計算機知識整理

2022-09-04 10:21:10 字數 2905 閱讀 6491

一、程式語言就是軟體開發,軟體必須依附在作業系統上才能執行。

二、計算機的大腦就是處理器,即cpu。它從記憶體中取指令→解碼→執行,此過程重複至整個程式被執行完成。每個cpu都有一套可執行的專門指令集,任何軟體的執行最終都要轉化成cpu的指令去執行。pentium(英特爾第五代x86架構的微處理器)不能執行sparc(另外一種處理器)的程式。

cpu訪問記憶體取指令的時間要比執行指令的時間長,所以,所有cpu內部都有一些用來儲存關鍵變數和臨時資料的暫存器。

暫存器分為通用暫存器、程式計數器、堆疊指標和程式狀態字暫存器。

通用暫存器就是儲存變數和臨時結果的。

堆疊指標它指向記憶體中當前棧的頂端。該棧包含已經進入但是還沒有退出的每個過程中的乙個框架。在乙個過程的堆疊框架中儲存了有關的輸入引數、區域性變數以及那些沒有儲存在暫存器中的臨時變數。

程式狀態字暫存器,它是乙個非常重要的暫存器,這個暫存器包含了條碼位(由比較指令設定)、cpu優先順序、模式(使用者態或核心態),以及各種其他控制位。使用者通常讀入整個psw,但是只對其中少量的字段寫入。在系統呼叫和i/o中,psw非常重要。

cpu分為核心態和使用者態兩種模式,通常psw中有乙個二進位制位控制這兩種模式。

當cpu在核心態執行時,cpu可以執行指令集中所有的指令,很明顯,所有的指令中包含了使用硬體的所有功能,(作業系統在核心態下執行,從而可以訪問整個硬體)

使用者程式在使用者態下執行,僅僅只能執行cpu整個指令集的乙個子集,該子集中不包含操作硬體功能的部分,因此,一般情況下,在使用者態中有關i/o和記憶體保護(作業系統占用的記憶體是受保護的,不能被別的程式占用),當然,在使用者態下,將psw中的模式設定成核心態也是禁止的。

核心態與使用者態的切換,使用者態下工作的軟體不能操作硬體,但是我們的軟體有操作硬體的需求,那就必須經歷從使用者態切換到核心態的過程,為此,使用者程式必須使用系統呼叫,系統呼叫陷入核心並呼叫作業系統,trap指令把使用者態切換成核心態,並啟用作業系統從而獲得服務。

儲存器分為暫存器、快取記憶體、記憶體和cmos

暫存器即l1快取,l1快取的製造材料和cpu相同,因此速度很快,cpu訪問它無時延。典型容量在32位cpu中為32*32,在64位cpu中為64*64,在兩種情況下容量均<1kb。

快取記憶體即l2快取,主要由硬體控制快取記憶體的訪問,記憶體中有快取記憶體行,最常用的快取記憶體行放置在cpu內部或者非常接近cpu的快取記憶體中。當某個程式需要讀乙個儲存字時,快取記憶體硬體檢查所需要的快取記憶體行是否在快取記憶體中。如果是,則稱為快取記憶體命中。反之稱為快取記憶體未命中,這樣就必須要訪問記憶體。

記憶體是易失行儲存,斷電後資料就會消失。

除了記憶體之外,計算機已經在使用少量的非易失性隨機訪問儲存如rom,當電源切斷之後,非易失性儲存的內容不會丟失。rom唯讀儲存器在出廠時就被編寫完成,因此不可修改。

eeprom和快閃儲存器也是非易失性的儲存器。快閃儲存器通常作為儲存媒介,它在速度上介於ram和磁碟之間,但與磁碟不同的是,快閃儲存器擦除的次數過多,就會被磨損了。

還有一類儲存器就是cmos,它也是易失性儲存器,cmos儲存器和遞增時間的電路有一小塊電池驅動,所以,即使斷電了,時間也能正確的更新。cmos還可以儲存配置引數,用cmos是因為它耗電非常少。

磁碟是一種低俗的機械裝置,在磁碟中有乙個或多個金屬碟片,它們以5400,7200或10800rpm的速度旋轉。從邊緣開始有乙個機械臂懸在盤面上。為了統計方法,8個bit稱為乙個位元組bytes,1024bytes=1k,1024k=1m,1024m=1g,所以我們平時所說的磁碟容量最終指的就是磁碟能寫多少個2進製位。磁碟上的每個磁頭可以讀取一段換新區域,稱為磁軌,把乙個戈丁手臂位置上所以的磁軌合起來,組成乙個柱面,每個磁軌又分為若干扇區,扇區典型的值是512位元組。資料都存放在每段的扇區上,從磁碟讀取一段資料需經歷尋道時間和延遲時間。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到時間,找到了磁軌就是找到了資料所在的那個圈圈,但是還不知道資料具體在這個圓圈的具體位置稱為平均尋道時間。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,這段時間成為平均延遲時間。

虛擬記憶體使計算機可以執行大於物理記憶體的程式,是將正在使用的程式放到去記憶體執行,而暫時不需要執行的程式放到磁碟裡的某個地方,這個地方稱為虛擬記憶體。

磁帶是一種容量非常大,速度低於磁碟,但是由於它的容量大、可移動性強,所以常被用於大資料備份。

cpu和儲存器並不是作業系統唯一需要管理的資源,i/o裝置也是非常重要的一環。

i/o裝置包含了裝置控制器和裝置本身兩部分。

控制器:是查詢主機板上的一塊晶元或一組晶元(硬碟,網絡卡,音效卡等都需要插到乙個口上,這個口連的便是控制器),控制器負責控制連線的裝置,它從作業系統接收命令,比如讀硬碟資料,然後就對硬碟裝置發起讀請求來讀出內容。控制器的功能:通常情況下對裝置的控制是非常複雜和具體的,控制器的任務就是為作業系統遮蔽這些複雜而具體的工作,提供給作業系統乙個簡單而清晰的介面

裝置本身:有相對簡單的介面且標準的,這樣大家都可以為其編寫驅動程式了。要想呼叫裝置,必須根據該介面編寫複雜而具體的程式,於是有了控制器提供裝置驅動介面給作業系統。必須把裝置驅動程式安裝到作業系統中。

隨著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,於是出現了多匯流排模式,他們處理i/o裝置及cpu到儲存器的速度都更快。

多匯流排分為北橋(即pci橋)和南橋(即isa橋)。北橋用來連線高速裝置,而南橋則用來連線低速裝置。

計算機的啟動流程:

1、給計算機通電

2、按下開機按鈕,這時bios開始執行,開始檢測硬體。

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啟動裝載模組,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

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