计算机基础概论

一、计算机的组成

1.计算机组成的五大部件

（1）运算器：也叫算术逻辑单元，完成对数据的各种常规运算，如加减乘除，也包括逻辑运算，位移，比较等。

（2）控制器：它是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。

（3）存储器：存储程序和各种数据。

（4）输入设备：把人所熟悉的信息，如图片，声音，文字，转换为计算机能够识别的信息存储起来。

（5）输出设备：把计算机能识别的信息转换为人能识别的信息进行呈现。

一台计算机中CPU中包含控制器和运算器，内存就是存储器。I/O设备就是输入和输出设备。

CPU、内存、I/O这些设备通过总线链接起来，放到主板上。

2.系统总线

（1）数据总线：用来在各个功能部件中传输数据，是双向传输总线。

（2）地址总线：用来指出数据总线上的原数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址。

（3）控制总线：由于各个连接在数据总线和地址总线的部件都是共享这两类总线的，那么在某一时刻由谁来用，就是控制总线负责完成的。

现在如果内存中有一个变量i=0，现在要给i++，这时候3条总线都要工作，控制总线做的事告诉其他部件都不要动，只操作内存，确定数据传递方向是内存将数据传给CPU，而不是从CPU写如内存；地址总线就打出所操作的内存的地址；数据总线把地址的四个字节的数据从内存中搬到CPU，先放到寄存器中，然后从寄存器中再拿i++进行计算，再把结果写到一个寄存器中，再把寄存器的内容要写回到内存中；这时候3条总线又要工作，但是方向变了，这时候是从CPU往内存中写数据，最后i的值就从0变成了1。

3.指令

（1）指令：是指计算机执行某种操作的命令。一条指令通常由两部分构成：地址码和操作码。

（2）程序：由一条一条的指令构成。

（3）指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间称为指令周期。

（4）指令系统：计算机能够执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。

（5）RISC：精简指令系统计算机（手机）

（6）CISC：复杂指令系统计算机（电脑）

（7）程序与指令：高级语言 汇编助记符 机器指令

二、进程

1.进程

一个正在运行的程序

2.PBC

即进程控制块，是进程存在的唯一标准。用来描述进程的属性信息。每一个进程控制块都相当于一个结构体，里面存放了进程id等进程的属性信息。

3.进程的状态

就绪：一切资源都准备好了，只要CPU调度该进程去执行就可以执行。（买票排队中）

运行：在处理器执行该进程。（排到队正在买票）

阻塞：某一条件没有满足执行不了，就算有空闲的处理器也执行不了。（买票时发现钱不够，让朋友转钱，等待钱转过来才能买票，钱转来之后变成了就绪状态）

进程数永远多于处理器数，每个进程都分一点时间进行轮转。（这个时间非常短）。

4.并行和并发的区别

并发：有一个处理器空闲，有两个进程要执行的时候无法同时执行，一个进程在执行的时候另一个进程无法执行，只能在一段时间内两个进程交替执行。在一段时间内，两个进程都有执行。（时间片轮转）

并行：有两个处理器空闲，有两个进程要执行的时候可以同时一直在执行，在任意一刻两个进程都在执行。并行是一个特殊的并发。

三、内存管理

1.简单分页、逻辑页、物理页、页表

内存是被划分成一块一块的空间使用的。一块是4k，就是4096个字节。

一个格子就是4k或者8k，一般是4k

现在要使用4个格子的内存：

这个格子中的0，1，2，3是逻辑页，分别对应真实物理页的4，10，17，18。

如以下页表：

页表用来记录逻辑页和物理页的映射关系。

2.虚拟内存

虚拟内存是用来补充物理内存。

物理内存不够的时候在磁盘上划分的一块空间，当作内存去用，但是它不是真正的物理内存，速度没有物理内存的速度快。

虚拟内存提供3个重要的能力：

（1）它将主存看成是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，使得能够运行比内存大的多的进程。

（2）它为每个进程提供了一致的地址空间，从而简化了存储器管理。

（3）它保护每个进程的地址空间不被其他进程破坏。

四、操作系统发展史

操作系统：管理计算机上的软硬件资源，为用户提供一个交互的接口。

1.串行处理

提交一个任务，处理完再提交下一个任务再去处理，那个时候操作系统非常简单。

2.批处理

一次提交多个任务A，B，C。A执行完自动加载B，B执行完自动加载C…，如果A发生阻塞，那么也不会加载B，只有A执行完才会加载B。这时候运行一个程序，一个程序运行完才能运行下一个，处理器性能提高。

3.多道程序设计

一次提交多个任务A，B，C。A，B，C三个程序同时执行，比如，A执行过程中发生阻塞了，换成B来执行…，哪一个能执行就换它来执行。比批处理更加灵活。

4.分时系统

一次提交多个任务A，B，C。让每一个任务真正去执行，给每一个任务一个很小的时间片，A，B，C每一个任务都执行一遍，然后再给每一个任务一个很小的时间片，A，B，C每一个任务执行一遍…一直给A，B，C每一个任务分配时间片。