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基础知识篇一

程序 指令+数据组成  储里器面存放着数据和指令

计算机硬件系统五大部件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成 

 

 

1.CPU

cpu包含运算器和控制器

CPU主要的组成 运算器，控制器，寄存器

控制器：读取指令，并在指令的控制下，去读取要执行的运算，包括数据或者计算，控制器会控制告诉计算器到哪里去取数据，数据取过来，运算器开始运算，运算结果由控制器输出到存储器CPU暂时存储器

运算器：运算器须要去存储里面读取指令

寄存器：cpu暂时存储器，

 

地址总线：内存寻址

数据总线：传输数据

控制总线：控制指令

 

地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，好比8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20=1MB。通常来讲，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n位。^[1] 

 

地址总线宽度　地址总线数据宽度决定了CPU能够访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底可以使用多大容量的内存。对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多能够直接访问4096 MB（4GB）的物理空间。Pentium Pro/Pentium Ⅱ/Pentium Ⅲ为36位，能够直接访问64GB的物理空间。

 

Cup缓存：CUP是从内存读取数据，缓存是从三级到一级层层缓存。可是CPU的处理速度依然远远大于内存，CPU依然须要等待大量的时间从内存读取数据，CPU性能被浪费，因此CPU引入了一级缓存，一级缓存分为指令缓存和数据缓存 他的容量很小，只有几十K左右，但他的读写速度却已经与CPU处理速度很是接近了。

但由于这样的一级缓存成本很是很是高，因此是不可能作的很大的，但这么小的几十K跟内存成百上千M的容量比，实在是不够用，一级缓存与内存的数据传递又成了瓶颈，出于成本考虑一级缓存不可能增大太多，因此又加入了二级缓存，他的速度比一级缓存要小的多，但成本低，并且能够作到比一级缓存大不少，因此就出现了二级缓存，如今二级缓存基本都是1M以上的了，甚至都6M的了。

 

 

2.存储

Ram：全部数据都在来自于Ram 随机访问存储器 ,如今主流使用的都是ram

Rom 只读存储器 此前适用于这台计算的一堆指令。

 

 

 

3．输入输出设备称为I/O设备

用来与用户进行交互

I输入设备：键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设

o输出设备：显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系

默认输出设备也叫标准输出

默认输入设备也叫标准输入

标准输入通常都指的是：键盘

标准输出和错误输出：显示器

I/O重定向：改变了数据的输出来源和输入来源

 

 

 

加电自检含义：指令可以映射到内存里面，控制器就会读取这些指令，告诉CPU 显卡内存是否存在 这个就叫作加电自检

 

 

内存分为三段：post加电自检之后 bios自动映射到内存 第一段实现加电自检，第二段内核空间（kernel space）载入操做系统内核，第三段被多个应用程序彼此共享

 

 

 

Interrupt含义： 中断 能够理解为硬件通知机制  那么咱们怎么知道 中断是鼠标或者键盘，计算机内部有个可中断编程控制器，这个控制器和CUP是针脚相连的，cup有多跟线，每一根线对应一个设备，这样CUP就能够知道是哪里出现中断了

 

 

设备分南桥和北桥

南桥：低速控制总线 链接大量I/O外围设备（键盘，鼠标，显示器） 汇总后经过同一根线交给北桥，北桥经过控制器传给CUP

北桥：高速控制总线  cup和内存打交道，Cup和内存须要总线相连，因此须要大量数据传输，须要高频率快速数据交换

如今为了高效率 内存直接链接CUP了 北桥只负责链接南桥，由于北桥速度快，所以能够将固态硬盘直接链接到北桥，实现更高效率，这就是一种硬件调优

 

 

 

缓存工做要遵循 程序局部性原理，

时间局部性：刚访问的数据，可能最近还须要访问 缓存下来

空间局部性：若是访问一个数据，离周围的数据很是近，因此把周围的数据一块儿载入进来

 

 

机器只能识别二进制编程为了方便编程，cpu芯片会有微码也叫微程序，称为汇编语言 人类认识的语言，在用编译器（编译器也是软件），转换为机器语言，微码是芯片是自带的，每一个厂家的芯片不同，因此没法相互使用。

API(Application Programming Interface)：应用编程接口 为了让不一样厂家的芯片能够互相使用，可让cup直接相互经过编程接口 把指令往上传输 就跟翻译器是一个道理

 

 

硬件架构：cpu芯片的不一样系列 由于ntel公司 发展出了代号为8086，因此这种架构的CUP叫作x86

主流架构

手持智能设备：硬件架构 移动硬件架构叫作 ARM （啊木）

X86

X86-64 也叫AMD64

32位 计算机中的位数指的是CPU一次能处理的最大位数，一次最多能处理32位数据

64位计算机中的位数指的是CPU一次能处理的最大位数，一次最多能处理64位数据

 

 

32位和64位操做系统是指：CPU一次处理数据的能力是32位仍是64位。换而言之， 32位系统的处理器最大只支持到4G内存，而64位系统最大支持的内存高 达亿位数。

支持内存的大小 这是根据他们的CUP处理的数据宽度决定的

 

