002.计算机核心基础知识2

一、计算机硬件基础知识

（一）CPU补充：程序与进程

程序就是软件，存放代码的文件。

进程指的是程序的一次执行，是资源单位。

PS：线程是cpu的执行单位。

多线程运行cpu保持两个不同的线程状态，可以在纳秒级的时间内来回切换，速度快到你看到的结果是并发的，伪并行的，然而多线程不提供真正的并行处理，一个cpu同一时刻只能处理一个进程（一个进程中至少一个线程）。

（二）存储器补充：ROM和CMOS

存储器除了常规的内存RAM和硬盘之外，还有一些特殊的存储硬件。

1.ROM（Read Only Memory）

相当于内存，用于存放BIOS，ROM是非易失性随机访问存储，断电后内容不丢失。

2.CMOS

相当于“硬盘”：断电数据丢失，但是耗电量极低。它是易失性的，用来保持当前时间和日期和保存配置的参数。

3.最基础的系统，用来运行BIOS程序。

CPU

ROM

CMOS

（三）硬盘详解

硬盘一般分为基于磁信号工作的磁盘和基于电信号工作的固态硬盘，目前主流的硬盘仍然是磁盘。

磁盘低速的原因是因为它一种机械装置，在磁盘中有一个或多个金属盘片，它们以5400，7200或10800rpm（RPM =revolutions per minute 每分钟多少转 ）的速度旋转。

1.磁道：

当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。

2.柱面：

把一个戈丁手臂位置上的磁道合起来，组成一个柱面。

3.扇区：

是指磁盘上划分的区域。磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，硬盘的读写以扇区为基本单位，扇区的典型值是512字节。

数据都存放于一段一段的扇区，即磁道这个圆圈的一小段圆圈，从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间。

4.平均寻道时间：

机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间称为寻道时间。

5.平均延迟时间：

机械手臂达到正确的磁道之后，还必须等待旋转到数据所在的扇区下，这段时间称为延迟时间。

以7200转/60s的磁盘为例：

120转/s

转一圈花费：8ms

平均寻道时间：4ms

平均延迟时间：5ms

# 磁盘容量单位 TB,PB, Eb, Zb, YB
1B= 8bit（2进制位称为bit位）
1KB=2(10)B=1024B； 括号中的数字为2的指数(即多少次方) 
1MB=2(10)KB=1024KB=2(20)B； 
1GB=2(10)MB=1024MB=2(30)B。 
1TB=2(10) GB=1024GB=2(40)B 
1PB=2(10) TB=1024TB=2(50)B 
1EB=2(10) PB=1024PB=2(60)B 
1ZB=2(10) EB=1024EB=2(70)B 
1YB=2(10) ZB=1024ZB=2(80)B 

1Byte相当於一个英文字母
Kilobyte(KB)=1024B相当於一则短篇故事的内容。 
Megabyte(MB)=l024KB相当於一则短篇小说的文字内容。 
Gigabyte(GB)=1024MB相当於贝多芬第五乐章交响曲的乐谱内容。 
Terabyte(TB)=1024GB相当於一家大型医院中所有的X光图片资讯量。 
Petabyte(PB)=l024TB相当於50%的全美学术研究图书馆藏书资讯内容。 
Exabyte (EB)=1024PB；5EB相当於至今全世界人类所讲过的话语。 
Zettabyte(ZB)=1024EB如同全世界海滩上的沙子数量总和。 
Yottabyte(YB)=1024ZB相当於7000位人类体内的微细胞总和。

6.虚拟内存：

虚拟内存机制使计算机可以运行大于物理内存的程序，方法是将正在使用的程序放入内存执行，而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方，这块地方称为虚拟内存，在Linux中称为swap，这种机制的核心在于快速地映射内存地址，由cpu中的一个部件负责，称为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)。

（四）I/O设备

cpu和存储器并不是操作系用唯一需要管理的资源，I/O设备也是非常重要的一环。

I/O设备一般包括两个部分：设备控制器和设备本身。

控制器：是查找主板上的一块芯片或一组芯片（硬盘，网卡，声卡等都需要插到一个口上，这个口连的便是控制器），控制器负责控制连接的设备，它从操作系统接收命令，比如读硬盘数据，然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容。

控制器的功能：通常情况下对设备的控制是非常复杂和具体的，控制器的任务就是为操作系统屏蔽这些复杂而具体的工作，提供给操作系统一个简单而清晰的接口。

设备本身：有相对简单且标准的接口，这样大家对可以为其编写驱动程序了。想要调用设备，必须跟该接口编写复杂而具体的程序，于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统，必须把设备驱动程序安装到操作系统中。

（五）总线

多总线模式

北桥即PCI桥：连接高速设备（CPU，内存）。

南桥即ISA桥：连接慢速设备。

（六）启动计算机

在计算机的主板上,有一个基本的输入输出程序（Basic Input Output system）。

BIOS就相当于一个小的操作系统，它有底层的I/O软件，包括读键盘，写屏幕，进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存ROM中。

1.启动流程：

（1）计算机加电；

（2）BIOS开始运行，检测硬件：cpu、内存、硬盘等；

（3）BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备；

（4）从启动设备上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）；

（5）根据分区信息读入bootloader启动加载模块，启动操作系统；

（6）然后操作系统询问BIOS，以获得配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，如果没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格（如进程表），穿件需要的进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI。

二、操作系统

（一）什么是操作系统

操作系统是一个协调、管理、控制计算硬件资源与应用软件资源的一个控制程序。

（二）什么是平台

平台=计算机硬件+操作系统

常见的平台有：windows系统+某硬件，Android+某硬件，Linux+某硬件。

跨平台性：

由于平台的多种多样，我们开发应用程序时就需要考虑到应用程序的跨平台性，如果能开发出一款可以在任意平台运行的应用程序，就可以极大的提高开发效率。

（三）计算机体系的三层结构

1.应用程序/用户

2.操作系统（Windows、mac、Linux）————————文件

3.计算机硬件（cpu、内存、硬盘）——————————硬盘

三、编程语言分类

（一）机器语言

1.定义：机器语言指的是能被机器直接识别的编程语言，也就是二进制，是最低级的语言，直接与机器交互。

2.优点：程序运行速度最快，效率最高。

3.缺点：

（1）开发效率低，编程指令记忆困难；

（2）编程过于复杂，实现简单功能都需要很多步骤。

（二）汇编语言

1.定义：使用英文标签取代二进制指令的编程语言。

2.优点：

（1）程序运行较快，仅次于机器语言；

（2）解决了及其语言二进制指令难以记忆的问题。

3.缺点：编程较机器语言简便，但仍较为复杂。

（三）高级语言

1.定义：用人类可以理解的表达方式编写程序，需要经过翻译才能被计算机理解、运行的编程语言。

2.分类：按照翻译方式的不同，可分为

编译型（C、GO）：，第一次运行时翻译，以后就不需要翻译）；

解释型（python、shell）：，一边运行一边翻译）两种。

运行效率：机器语言>汇编语言>高级语言（编译型>解释型）

开发效率：机器语言<汇编语言<高级语言

缺点：编程较机器语言简便，但仍较为复杂。

（三）高级语言

1.定义：用人类可以理解的表达方式编写程序，需要经过翻译才能被计算机理解、运行的编程语言。

2.分类：按照翻译方式的不同，可分为

编译型（C、GO）：，第一次运行时翻译，以后就不需要翻译）；

解释型（python、shell）：，一边运行一边翻译）两种。

运行效率：机器语言>汇编语言>高级语言（编译型>解释型）

开发效率：机器语言<汇编语言<高级语言