程式儲存在磁碟內，執行某個程式時，磁碟內的資料或指令會扔到記憶體當中，這時候cpu就會從記憶體當中讀取資料，進行處理。

3.cpu與暫存器

因記憶體得到資料或指令的速度有限，遠沒有cpu的處理速度快，為提高效率，cpu內部都有用來儲存關鍵變數和臨時資料的暫存器，和記憶體共同等待cpu來讀取和存入資料或指令。

4.核心態與使用者態及如何切換儲存器系列

核心態：計算機在核心態執行狀態下，即為作業系統在核心態執行狀態下，可以呼叫所有硬體功能。

使用者態：應用程式因不能呼叫硬體，故此在使用者態下執行。

切換：當我們執行某個應用程式時，由於不能直接呼叫硬體的特性，只能通過作業系統來實現，作業系統接受資料或指令後就會處於核心態執行，而當處理結果完成，需要向應用程式返回資料，此時應用程式執行，則又會轉為使用者態執行。（如圖）

5.儲存器的種類及特性

訪問時間型別容量

1ns 暫存器 ﹤1kb

2ns 快取記憶體 4mb

10ns 記憶體 512~2048mb

100ms 磁碟 200~1000gb

100s 磁帶 400~800gb

暫存器既l1快取

快取記憶體既l2快取

記憶體：同暫存器，快取記憶體作用相同，其區別在於記憶體獲得的資料量大，但是速度會相對較慢

eeprom：可以擦除和重新程式設計rom

快閃儲存器：非易失性儲存器，多用於儲存裝置，速度上介於ram和磁碟之間，多次擦除易磨損

6.cmos與bios：

cmos是儲存器的一種，易失性，因此靠電池驅動，bios會讀取cmos中的引數，可識別啟動盤

7.磁碟結構

乙個或多個金屬碟片機械裝置，邊緣有機械手臂，來讀取碟片上的資料。

8.平均尋道時間

機械手臂從乙個柱面隨機移動到相鄰的柱面的時間成為尋道時間，找到了磁軌就找到了資料所在的園圈，但是還不知道資料具體這個圓圈的具體位置

9.平均延遲時間

機械臂到達正確的磁軌之後還必須等待旋轉到資料所在的扇區下，這段時間成為延遲時間

10.虛擬記憶體

當計算機需要執行大於物理記憶體的程式，會劃分一部分暫不需要處理的任務放於磁碟的某個地方

11.mmu

是記憶體管理單元，是cpu管理虛擬記憶體、物理儲存器的控制線路

12.磁帶

價錢相同的情況下比硬碟擁有更高的儲存容量，速度低於磁碟，但其大容量，在**水災火災時可移動性強等特性，常被用來做備份

13.裝置驅動

是作業系統和輸入或者輸出裝置間的粘合劑，驅動負責將作業系統的請求傳輸，轉化為特定物理裝置控制器能夠理解的命令

14.控制器

控制連線裝置，包括接受作業系統命令，及其讀取裝置資料等作用

15.匯流排

各功能部門的通訊幹線，但由於處理器和儲存器速度越來越快，單匯流排很難處理匯流排的交通流量了，於是出現了南北線分布形式。

16.北橋

連線高速裝置為北線

17.南線

連線低速裝置為南線

18.作業系統啟動流程

1.計算機通電

2.bios開始執行，檢測硬體：cpu、記憶體、硬碟等

3.bios讀取cmos儲存器中的引數，選擇啟動裝置

4.從啟動裝置上讀取第乙個扇區的內容（mbr主引導記錄512位元組，前446為引導資訊，後64為分割槽資訊，最後兩個為標誌位）

5.根據分割槽資訊讀入bootloader（grub）啟動裝載模組，識別核心（gernel）啟動作業系統

6.然後作業系統詢問bios，以獲得配置資訊。對於每種裝置，系統會檢查其裝置驅動程式是否存在，如果沒有，系統則會要求使用者按照裝置驅動程式。一旦有了全部的裝置驅動程式，作業系統就將它們調入核心。然後初始有關的**（如程序表），穿件需要的程序，並在每個終端上啟動登入程式或gui

19.應用程式的啟動流程

1.載入應用程式，將指令傳送給作業系統

2.作業系統將接受到的資料傳給記憶體，

3.cpu進行讀取，並進行相關處理

4.處理完成後再降處理完成的資料回傳給應用程式，完成指令

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