计算机硬件

【计算机硬件常识】CPU 架构与指令集 https://blog.csdn.net/antony1776/article/details/83743856 四大 CPU 架构：ARM，X86，MIPS，PowerPC ARM 功耗低，在无线局域网，3G，手机终端，手持设备，有线网络通信设备应用广泛； MIPS：被CISCO公司大量采用在高端路由器上； PowerPC：是通信和工业控制领域应用广泛的处理器，华为中兴的设备， 中央处理器体系结构： 冯诺依曼：程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构； 哈弗结构： 分开存储； 指令集： RISC: 指令少，指令单周期执行，目标代码更大；ARM，MIPS，PowerPC CISC: 指令复杂，指令周期长，目标代码多；X86， ARM 的功耗低的原因说到头就是乱序执行能力不如X86。换句话说，就是用户在使用电脑的时候，他的操作是随机的，无法预测的，造成了指令也无法预测。X86为了增强对这种情况下的处理能力，加强了乱序指令的执行还增强了单核的多线程能力。这样做的缺点就是，无法很有效的关闭和恢复处理器子模块，因为一旦关闭，恢复起来就很慢。为了保持高性能，就不得不让大部分的模块都保持开启，并且时钟也保持高速切换。直接后果就是耗电高。而ARM的RISC指令优化强在确定次序的执行，并且依靠多核而不是单核多线程来执行

总览 计算机的发展历程 计算机系统层次结构 计算机系统的基本组成 计算机硬件的基本组成 计算机硬件和软件的关系 计算机的工作过程 计算机性能指标 吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS 计算机发展历程 硬件发展历程 电子管时代 晶体管时代 中小规模集成电路时代 超大规模集成电路时代 智能计算机 生物计算机与量子计算机 计算机硬件的更新换代 摩尔定律 半导体存储器的发展 微处理器的发展 软件的发展 计算机系统层次结构 计算机系统的基本组成：硬件和软件 计算机硬件的基本组成 存储器：主存、辅存、地址寄存器（MAR）、数据寄存器（MDR） 运算器：若干通用寄存器，如累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基质寄存器（BR）等，前三个是必须的。还有程序状态寄存器（PSW） 控制器：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU） 输入设备 输出设备 计算机软件的分类 系统软件、应用软件 机器语言、汇编语言、高级语言 计算机性能指标 吞吐量：信息流入、处理和流出系统的速率。 响应时间：从提交作业到该作业得到CPU相应所经历的时间。 主频：机器内部主时钟的频率，时钟周期的倒数。如果主频为8MHz，时钟周期为0.125us，即每秒有8M个时钟周期 CPU周期

1、编程语言的作用及与操作系统和硬件的作用？ 　 　 任何一种编程语言最终的作用是通过Windows/Linux等操作系统来控制硬件工作。 　　 应用程序发送指令给操作系统后，操作系统首先将收到的指令进行解码然后传送给过内存，内存将硬盘对应路径的数据逐步提取供CPU使用。 2、cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换？ 　 计算机的大脑就是CPU，它从内存中取指令->解码->执行，然后再取指->解码->执行下一条指令，周而复始，直至整个程序被执行完成。 　　寄存器特性读写速度快，内存小。非常重要的寄存器就是程序状态字寄存器(Program Status Word,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非常非常非常非常非常非常重要。 　　内核态：当cpu在内核态运行时，cpu可以执行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） 　　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