 

进程

运行的程序称之为进程，进程是有生命周期的，处理完毕进程就结束了，而程序在内存里保留的 因此进程和程序是不同的，

进程的原理：CUP运算是根据时间的流逝完成的CPU是时间驱动的。因此将CPU样件切分为CPU的时间片time slice

time sluce

第一个程序运行5ms

第二个程序运行5ms

来回交替运行

内存能够经过访问不动的段来进行交替也称分段机制，例如第一个程序访问第一段，第二个程序访问第二段，每一个程序都是从头开始的，那么内存如何知道我要去访问相应的段落呢？ CPU内部也能够分段，内部会把不一样的任务放入相应的段落里，来进行相互交替 ，内存分段由CPU完成

 

 

 

 

 

操做系统

 

操做系统基本组成

 

 

操做系统也是个软件，运行在硬件上，负责管理硬件资源，将硬件资源所提供的计算能力，分配给不一样程序，CUP分红多个片，内存分红为多个段，而且负责协调，协调包括程序的启动，终止和回收等工做，还负责程序切换等工做

负责协调硬件和程序。有了操做系统,进程不能和硬件直接打交道

要想使用硬件必须经过操做系统进行协调 进程向操做系统内核进行程序调用，

由系统内核把程序从内存中取出来返还给应用层程序和进程，

 

操做系统是由system cal(系统调用)进行协调，可是因为这种方式过于底层 ，使用起来比较麻烦，因此将底层系统调用一个或者多个，把功能封装打包起来，作出更高级的接口，那么这个高级接口称做为库，库不能独立运行，只能被调用。

除了系统调用还有库调用（library），库对于操做系统或者内核叫：应用编程接口API

程序员开发程序都是经过库去开发，windos和linux库不一样。因此windos开发的程序不能再linux上使用 ，先要程序通用如何windos和linux使用的库同样，彷佛就能够

因此操做系统 底层是硬件 操做系统就是经过系统调用

Shell：人机交互接口， 为何咱们双击就能点开word呢 就是经过shell实现，把计算机的功能经过人类容易操做的方式，输出一个接口，经过这个接头才能操做计算机

Shell分两种

1.GUI图形用户界面

2.CLT命令行接口

   

                                                                                                               

 

内核：操做系统的核心，内核负责管理硬件资源，而且将

硬件资源虚拟提供给上层所须要的运行程序。如何程序运行在硬件上那么这个程序就能够控制硬件的各类属性，若是多个程序同事运行，相互之间就会产生干扰，因此须要内核负责管理和协调，内核确认硬件的运算能力经过系统调用的方式，返还给程序

 

程序的执行过程：有了操做系统，内核负责整个系统的监控和上层程序的监控，可以和程序进行交互的只有内核，软件程序输入信息先到达CPU，CPU通知内核进行处理，在由内核转交给应用程序

操做系统也是一种程序，程序是由指令+数据组成，因此内核的数据再也存储器（内存里），若是有恶意的应用程序访问内核那么系统的稳定性没有保障，因此有保护机制把应用程序和内核隔离开，因此CPU分为4个级别，只有内核能运行在特权级别下（0级别），而其余程序运行在最外围级别上，cup会把级别映射到存储器的（内存）

内核的功能:

进程管理

           内存管理

文件系统

网络功能

硬件驱动

安全机制

ABI应用二进制接口 每一个CPU的编译器不同，使用ABI能够实现交叉编译

 

 

全部程序都须要进行编译，由于计算机内核只认识二进制，因此就有了第三方公司专门作编译，把程序编译完 打包封装给系统使用，这就是redhat 红帽公司 这些公司都不是开发者他们只是将·源代码格式的linux在通用的计算机上编译成通用格式，其余人就不用编译了，因此红帽这些公司是linux的发行商，内核有Linux之父 李纳斯维护 软件由GNU 组织戈怒维护的 redhat负责包装发行，可是由于红帽有些是要服务费 升级补丁是要钱的，后来成立了组织centOS 开放社区版的linux 由于免费因此若是任何事情致使系统崩溃centOS不负责任

 

 

LINUX基本原则

1. 由单一小程序组成，组合小程序完成复杂任务 好比搭建服务 一个安装包须要不少个安装包去支持和依赖 因此叫组合小程序完成复杂任务
2. 一切皆文件，全部东西都保存为文件格式，甚至连访问入口都是文件
3. 尽可能避免捕获用户接口，不根用户交互，只要执行命令不须要用户输入任何信息
4. 配置文件保存为文本格式，在linux配置服务建立个文本就能够完成全部功能

 

 

IDE:   集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment ）是用于提供程序开发环境的应用程序，通常包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具

DLL文件:动态连接库文件 一个软件的运行有可能调用库里文件，若是库文件缺失软件就没法正常运行。

 

 

一个操做系统 只要有内核，shell所依赖的库文件和shell ，一个操做系统就彻底能够运行了算是一个操做系统的架构，若是配置一个web服务，只须要web程序和程序所依赖的库把东西填充在架构里，就彻底能够运行了