硬件的组成以及操作系统

计算机组件

核心设备

1、加法器： 进行二进制运算（利用针脚的有无电）。采用线路复用（给一个控制位，告诉你什么时候输入的是指令，什么时候是数据，即是什么时候是加数，什么时候是被加数，什么时候是输出结果）。

2、寄存器： 因为加法器的线路复用，被加数是从一个线路进来，加数用从同一个线路进来，被加数就会被覆盖，所以要把加数和被加数都暂时存放在寄存器中，以便于用于计算。

3、控制器：（1）从内存中接收控制指令

（2）控制加法器进行什么运算，控制加法器从内存的哪个地方读取和存放数据。

4、ROM： 开机时，通过硬件逻辑的方式，把ROM里面的信息直接映射到内存最开始的那一段（用于上电自检）。

5、内存： 存放运算数据及控制指令。

I/O设备

1、硬盘（即是输入也是输出设备）： 由于内存断电数据就不存在的特性，要求有个永久存放数据的设备。

2、可编程中断控制器:  与cpu的针脚相连。利用interrupt机制让cpu知道是哪一个I/O设备输入的设备。（用中断向量的方式表示不同的设备）。

外注：机制：1、pull（轮循机制）：cpu不时地查看

2、interrupt（中断机制）：通知，让cpu停下来看看

总线

北桥：高速总线控制器,和cpu相连，和南桥相连。一般连接VGA芯片，内存。

南桥：一般连接I/O设备。

内注：有一些硬件厂商提供I/O设备直接和北桥相连的机器，给一些I/O读写特别高的用户，配置高速I/O设备（固态硬盘）（总线速度快，硬件速度自然也要快）。

缓存

集成在cpu中

寄存器 > 一级缓存 > 二级缓存 > 内存

寄存器可以和cpu相同频率工作，其次是一级缓存，再是二级缓存，再是内存。

利用程序的局部性原理：（1）时间：刚刚访问过的数据，一会又要访问相同的数据。

（2）空间：刚刚访问了的数据，离这个数据非常近的数据马上就要被访问到，已经都放入缓存中，就不用去内存中找了。

所以缓存，提高了计算机的效率。

外注：计算机的调优就是调节内存的数据排列，cpu怎么运行程序。

计算机的速度（HZ）即是运算器(加法器)针脚开关的速度。

操作系统

计算机语言

低级语言：（1）机器语言：（10101010）

（2）微码（汇编语言）（只是把机器语言用单词来表示）

cpu的指令都是通过针脚的有无通电来完成的，所以不同厂家和型号的cpu机器语言都有区别，同样的微码（汇编语言）也都不一样。用它们编辑的程序都是不可移植的。

API：（1）在不同类型的cpu上使用汇编语言开发，而写出来具有相同功能的程序，这个程序是没有执行入口，不能自动运行，给上层程序调用执行（高级语言程序编写就是基于API编写的），这样就可以让程序不用再考虑底层芯片的类型了。所以说API（库）是一种虚拟设备。

（2）用软件的方式，把底层不同类型芯片的相同功能抽象出来，让上层的程序具有相同的环境。

注：越高级的语言编写的程序月浪费性能

操作系统的产生和概念（kernel）

产生：

批处理的系统的cpu利用效率太低了，因为一个一个运行程序（job1$$$job2$$$$job3$$$job4），I/O的速度大大限制了cpu运行的速度。

使用多任务的方式来解决这个问题(kernel就是这个控制软件)。

1.对cpu进行时间切片，由kernel来协调（程序员编写的程序就不用考虑cpu切片方面的问题，和原来一样编写程序）。

2.对内存进行分段，每一段都有自己的编制（0,1,2，3,4），由kernel协调（程序员不用考虑内存分段的问题，和原来一样编写程序）。

3.内存虚拟地址空间（根据自己是多少位系统），让程序有多少G内存，而不根据物理内存，程序员就不用考虑实际内存的物理实际情况了。

定义：

kernel是运行在硬件上，只负责管理硬件资源，不负责具体工作，对cpu进行分片，内存分段，并且它们之间完成协调，还负责程序启动，终止，硬件资源回收，程序的切换。

注：运行中的程序叫做进程。

system calls

系统调用接口(通常称为syscalls)，由kernel所提供，是kernel与上层应用程序进行交互通信的唯一接口。任何程序必须通过操作系统才能和硬件打交道。

不同的kernel提供的system calls各不相同。

system call 一个或者多个封装成API（库），即使把相同的功能抽象出来。（结合上面的API概念）。程序程序员可以调用API运行，也可以直接调用system call来编程。

所以如果一个程序是全调用API来编程的，只要不同kernel（操作系统）的API（库）相同，程序（似乎）就可以在不同的kernel（操作系统）上移植。