应用程序-》操作系统-》硬件 语言是用来沟通的介质，是用来交流的。编程语言也一样，只不过编程语言是用来跟计算机交流的，是程序员跟计算机之间交流的媒介。程序员要想让计算机工作，必须知道计算机能干什么，怎么干的，这也就是我们必须学习计算机基础的原因。 程序员用编程语言写程序，最终开发出的结果就是一个软件，而软件必须运行在操作系统上才可以。 编程语言只不过是我们给操作系统一些指令而已，但真正与计算机硬件交流的并不是我们所说的编程语言，而是操作系统在给计算机硬件交流。操作系统的出现就是运行于硬件之上，来控制硬件的，是管理计算机硬件资源，控制其他程序运行并为用户提供操作界面的系统软件的集合，操作系统也是计算机系统的关键组成部分，负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。我们也可以直接跟计算机硬件交流，但是太麻烦了，耗时耗力，严重影响了开发的效率。操作系统的出现就是运行于硬件之上，来控制硬件的，我们开发时，只需要调用操作系统为我们提供的简单而优雅的接口就可以了。 cpu-》内存-》磁盘 cpu一个大脑，计算机的大脑，强大而又飘渺。计算机的大脑就是CPU，它从内存中取指令->解码->执行，然后再取指->解码->执行下一条指令，周而复始，直至整个程序被执行完成。 内存，一个计算机的记忆，用来临时存储的。内存就是处在cpu与硬盘之间

计算机硬件有五大部分：（ 控制器、 运算器、存储器、输入设备、 输出设备 ） CPU是中央处理器，是由控制器+运算器的组成。 CPU、内存(主存储器)以及其他I/O设备都由一条系统总线（bus）连接起来并通过总线与其他设备通信 cpu是人的大脑，负责控制全身和运算 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 输入设备是耳朵或眼睛或嘴巴，负责接收外部的信息存入内存 输出设备是你的脸部(表情)或者屁股，负责经过处理后输出的结果 以上所有的设备都通过总线连接，总线相当于人的神经！ CPU 读取的数据都是从主存储器（内存）来的！ CPU： x86-64 x86 值得是cpu 的型号 64指的是CPU一次可以读取64个bit位 cpu具有向下兼容性，即64的cpu可以执行32 的程序 存储器： 内存：内存条 优点：存取速度快 缺点：断电数据丢失、容量小 外存：磁盘 优点：断电数据不会丢失，可以永久保存数据，容量大 缺点：存取速度慢 对于磁盘来说，寻找数据的总时间=平均寻道时间（5ms）+平均延迟时间（7200转磁盘，该值等于4ms） 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 存储器系统采用如上图的分层结构，顶层的存储器速度较高，容量较小

1. 初识计算机。CPU 内存，硬盘，操作系统 CPU：大脑，中央处理器，运算计算中心。 内存：临时存储数据，供cpu运算。 优点：读取速度快。 缺点：容量小，成本高，断电即消失。 硬盘：长时间存储数据，大量的数据。500G,1T,2T,大片，小视频。 优点：容量大，成本低，断电不消失。、 缺点：读取速度慢。 操作系统：调配，各个硬件的运行。 windows，linux，cenos,mac,。。。 2. python初识 python发展史以影响。 python：优美，清晰，简单。 1大区别： python2x: 源码不规范，源码混乱，重复代码较多。 python3x: 重整源码，源码规范，优美，清晰，简单。 4，Python的分类。 编译型： 将代码一次性全部编译成二级制，然后在运行。 优点：执行效率高。 缺点：开发效率慢，不能跨平台。 代表语言：C。 解释型： 代码逐行解释，解释称二进制，然后运行。 优点：开发效率高，第三方库，可以跨平台。 缺点：执行效率低。 代表语言：python. 5，Python的种类。 5.5 运行第一个python文件： python 空格 文件路径，回车。 python2x: 默认的编码方式ascii， 显示中文：首行：# -*- encoding: utf-8 -*-。 python3x: 默认的编码方式utf-8,。 python2x:

