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1、一、计算机硬件介绍1. 硬件的目的：为了运行软件给它的一些指令。我们可以优先从硬件中提取出这三个 主要的东西，分别是：CPU，内存，硬盘2. 在现实生活中，人脑是用来计算的，在计算机中，用来计算的是什么呢？当然是CPU 了。多数CPU都有两种模式，即内核态与用户态。这里的即内核态与用户态将会在 下面的内容中讲到。3. 如果我们把计算机理解为人的大脑，我们可以总结为几句话：CPU 是人的大脑，负责运算；内存是人的记忆，负责临时存储；硬盘是人的笔记本， 负责永久存储；输入设备是人的耳朵或眼睛，负责接受外部的信息传给CPU 以上所有的设备都通过总线连接，总线相当于人的神经二、处理器（寄存器及内核态与
2、用户态切换）1计算机的大脑是CPU，它从内存中取指令-A解码-A执行，然后在取指令，解码，执行， 周而复始，直至整个程序被执行完成。2. 寄存器是一个存储设备，最快的一种存储设备就是寄存器。3. 寄存器的分类 通用寄存器：用来保存变量和临时结果的。 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：它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个 过程中的一个框架。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（Program Status Word简称
3、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）以及各种其他控制位。用 户通常读入整个PSW，但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中，PSW 非常重要。4. 内核态与用户态多数 CPU 都有两种模式，即内核态与用户态。 当cpu处于内核状态时，运行的是操作系统，能控制硬件（可以获取所有cpu的指 令集） 当cpu处于用户太状态时，运行的是用户软件，不能控制硬件（可以获取所有cpu 的指令集中的一个子集，该子集不包括操作硬件的指令集）这里有些人可能会含糊什么是内核态，什么是用户态？下面我来解释一下：内核态:当cpu在内核态运行时，cpu可以执行
4、指令集中所有的指令，很明显，所有的 指令中包含了使用硬件的所有功能，（操作系统在内核态下运行，从而可以访 问整个硬件）所以，归根结底通俗一点的话也就是上面解释的那样用户态:用户程序在用户态下运行，仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集，该子集 中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情况下，在用户态中有关I/O和内 存保护（操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用），当然，在 用户态下，将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。5. 内核态与用户态切换 用户态下工作的软件是不能之间操作硬件的，但是像我们的一些软件，比如暴风音影 啊一类的软件，我们要想从磁盘中读取一个电影文件，那就得从用户态
5、切换成内核 态，为此，用户程序必须使用系统调用（system call），系统调用陷入内核并调用操作 系统，TRAP指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统从而获得服务。三、存储器，L1缓存，L2缓存，内存（RAM ）, EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池1计算机中第二重要的就是存储了，所有人都意淫着存储：速度快（这样cpu的等待 存储器的延迟就降低了） +容量大+价钱便宜。然后同时兼备三者是不可能的，所以 有了如下的不同的处理方式由上图可以很清楚的看见寄存器存储是速度非常快的，但是它的容量却很少。下来就是高速缓存了。我就不一一介绍了，我相信大家应该可以看得懂这个图。2. 寄存器即L1
6、缓存：用与cpu相同材质制造，与cpu 一样快，因而cpu访问它无时延， 典型容量是：在32位cpu中为32*32，在64位cpu中为64*64，在两种情况下容量 均 V1KB。3. 高速缓存即 L2 缓存：主要由硬件控制高速缓存的存取，内存中有高速缓存行按照 064字节为行0，64127为行1。最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常 接近 cpu 的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时，高速缓存硬件检查所需 要的高速缓存行是否在高速缓存中。4. 内存：主存通常称为随机访问存储RAM,就是我们通常所说的内存，容量一直在不 断攀升，所有不能再高速缓存中找到的，都会到主存中找，主存是易失性
7、存储，断电 后数据全部消失5. EEPROM（Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程 ROM）和闪存（flash memory） 也是非易失性的。还有一类存储器就是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，所以，即使计算机没有加电，时间也仍然可以正确地更新，除此之外CMOS 还可以保存配置的参数，比如，哪一个是启动磁盘等，之所以采用CMOS是因为它 耗电非常少，一块工厂原装电池往往能使用若干年，但是当电池失效时，相关的配置 和时间等都将丢失。四、磁盘1. 磁盘由磁头，磁道，扇
8、区组成的。2. 磁道：每个磁头可以读取一段换新区域。把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来， 组成一个柱面3. 每个磁道划成若干扇区，扇区典型的值是512字节。4. 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，那么什么是寻道时间和延迟时间呢？ 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成为寻到时间，找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈，但是还不知道数 据具体这个圆圈的具体位置平均延迟时间：机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下， 这段时间成为延迟时间加前甘面毎亍空黃I和运心育向五、磁带1. 有些人
9、会想磁带是用来干什么的呢？当然，它也是内存之一，是用来存储东西的，它 的存储量是相当大的，而且价钱也便宜。当遇上火灾等紧急情况时，可以用磁带来存 储我们的重要文件。常常用来做备份（常见于大型数据库系统中）。但是，它也有缺 点，就是运行速度特别慢，效率低。2. cpu和存储器并不是操作系统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：有相对简单的接口且标准的，这样大家都可以为其编写驱动程序了
10、。要想 调用设备，必须根据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。六、总线北桥即PCI桥：连接高速设备南桥即 ISA 桥：连接慢速设备I诈曲SASHJLT!门1Lcsa1zU per1J-Lk I-w社葬I SC5Escm七、操作系统的启动流程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启动装载模块，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八、应用程序的启动流程1. 双击快捷方式2. 告诉操作系统一个文件路径3. 操作系统从硬盘读取文件到内存中4. cpu从内存中读取数据执行
