计算机基础

计算机基础

1. 什么是计算机？
   计算机俗称“电脑”，是人对计算机的终极期望，能够想人脑一样去工作
2. 为什么要有计算机？
   为了执行人类的程序，解放人类的劳动。
   大前提：计算机所有的组成都是模仿人的功能或器官
3. 计算机的组成
   • 控制器：计算机的指挥系统，负责控制计算器其他组件之间工作
   • 运算器：包括数学运算以及逻辑运算
   • 存储器：计算机的记忆功能，配合IO设备负责数据的存取
     • 内存（主存）：基于电工作，断电丢失数据，存取速度快，可以临时保存
     • 外存：基于磁工作，存取速度较慢，断电不丢失数据，可以永久保存。
   • 输入设备：如鼠标、键盘。input
   • 输出设备：如显示器、打印机、耳机。output
4. 程序的运行与三大硬件的关系
   程序是存储在硬盘之上，运行程序时先将程序加载到内存中，cpu再将内存中的程序指令读取执行
5. CPU详解
   • cpu的分类与指令集:X86是cpu的一种型号（8086,80285...）、cpu向下兼容性，64位是指cpu从内存中读取的指令位数，64位的cpu既能运行32位的程序又能运行64位的程序
   • 内核态与用户态；指的是cpu的两种工作状态，
     • 内核态：是指cpu运行的是操作系统，可以操作计算机硬件
     • 用户态：是指运行的是应用程序，不会操作计算机硬件

     计算机在工作时内核态和用户态是处于不断转换的状态，运行应用程序时，必然要涉及到计算机硬件的操作，这时就需要用户态向内核态转换，

6. 多线程和多核芯片
   2核4线程：2核代表两个cpu,4线程指的是每个cpu都有两个线程=假8核
7. 存储器
   • RAM：内存
   • ROM：只读内存
   • CMOS：存取速度慢，断电数据丢失，耗电量极低
   • 硬盘：
     • 机械硬盘-磁盘：
       • 磁道：一圈的数据，对应一串二进制
       • 扇区：一个扇区通常为512Bytes,硬盘一次性读取数据的最小单位为扇区，操作系统一次性读写的单位是一个block块（8个扇区）
       • 柱面
     • 固态硬盘：基于电
   • IO延迟

     7200转/min = 转一圈需要8ms
     平均寻道时间：机械手臂转到数据所在磁道所花费的时间，目前可以达到5ms
     平均延迟时间：转半圈需要花费4ms,受限磁盘转速
     IO延迟 = 平均寻道时间+平均延迟时间
     优化程序运行效率的一个核心原则：能从内存中取数据，就不要从硬盘中取
     

8. 字节

   1bit=1个二进制位
   8bit = 1Bytes字节
   1024Bytes = 1KB
   1024KB = 1MB
   1024MB = 1GB
   1024GB = 1TB
   1024TB = 1PB
   

操作系统

1. 概念
   操作系统是一个控制，协调，管理硬件资源和软件资源的控制程序
   作用：
   1. 控制硬件的基本运行
   2. 把使用硬件操作封装成简单功能，供上层应用程序使用
2. 程序的区分
   • 应用软件：应用程序相关逻辑
   • 系统软件：控制底层硬件
3. 计算机系统三层结构
   • 应用程序
   • 操作系统
   • 计算机硬件
4. 平台
   计算机硬件+操作系统=平台
   软件的跨平台性是指：一款软件在任意平台上运行，是衡量软件质量高低的一个重要指标
5. 操作系统的启动流程
   • BIOS:Basic input output system,被写入ROM中
   • 裸机：cpu、ROM(充当内存，存放BIOS系统)、CMOS(充当硬盘)
   • 操作系统的启动流程：
     • 计算机加电
     • BIOS运行，检测硬件：CPU、内存、硬盘等
     • BIOS读取CMOS中的配置信息，选择启动设备
     • 从启动设备中读取第一个扇区的内容
     • 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,获取配置信息。对每种设备，系统会检测其设备驱动是否存在，一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统会将它们调入内核
   • 应用程序的启动流程：
     • 双击exe文件
     • 操作系统会根据文件路径找到exe程序所在的硬盘位置，控制其代码从硬盘加载到内存
     • 然后控制CPU从内存中读取程序代码执行，应用程序完成启动