一、为什么要操作系统 现在计算机系统是一个复杂的系统，它由多个硬件资源组成，如果程序员要自己去了解这些硬件资源的工作原理然后编写代码去控制他们的话就无法在编写应用程序了，并且要把这些硬件资源都管理起来优化使用是很困难的，于是就有了操作系统，由它负责计算机硬件的管理和控制，程序员只需要调用操作系统提供的接口程序来调用操作系统去完成硬件的控制，然后由操作系统将执行结果返回给应用程序就可以了，这样极大的减轻了程序员的开发负担，大大提高了开发的效率。 二、操作系统的位置 操作系统位于计算机硬件和应用程序之间，它由内核与系统调用两部分组成，其中内核工作在内核态，位于计算机硬件和系统调用之间，系统调用工作在用户态，位于内核与应用程序之间。 三、操作系统的功能 1、操作系统提供应用程序控制计算机硬件的接口 操作系统是负责控制硬件的，而应用程序是无法直接控制计算机硬件的，当应用程序需要使用计算机的硬件资源怎么办呢？这时候就需要用到操作系统提供的这些接口程序了，应用程序可以通过调用这些接口程序来让操作系统帮助它控制相应的硬件完成工作，在把执行结果通过接口返回给应用程序 2、管理计算机硬件资源 当多个应用程序竞争使用同一个硬件资源时，操作系统则负责控制多个应用程序有序的使用硬件资源，避免无序竞争导致程序运行结果出错。 四、操作系统的发展 第一代计算机（1940-1955）：真空管和穿孔卡片 特点

一个核就代表一个独立的CPU模块 控制单元：控制器 算数、逻辑单元：运算器 来源： https://www.cnblogs.com/rijiyuelei/p/12567503.html

　　操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充，它的主要作用是管理好这些设备，提高它们的利用率和系统的吞吐率，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用，也可以理解为操作系统是一个应用软件运行的平台，也是用户使用应用软件的一个工具。 　　也可以说是 合理地组织计算机的工作流程，直接控制和管理计算机硬件和软件资源 　　操作系统的目标：方便性，有效性，可扩充性，开放性 　　 1.方便性 　　如果在计算机硬件上配置了OS，系统便可以使用编译命令将用户采用高级语言编写的程序翻译成机器代码，或者直接通过OS所提供的各种命令操作计算机系统，这样就极大地方便了用户，其中计算机系统包括硬件和软件。 　　 2.有效性 　　第一是提高系统资源的利用率，避免处理机，I/O设备经常处于空闲状态，各种资源无法得到充分的利用，第二是提高系统的吞吐率，OS可以通过合理地组织计算机的工作流程，加速程序的运行，缩短程序的运行周期，从而提高系统的吞吐量。 　　系统的吞吐量可以理解为系统运行的程序的数量。 　 　3.可扩充性 　　可以在原来的基础上很容易地修改，增加功能，以适应计算机硬件，体系结构，计算机应用发展的要求。而今年来使用的微内核结构能方便地添加新的功能和模块，以及对原有的功能和模块进行修改，具有良好的可扩充性。 　　 4.开放性 　　开放性也可以说是兼容性

计算机系统由硬件和软件组成。 操作系统（OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。 操作系统的目标： 1、有效性：（1）提高系统资源利用率。（2）提高系统的吞吐量。 2、方便性：配置OS后可使计算机系统更容易使用。(方便性和有效性是设计操作系统时最重要的两个目标) 3、可扩展性：以便于方便地增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模块。 4、开放性：为使来自不同厂家的计算机和设备能通过网络加以集成化，并能正确、有效地协同工作，实现应用的可移植性和互操作性，要求操作系统必须提供统一的开发环境，进而要求OS具有开放性。 操作系统的作用： 1、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口. 用户可以通过三种方式使用计算机：（1）命令方式。（2）系统调用方式。（3）图形、窗口方式。（当前使用最方便、最广泛的接口）。 2、OS作为计算机系统资源的管理者。 资源可归纳为四类：处理器、存储器、I/O设备和信息（数据和程序）。 3、OS实现了对计算机资源的抽象。 OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件，它们不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由它们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象。 推动操作系统发展的主要动力： 1、不断提高计算机资源的利用率。 2、方便用户。 3、器件的不断更新换代。 4、计算机体系结构的不断发展。 来源： https://www