计算机硬件基础

 

 

计算机硬件基础

 前言：

　　Python一种人和计算机沟通的语言也称为编程语言，所谓知己知彼 在学习Python以前咱们先了解一下要沟通的对象---计算机是什么？它的结构、底层工做原理才能写出更好的编程语言，和它进行更亲密得交流、沟通。

计算机是什么？

一种帮助人类运算、存储信息的工具。

 

一套完整的计算机系统由硬件、操做系统、应用程序组成；

 

1、硬件介绍

计算机硬件可划分为：CPU、内存、存储设备、输入设备、输出设备、总线链接组成。抽象比喻到人身上 处理器至关于人类的大脑、内存比如记忆、存储设备比如人的笔记本（帮助人永久存储信息）、 输入设备比如老师讲课（向大脑传入信息）、输出设备（比如人的表情，喜怒变现于面），链接总线（比如人的神经系统将各个组件联系起来）分别了解一下计算机的各大组件。

 

2、CPU

CPU至关于人类脑负责从内存中取指令->解码->执行，循环工做着。

 

1.0.CPU模式：

CPU在工做过程当中有2中模式，即内核态与用户态，PSW（状态寄存器）中有一个二进制位控制这两种模式。

a.内核态: CPU能够访问内存全部数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也能够将本身从一个程序切换到另外一个程序

b.用户态: 只能受限的访问内存, 且不容许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源能够被其余程序获取

 

1.一、为何要有用户态和内核态？

因为须要限制不一样的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态

 

1.二、CPU核心的组件

CPU核心组件包含 运算器、控制器、寄存器

a.运算器

arithmetic unit，计算计中执行各类算术和逻辑运算操做的部件。运算器的基本操做包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操做，以及移位、比较和传b.送等操做，亦称算术逻辑部件（ALU）。

c.控制器

内存是三维编址/全局编址的数据存放都有特定的位置，控制器负责从内存中读取数据给运算器

d.寄存器

因为运算器要对数据进行运算 好比运算 2+6=8但运算器只能运算没有记忆因此 须要寄存器 存储要参加运算的数据 2 和 6 。

 

1.三、寄存器的分类：

通用寄存器

保持临时变量和运算结果

程序计数器

它保存了将要取出的下一条指令的内存地址。在指令取出后，程序计算器就被更新以便执行后期的指令。

堆栈指针寄存器

它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入可是尚未退出的每一个过程当中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存器中的临时变量

程序状态字寄存器（PSW）

这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式（用户态或内核态），以及各类其余控制位。用户一般读入整个PSW，可是只对其中少许的字段写入。在系统调用和I/O中，PSW很是很是很是很是很是很是重要

 

                                                        

 

 

 

 

 

3、存储器（ 内存、硬盘.....）

因为内存有易失性，断电后不能保持信息，因此计算机必须由存储器来永久保存数据；

 

2.0、 存储器的种类

a.非易失性随机访问存储如ROM（Read Only Memory，ROM）

在电源切断以后，非易失性存储的内容并不会丢失，ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕，而后不再能修改。ROM速度快且便宜，在有些计算机中，用于启动计算机的引导加载模块就存放在ROM中，另一些I/O卡也采用ROM处理底层设备的控制。

 

b.EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦除可编程ROM）和闪存（flash memory）也是非易失性的

可是与ROM相反，他们能够擦除和重写。不太重写时花费的时间比写入RAM要多。在便携式电子设备中中，闪存一般做为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷，是便携式音译播放器的磁盘，还应用于固态硬盘。闪存在速度上介于RAM和磁盘之间，但与磁盘不一样的是，闪存擦除的次数过多，就被磨损了。

 

c.CMOS

它是易失性的，许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动，因此，即便计算机没有加电，时间也仍然能够正确地更新，除此以外CMOS还能够保存配置的参数，好比，哪个是启动磁盘等，之因此采用CMOS是由于它耗电很是少，一块工厂原装电池每每能使用若干年，可是当电池失效时，相关的配置和时间等都将丢失。

 

d.磁盘：

 

 

 

扇区： 机械硬盘的转轴转动带动硬盘内的金属盘片跟随转动，机械手臂上下摩擦盘面一个段称扇区。

 

 

 

 

4、链接总线：

链接计算机各个组件的主线

3.0链接总线分类：

a.北桥:

即PCI桥：链接高速设备

b.南桥:

即ISA桥：链接慢速设备

 

 

 

 

 

 

5、计算机启动流程

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就至关于一个小的操做系统，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RAM中。

 

启动流程以下

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启动装载模块，启动操做系统

6.而后操做系统询问BIOS，以得到配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，若是没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了所有的设备驱动程序，操做系统就将它们调入内核。而后初始有关的表格（如进程表），穿件须要的进程，并在每一个终端上启动登陆程序或GUI

 

 

参考：http://www.cnblogs.com/linhaifeng/p/6523843.html