跨過程式設計門檻之釐清計算機系統

2021-08-04 16:15:18 字數 2069 閱讀 8618

作為程式的設計或軟體開發的程式人員,必須要對計算機系統有基本的了解,這樣才能在工作崗位上游刃有餘。而本章主要介紹程式設計人員所必備的有關計算機系統的硬體和軟體方面的知識、與程式設計有關的作業系統的使用等知識。通過學習本章,可以掃清一些非程式設計方面的其他操作障礙,而不至於因一些小問題的門檻將初入程式設計門徑的讀者絆倒在入門的那一刻。

計算機既是程式設計人員的必備工具,也是程式的執行工具。作為程式開發人員,必不可少的要整日與計算機打交道,如果你不熟悉計算機,就會使學習程式開發的道路上布滿泥濘和坑窪,學習者很可能還沒有入門就已經摔倒在初學之路上。理解計算機必然成為了程式設計人員的第一課。

計算機是人們對計算機系統的簡稱,嚴格的來說,計算機乙個完整的系統。最基本的劃分就是硬體系統和軟體系統。那麼,這裡為什麼這麼強調「系統」這個字眼呢?因為計算機的結構是非常系統化的乙個整體,其結構是很複雜的,這裡並不能將計算機系統的所有構成理論詳盡介紹,那也將是一門學科,要用大量的篇章才能敘述清楚。本節只是從應用者的角度了解計算機系統,讓你能更好的使用計算機。

關於計算機系統構成與工作原理介紹的書籍或資料有很多,這裡換個角度來了解一下計算機,就是從計算機加電啟動到你可以並使用它的方式。首先來看計算機的啟動過程:

計算機在加電的之初,cpu會收到重置訊號,並進行初始化。

cpu初始化完成後就會去執行乙個軟體,那就是基本輸入輸出系統(bios)。而執行bios程式的**的過程就是計算機加電自檢與自動配置的過程。加電自檢主要是發現硬體、測試硬體、初始化硬體,並為有關硬體裝置設定相關引數,如記憶體、硬碟等。如果發現一些關鍵硬體不能正常工作,其啟動過程就會停止,同時以聲音或指示燈的方式進行報警。在此過程中,計算機的外觀表現就是在監視器上用文字的方式顯示出諸如顯示卡型別和引數、cpu型別與引數、記憶體大小與相關引數,以及一些其他裝置的使用的資源及工作引數等。

如果以上階段順利完成,bios會搜尋作業系統的啟動裝置,將系統的控制權交給作業系統的啟動程式,計算機就進入了作業系統的啟動階段。不同的作業系統,有不同的啟動方法和過程,但基本上都是檢測和配置硬體(包括驅動程式)、從啟動裝置(如硬碟等)讀取作業系統的核心程式並載入到記憶體、最後進行作業系統的初始化並等待使用者的操作。

從計算機的啟動過程可以看出,計算機的硬體(簡單的說就是電子器件)系統是計算機存在的物質基礎,用來執行程式,是程式的執行者,就像人的肉體可以做各種動作。

計算機的bios、作業系統等程式實際控制著計算機的硬體系統,就像人的思想控制身體各部分一樣。計算機系統中各種不同的軟體共同構成了計算機的軟體系統,而計算機的軟體系統也依據其作用又被分為系統軟體和應用軟體。系統軟體主要指軟體中起到基礎作的部分軟體,從計算機的啟動過程來看,作業系統就應該屬於系統軟體,因為它是在系統啟動過程中就必須要執行的,使用者也都是間接或直接通過作業系統來控制計算機工作的。當然系統軟體還包括語言處理程式、資料庫管理系統等。系統軟體的主要功能就是控制和管理計算機資源(資料和硬體裝置)、支援軟體開發和執行的軟體。

在計算機的啟動過程中沒有應用軟體的事兒,因為應用軟體只有在一些系統軟體之上才能夠被安裝和執行,而且應用軟體只為某一特殊目的而開發的。比如常用的辦公軟體就是輔助辦公開發的,photoshop軟體就是為了處理而開發的等。此外,開發程式所使用的一些編輯軟體也屬於應用軟體。當然,嚴格地來說,作業系統也會附帶一些工具軟體,它們也應該屬於應用軟體,比如windows系統中的記事本、linux中的vi等。

由此,計算機系統的邏輯結構如下圖1.1所示:

圖1.1 計算機系統邏輯結構圖

圖中1.1中,裸機是指沒有配置作業系統和其他軟體的電子計算機,一般也可用裸機來指代計算機硬體。使用者要使用計算機資源,需要通過應用軟體,呼叫系統軟體(一般是作業系統)相關介面,然後由系統軟體來分配資源的使用權、管理和保障硬體資源的具體操作。

圖中1.1中,並沒有顯示出bios的邏輯位置,bios實際上「固化」在計算機硬體(一種只能從中讀取資訊而不能寫入或修改資訊的儲存器)中的軟體,是不是有點像人的大腦,既是物質的存在,也是思想和意識所在。裸機其實也包含bios程式的。因此,在資訊科技領域中,硬體和軟體之間的區分也不是極其嚴格的。

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