论计算机硬件基础(2017 5 18作业)

  1.编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

  作用:编程语言是人机交流的介质,是程序员让计算机工作的手段和方式...

  论关系:编程语言开发而成的成品即为软件,故此关系可以看成是软件操作系统硬件三者的关系。

          硬件是操作系统的运行基础,操作系统是软件的运行系统;

          软件用来控制操作系统,操作系统用来控制硬件。

  

    应用程序-》操作系统-》硬件

  应用程序由编程语言开发而成的产品。是软件的一类,与系统程序并称为软件。

  故此题与上题关系论大同小异,不再议。

  

    2.cpu-》内存-》磁盘

       上述题目我认为是描述三种硬件中执行能力逐级下降的队列。

       CPU运算能力,执行能力最强,是计算机的运算中心;内存是计算机的临时存储,执行力较次于CPU;磁盘(硬盘)是相对于内存的永久存储,执行能力最差。

       

    3.cpu与寄存器,内核态与用户态及如何切换

      cpu工作进程:取(指令)——解(码)——执行

     寄存器的由来

     cpu访问内存时取指令步骤较执行花费时长过多,为提升效率,寄存器便应由而来。

     寄存器在CPU内部,用来保证变量和临时数据。

    这样通常在cpu的指令集中专门提供一些指令,用来将一个字(可以理解为数据)从内存调入寄存器,以及将一个字从寄存器存入内存。cpu其他的指   令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合,或者用两者产生一个结果,比如将两个字相加并把结果存在寄存器或内存中 

    用户态下工作的软件不能操作硬件,但是我们的软件比如暴风影音,一定会有操作硬件的需求,比如从磁盘上读一个电影文件,那就必须经历从用户态切换到内核态的过程,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。

  请把的系统调用看成一个特别的的过程调用指令就可以了,该指令具有从用户态切换到内核态的特别能力。

     

       

  4.存储器系列,L1缓存,L2缓存,内存(RAM),EEPROM和闪存,CMOS与BIOS电池

            tips  1Byte(字节)=8bit(位)   

          平时常见的KB中用的是Byte(字节)

     L1缓存

   即寄存器。材质与CPU相同,CPU读取速度快且无时限。容量小于1KB...可以说是CPU自己家的内存...

     L2缓存 

   内存中有高速缓存行按照0~64字节为行0,64~127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..

     内存(RAM)

   主要内存,通称为随机访问存储(RAM)。易失性存储,断电gg...

     额外加上ROM(不易失性随机访问存储)

   断电不会消失,不能修改,只读。应用例如启动计算机的引导加载模块,I/O卡等..

     EEPROM(Electrically Erasable PROM电/可擦除/可编程ROM)

     闪存(flash memory)

   非易失性,但可以擦除和重写。   

     CMOS

   易失性,由一块小电池驱动(独立电源),用在计算机时间日期或保存计算机配置参数..

     BLOS电池

  5.磁盘结构,平均寻道时间,平均延迟时间,虚拟内存与MMU

     一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400,7200或10800rpm(RPM =revolutions per minute 每分钟多少转 )的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂悬在盘面上。

    机械手臂从一个柱面移动到相邻柱面的时间即为寻道时间。(柱面到柱面)

    机械臂移动到正确的磁道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(所在磁道到所在扇区)

   许多计算机支持虚拟内存机制,该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序,方法是将正在使用的程序放入内存执行,而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方成为虚拟内存,在linux中成为swap,这种机制的核心在于快速地映射内存地址,由cpu中的一个部件负责,成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

  6.磁带

    在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量,虽然速度低于磁盘,但是因其大容量,在地震水灾火灾时可移动性强等特性,常被用来做备份。

  7.设备驱动与控制器

    驱动: 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。

  控制器:是查找主板上的一块芯片或一组芯片(硬盘,网卡,声卡等都需要插到一个口上,这个口连的便是控制器),控制器负责控制连接的设备,它从操作系统接收命令,比如读硬盘数据,然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容。

  8.总线与南桥和北桥

     随着处理器和存储器速度越来越快,单总线很难处理总线的交通流量了,于是出现了多总线模式,他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。

    北桥即PCI桥:连接高速设备 。

    南桥即ISA桥:连接慢速设备。

     

  9.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。

 10.应用程序的启动流程

    1.我通过鼠标键盘(输入接口)点击应用程序。

    2.操作系统控制CPU从用户态转换为内核态,CPU读取数据从硬盘=》内存=》寄存器的顺序然后运算执行

    3.显示器上出现相应反馈,应用程序打开。

 

 

 

时间: 2024-08-06 12:48:46

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