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浅析计算机的原理(一)

时间:2016-04-25 01:08:15      阅读:166      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:计算机   控制器   寄存器   操作系统   存储器   

1.计算机就是一个大的虚拟化系统,CPU在同一时间只能处理一个程序(进程)

2.操作系统将CPU虚拟化了,才能看起来在同一时间处理多个进程

3.系统开机的时候需要上电自检POST,启动计算机的自举能力(就是利用BIOS实现自举)

4.程序=指令+数据。指令和数据必须载入内存才能实现其功能

5.计算机的体系结构(冯.诺唯漫计算机体系之父):

运算器(数据/控制总线):一般只能进行加运算、逻辑运算(减、乘、除都可以换算成加法运算和逻辑运算),负责运算

加法器:包含加数、被加数、输出和;一个加法器只能运算一次加法运算,用2进制运算(电路的闭合来控制,闭合有电流就理解为逻辑运算的1,断开就是逻辑运算的0)

寄存器:在线路复用的情况,存在在运算器中暂时寄存加数的设备

控制器(控制总线):和上面的运算器一起组成了CPU,负责控制到什么地方取数据

存储器(内存)(数据总线):是一个编址的存储设备,每个字节8位,都有全局唯一编址(平面编址),负责存储数据和指令

RAM:随机易失性存储器

ROM:只读存储器,开机的时候会自动映射在内存的最前面,用来实现探测所有设备的加电自检

输出设备:更用户交互,辅助计算机的运行,比如硬盘、网卡

输入设备:更用户交互,辅助计算机的运行,比如硬盘、键盘、鼠标、网卡

思考1:在很多IO设备的时候,CPU是如何知道是哪个输入设备进来的数据?又是怎么知道发给哪个输出设备呢?

答:在CPU附近有一个终端控制芯片,直接和CPU相连,此芯片用不同的线路跟不同的输入和输出相连,感知不同链路的信号的时候,直接汇报给CPU,这样CPU就感知了不同的输入和输出设备

思考2:CPU的频率是用来干什么的?

答:加法器在运算时,每次的频率是能完成一次事件,比如加数、被加数、输出和

思考3:什么是南桥设备?什么是北桥设备?

答:北桥设备是离CPU比较近的设备,是高速总线控制器,用来控制所有和CPU交互的数据

  南桥设备是低速总线控制器,用来控制输入输出设备等IO设备,汇总之后连接到北桥输送到CPU

思考4:什么是一级缓存?二级缓存?

答:当CPU的频率运算高于内存数据的读取速度,就需要一个缓存数据的技术,这就是缓存。所以计算机的主频再高,也不能说明计算机的速度快,还要看内存的速度。缓存是衡量计算机性能的标准,一般缓存高的计算机价格都比较贵。

思考5:什么是程序的局部性原理?

答:程序是遵循局部性原理的,局部性分为时间的局部性和空间的局部性

  时间的局部性:程序在其他时间可能再次被访问

 空间的局部性:程序周边的数据有可能也会被访问到。所有程序都必须依赖芯片才能工作。

5.程序的就是指令和数据的组成,要让机器能够读懂程序,程序就必须用二进制进行编写,这样的程序叫做机器语言(太困难);后来芯片的生产商,将芯片的语言附带了微码,每个芯片都支持微码编程,这样的编程叫做汇编语言,必须将汇编语言编译成计算机能够读懂的语言(机器语言),所以需要一个编译器(也是一个软件),但是不同芯片厂商的微码是不一样的,所以一般Inter的芯片的汇编语言是不能用在摩托罗拉的芯片上,所以汇编语言是严重依赖硬件芯片的,这就是我们所谓的低级语言。后来才出现的我们现在的高级语言,不管哪种高级语言,都在做基于不同硬件芯片的相同程序开发环境,其实就是用汇编语言写出一个能够虚拟相同环境的API接口,透明化底层硬件的不同,在API上层可以利用不同的高级语言进行程序的编译,无需考虑底层硬件的不同。

CPU怎么在同一时间处理多个程序?出现了操作系统进程的概念

CPU的时间片(slice):假设5ms

内存的分段机制、虚拟地址空间

 操作系统的定义:是一种管理硬件资源,控制CPU的时间片和内存分段等分配给不同的程序的软件,完成进程的启动、终止、切换等操作。是一种通用软件,不负责具体工作,负责协调其他程序工作。有了操作系统,所有程序(进程)都不能直接跟硬件打交道,需要通过操作系统内核调用来跟底层交互。由于内核调用太过于底层,所以被做成很多相对上层的各种各样的接口,这样很多个上层接口的集合叫做操作系统的库。C语言写程序就是利用编译好的不同的库来进行编译的。也就是说Window上开发的程序是通过Window的库开发的,Linux则是用Linux的库进行开发的。(底层硬件----操作系统----库----上层的程序软件)。为了人机能够更加有效交互,还得需要一个技术--Shell

6.硬件架构(CPU芯片的不同系列)

ARM:手机移动CPU架构(安卓、IOS),省电,性能好

x86:inter或者AMD的CPU架构(32位、64位)

安腾:属于inter,从惠普收购的

alpha:惠普的CPU

UltraSparc:SAN公司的,SAN现在属于Oricle

Power:第一个单核主频超过4G的CPU,IBM的CPU

M68K:摩托罗拉CPU

PowerPC:是苹果、IBM、摩托一起开发的

7.OS介绍

Windows

Linux

Unix

 HP-UX

 Solaris

 SCO UNIX

 Unixware

OS/2


本文出自 “G-LAB郭主任” 博客,请务必保留此出处http://atomguo.blog.51cto.com/744135/1767309

浅析计算机的原理(一)

标签:计算机   控制器   寄存器   操作系统   存储器   

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