python零基础学习之路01计算机硬件

　　一套完整的计算机系统分为&＃xff1a;计算机硬件&＃xff0c;操作系统&＃xff0c;应用软件&＃xff0c;如下图。因而我们的python编程之路分为计算机硬件基础&＃xff0c;操作系统基础&＃xff0c;和python编程三部分&＃xff0c;而我们便是最先从计算机硬件开始学习的。

一 计算机硬件介绍

　　计算机硬件有五大部分&＃xff1a;

　　　　1、控制器&＃xff1a;计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器&＃xff0c;从存储器中取出指令&＃xff0c;经译码器分析后&＃xff0c;根　　　　　　　　　　据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件&＃xff0c;使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。

　　　　2、运算器:实现算术运算和逻辑运算的部件。

　　　　3、存储器&＃xff1a;是计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。他的基本功能是按指定的地址存入或者取出信息。计算机中的存储器分为两大类&＃xff1a;一类是内存储器&＃xff0c;简称内存或主存&＃xff1b;另一类是外存储器&＃xff08;辅助存储器&＃xff09;&＃xff0c;简称外存或辅存。存储器由若干个存储单元组成&＃xff0c;每个存储单元都有一个地址&＃xff0c;计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数称为存储容量&＃xff0c;单位有B、KB、MD、GB、TB等。

　　　　4、输入设备&＃xff1a;是向计算机中输入信息&＃xff08;程序、数据、声音、文字、图形、图像等&＃xff09;的设备。常见的输入设备有&＃xff1a;键盘、鼠标、图形扫描仪、触摸屏、条形码输入器、光笔等。 外存储器也是一种输入设备。

　　　　5、输出设备&＃xff1a;主要有显示器、打印机和绘图仪等。外存储器也当作一种输出设备。

　　总结来说&＃xff1a;控制器&＃43;运算器&＃61;CPU&＃xff0c;CPU是人的大脑&＃xff0c;负责控制全身和运算&＃xff1b;内存是人的记忆&＃xff0c;负责临时存储&＃xff1b;硬盘是人的笔记本&＃xff0c;负责永久存储&＃xff1b;输入设备是耳朵或眼睛或嘴巴&＃xff0c;负责接收外部信息存入内存&＃xff0c;输出设备是你整个身体的肢体动作&＃xff0c;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&＃xff0c;总线相当于人的神经。

二 中央处理器　　

　　1、将运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit&＃xff0c;CPU)。其中运算器用来主要负责程序运算与逻辑判断&＃xff0c;控制器则主要协调各组件和各单元的工作&＃xff0c;所以CPU的工作主要在于管理和运算。可以说计算机的大脑就是CPU&＃xff0c;它从内存中取指令->解码->执行&＃xff0c;然后再取指->解码->执行下一条指令&＃xff0c;周而复始&＃xff0c;直至整个程序被执行完成。既然CPU的重点在于进行运算和判断&＃xff0c;那么要被运算与判断的数据是从哪里来的&＃xff1f;CPU读取的数据都是从主存储器&＃xff08;内存&＃xff09;来的&＃xff01;主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来&＃xff01;而CPU处理完毕的数据也必须先写回主存储器中&＃xff0c;最后数据才从主存储器传输到输出单元。

　　2、内核态与用户态

　　　　内核态&＃xff1a;当cpu在内核态运行时&＃xff0c;cpu可以执行指令集中所有的指令&＃xff0c;很明显&＃xff0c;所有的指令中包含了使用硬件的所有功能&＃xff0c;&＃xff08;操作系统在内核态下运行&＃xff0c;从而可以访问整个硬件&＃xff09;

　　　　用户态&＃xff1a;用户程序在用户态下运行&＃xff0c;仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集&＃xff0c;该子集中不包含操作硬件功能的部分&＃xff0c;因此&＃xff0c;一般情况下&＃xff0c;在用户态中有关I/O和内存保护&＃xff08;操作系统占用的内存是受保护的&＃xff0c;不能被别的程序占用&＃xff09;&＃xff0c;当然&＃xff0c;在用户态下&＃xff0c;将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。

三 存储器

　　寄存器即L1缓存&＃xff1a;用与cpu相同材质制造&＃xff0c;与cpu一样快&＃xff0c;因而cpu访问它无时延&＃xff0c;典型容量是&＃xff1a;在32位cpu中为32*32&＃xff0c;在64位cpu中为64*64&＃xff0c;在两种情况下容量均<1KB。

　　高速缓存即L2缓存&＃xff1a;主要由硬件控制高速缓存的存取&＃xff0c;内存中有高速缓存行按照0~64字节为行0&＃xff0c;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&＃xff08;RAM)称为随机访问存储RAM&＃xff1a;是我们通常所说的内存&＃xff0c;容量一直在不断攀升&＃xff0c;所有不能再高速缓存中找到的&＃xff0c;都会到主存中找&＃xff0c;主存是易失性存储&＃xff0c;断电后数据全部消失。

　　非易失性随机访问存储&＃xff08;ROM)&＃xff1a;在电源切断之后&＃xff0c;非易失性存储的内容并不会丢失&＃xff0c;ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕&＃xff0c;然后再也不能修改。

　　EEPROM&＃xff08;Electrically Erasable PROM&＃xff0c;电可擦除可编程ROM&＃xff09;和闪存&＃xff08;flash memory&＃xff09;也是非易失性的。

　　CMOS&＃xff1a;是易失性的&＃xff0c;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&＃xff0c;所以&＃xff0c;即使计算机没有加电&＃xff0c;时间也仍然可以正确地更新&＃xff0c;除此之外CMOS还可以保存配置的参数&＃xff0c;比如&＃xff0c;哪一个是启动磁盘等&＃xff0c;之所以采用CMOS是因为它耗电非常少&＃xff0c;一块工厂原装电池往往能使用若干年&＃xff0c;但是当电池失效时&＃xff0c;相关的配置和时间等都将丢失。

四 磁盘&＃xff1a;数据都存放于一段一段的扇区&＃xff0c;即磁道这个圆圈的一小段圆圈&＃xff0c;从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间。

　　&＃xff08;虚拟内存&＃xff1a;许多计算机支持虚拟内存机制&＃xff0c;该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序&＃xff0c;方法是将正在使用的程序放入内存取执行&＃xff0c;而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方&＃xff0c;这块地方成为虚拟内存&＃xff0c;在linux中成为swap&＃xff0c;这种机制的核心在于快速地映射内存地址&＃xff0c;由cpu中的一个部件负责&＃xff0c;成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

五 启动计算机　

1.计算机加电

2.BIOS开始运行&＃xff0c;检测硬件&＃xff1a;cpu、内存、硬盘等

3.BIOS读取CMOS存储器中的参数&＃xff0c;选择启动设备

4.从启动设备上读取第一个扇区的内容&＃xff08;MBR主引导记录512字节&＃xff0c;前446为引导信息&＃xff0c;后64为分区信息&＃xff0c;最后两个为标志位&＃xff09;

5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块&＃xff0c;启动操作系统

6.然后操作系统询问BIOS&＃xff0c;以获得配置信息。对于每种设备&＃xff0c;系统会检查其设备驱动程序是否存在&＃xff0c;如果没有&＃xff0c;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&＃xff0c;操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格&＃xff08;如进程表&＃xff09;&＃xff0c;穿件需要的进程&＃xff0c;并在每个终端上启动登录程序或GUI