计算机原理+操作系统+网络学习札记

本篇为计算机原理部分
为增加可读性三部分分为三篇文章，另外两片链接如下：
计算机基础网络篇
计算机基础操作系统篇

一，冯诺依曼机

现代的计算机都属于冯诺依曼机。创造了通用电路与程序指令构成的可塑性极强的计算机。
包括输入设备，输出设备，控制器，运算器，储存器

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二，计算机层次与编程语言

程序翻译：编译器将高级程序，翻译为计算机底层编码，生成新的，由低级语言组成的程序的过程。
例：C/C++、golang

程序解析：由一个低级语言编写的解释器，将高级程序语言的每个语句作为输入，转换为计算机底层码并执行，不生成新的程序
例：python、php、JS

JAVA,C#属于两种混合

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硬件逻辑层：门，触发器等逻辑电路
微程序机器层：微指令集
传统机器层：CPU指令集，机器指令
操作系统层：向上提供管理界面，向下对接指令系统，管理资源
汇编语言层：
高级语言层：编程语言，Python，C，JS等
应用层：app，软件

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三，计算机的计算单位（容量与速度）

• 容量单位（M，G，T）
  物理层面，高低电平记录信息，高电平是1，低电平是0，是一个bit，比特位
  一个字节单位 = 8bits

  
  
  

  捕获.PNG

• 速度单位
  网络速度 ： 100M光纤 == 12M/S的峰值
  速度单位Mbps => Mbits/s，所以有以上对应
  CPU速度 ： 时钟频率，单位赫兹Hz
  2GHz = 2 * 1000^3 Hz = 每秒20亿次（高低电平的变化次数）

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四，字符与编码集

• ASCII码（共128个 = 33 + 95 = 2^7）
  7个bits即可表示 / 95个可打印字符 / 33个不可打印字符（包括控制字符）
• extend ASCII
• 字符编码集的国际化（中文编码集）
  GB2312（收录了6763个汉字和682个符号）
  GBK（兼容GB2312，收录21003个汉字，支持全部中日韩汉字）
• Unicode（全球字符集）
  UTF-8 即以字节为单位对Unicode编码

windows系统默认使用GBK编码

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五，计算机的组成

1.计算机总线

USB：uuniversal serial bus通用串行总线
PCI总线，ISA总线等等。。。。解决了不同设备之间的通信问题

• 总线的分类：
  片内总线：芯片内部
  系统总线：链接计算机各种设备（数据总线，地址总线，控制总线）
• 总线的仲裁：
  不同设备使用总线的优先顺序

2.存储器

• 分类：
  介质：半导体(内存，U盘)，磁力（磁带，磁盘）
  方式：RAM（随机存储器，内存条），串行存储器，只读存储器ROM

• 层次结构：
  读写速度：5400/7200转的硬盘
  存储容量：G，T

  
  
  

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  微信截图_20190807210917.png

计算机的主存储器（RAM）与辅助存储器（硬盘，即磁盘）

• 内存（RAM）通过电容存储数据，断电后，数据会丢失
  内存通过地址总线和数据总线与CPU链接。32位系统，最大支持4G内存，因为32位系统的地址总线，只有32位，最多寻址2^32 = 4GB。
• 高速缓存
  工作原理：命中率，访问效率等
  替换策略：几种替换策略

• 指令系统：
  机器指令：操作码+地址码（零地址，一地址，二地址，三地址）
  操作类型：数据传输，算数逻辑，移位操作，控制指令
  寻址方式：指令寻址（顺序，跳跃），数据寻址

  
  
  

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• 控制器（CPU）

  
  
  

  [email protected]

• 运算器（CPU）

  
  
  

  [email protected]

• 指令的执行过程

  
  
  

  [email protected]
  
  
  

  [email protected]
  
  

  以上步骤，控制器与运算器不能同时工作，为提高效率：

  
  
  

  [email protected]

六，计算基础

1.进制
二进制 1024 = 0b100000000
八进制 1024 = 0o2000
十六进制 1024 = 0x400
2.转换方法
3.符号数（±）

• 原码表示法：（比较原始）
  第一位为符号位
  0表示正数，1表示负数
  +237 = 011101101
  -237 = 111101101

  
  
  

  [email protected]

• 补码表示法：

  
  
  

  [email protected]

• 反码表示法

  
  
  

  [email protected]
  
  
  

  [email protected]

4.定点数与浮点数，及其运算

• 定点数与比例因子

5.算法实践

实践内容：用双向链表实现以下三种算法

• FIFO算法（先进先出）
• LRU算法（最近最少使用）
• LFU（最不经常使用）

• 双向链表
  优点：快速找到上一个和下一个节点，快速去掉某个节点
  实现一个双向链表：
  节点类，链表类，链表的私有方法和外部API
  即可用双向链表，实现以上算法

  
  
  

  [email protected]