程序安裝 int word 基礎 分鐘 超線程 cmos 終端 方法

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計算機抽象模型： cpu、內存以及I/O設備都是由一條系統總線(bus)連接起來並通過總線與其他設備通訊 現在計算機的結果更復雜，包括多重總線

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CPU： CPU是計算機的大腦，它從內存中取指令->解碼->執行，然後重復該步驟，直至整個程序被執行完成。 cpu內部都有一些用來保存關鍵變量和零時數據的寄存器 寄存器分類：

1. 通用寄存器，用來保存變量和臨時結果
2. 程序計數器，它保存了將要取出的下一條指令的內存地址。在指令取出後，程序計數器就被更新以便執行後期指令
3. 堆棧指針，它指向內存中當前棧的頂端。該棧包含已經進入但是還沒有退出的每個過程中的一個框架。在一個過程的堆棧框架中保存了有關的輸入參數、局部變量以及那些沒有保存在寄存器中的臨時變量
4. 程序狀態字寄存器(Program Status Word,PSW)，這個寄存器包含了條碼位（由筆記指令設置）、CPU優先級、模式（用戶態或內核態），以及各種其他控制位。用戶通常讀入整個PSW，但是只對其中少量的字段寫入。在系統調用和I/O中，PSW非常重要

寄存器的維護： 操作系統必須知曉所有的寄存器。在時間多路復用的CPU中，操作系統經常終止正在運行的某個程序並啟動（或再次啟動）另一個程序。每次停止一個運行著的程序時，操作系統必須保存所有的寄存器，這樣在稍後該程序被再次運行時，可以把這些寄存器重新裝入 處理器手機的演變：

1. 最開始取值、解碼、執行這三個過程是同時進行的，意味著任何一個過程旺財都需要等待其余兩個過程執行完畢，浪費時間
2. 後來被設計成了流水線式設計，即執行指令n時，可以對指令n+1解碼，並且可以讀取指令n+2，完全是一套流水線

3. 超變量cpu，比流水線更加先進，有多個執行單元，可以同時負責不同的事情，比如看片的同時，聽歌，打遊戲。 兩個或更多的指令被同時取出、解碼並裝入一個保持緩沖區中，直至它們都執行完畢。只有有一個執行單元空閑，就檢查保持緩沖區是否還有可處理的指令

這種設計存在一種缺陷，即程序的指令經常不按順序執行，在多數情況下，硬件賦值保證這種運輸結果與順序執行的指令時的結果相同。 內核態與用戶態： 除了在嵌入式系統中的非常簡單的CPU之外，多數CPU都有兩種模式，即內核態與用戶態。通常，PSW中有一個二級制位控制這兩種模式。 內核態：當CPU在內核態運行時，CPU可以執行指令集中所有的指令，很明顯，所有的指令中包含了使用硬件的所有功能的部分，（操作系統在內核態下運行，從而可以訪問整個硬件） 用戶態：用戶程序在用戶態下運行，僅僅只能執行CPU整個指令集的一個子集，該子集中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情況下，在用戶態中有關I/O和內存保護（操作系統占用的內存是受保護的，不能被別的程序占用），當然，用戶態下，將PSW中的模式設置成內核態也是禁止的。 內核態與用戶態切換 用戶態下工作的軟件不能操作硬件，但是我們的軟件比如暴風影音，一定會有操作硬件的需求，比如從磁盤上讀取一個電影文件，那就必須盡力從用戶態切換到內核態的過程，為此，用戶程序必須使用系統調用（system call），系統調用陷入內核並調用操作系統，TRAP指令把用戶態切換成內核態，並啟用操作系統從而獲得服務。 請把系統調用看出一個特別的過程調用指令就可以了，該指令具有從用戶態切換到內核態的特別功能 異常處理 計算機使用TRAP來執行系統調用，多數的TRAP是由硬件引起的，用於警告有異常情況發生，如試圖I/O等操作。在搜的情況下，操作系統都得到控制權並決定如何處理異常情況，有時，由於出錯的原因，程序不得不停止。在其他的情況下可以忽略出錯，如果程序已經提前宣布它希望處理某類異常時，那麽控制權還必須返回程序，讓其處理相關的問題 多線程和多核芯片 Moore定律指出，芯片中的晶體管數量每18個月翻一倍，隨著晶體管數量的增多，更強大的功能成為了可能，如

1. 第一步增強：在CPU芯片加入更大的緩存，一級緩存L1，用和CPU相同的材質制成，CPU訪問它沒有延時
2. 第二步增強：一個CPU中處理邏輯增多，Intel公司首次提出，稱為多線程（multithreading）或超線程（hyperthreading），對用戶來說一個有兩個線程的CPU就相當於兩個cpu，我們後面要學習的進程和線程的知識就是起源於這裏，進程是資源單位而線程才是cpu的執行單位。 多線程運行CPU保兩個不同的線程狀態，可以在納秒級的時間內來回切換，熟讀快到你看到的結果是並發的，偽並行的，然而多線程不提供真正的並行處理，一個cpu同一時只能處理一個進程（一個進程中至少一個線程）
3. 第三步增強：除了多線程，還出現了包含2個或4個完整處理器的CPU芯片，如下圖。要使用這類多核心芯片肯定需要有多處理操作系統

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存儲器 存儲器系統采用如上圖的分層結構，頂層的存儲器速度較高，容量較小，與底層的存儲器相比每位的成本較高，其差別往往是十億數量級的 寄存器即L1緩存 用於CPU相同材質制造，與CPU一樣快，因而CPU訪問它無延時，典型容量是：在32位CPU中位32*32，在64位CPU中為64*64，在兩種情況下容量均<1KB. 高速緩存即L2緩存： 主要有硬件控制高速緩存的存取，內存中有高速緩存行按照0~64字節為行0，64~127為行1。。。最常用的高速緩存行放置在CPU內部或者非常接近CPU的高速緩存中。當某個程序需要讀取一個存儲字時，高速緩存硬件檢查所需要的高速緩存行是否在高速緩存中，如果是，則成為高速緩存命中，緩存滿足了請求，就不需要通過總線把訪問請求送往主存（內存），這畢竟是慢的。高速緩存的命中通常需要兩個時鐘周期。高速緩存未命中，就必須訪問內存，這需要付出大量的時間代價，由於高速緩存價格昂貴，所以其大小有限，有些機器具有兩級甚至三級高速緩存，每一級高速緩存比前一級慢但容量大。 主存（內存）： 再往下一層是主存，此乃存儲器系統的助理，主存通常稱為隨機訪問存儲RAM，就是我們通常所說的內存，容量一直在不斷攀升，所有不能再高速緩存中找到的，都會到主存中找，主存是易失性存儲，斷點後數據全部消失。 非易失性隨機訪問存儲ROM（Read Only Memory，ROM） 在電源切斷之後，非易失性存儲的內容並不會求生，ROM只讀存儲器在工廠中就被編程完畢，然後再也不能修改。ROM速度快切便宜，在有些計算機中，用於啟動計算機的引導加載模塊局存在ROM中，另一些I/O卡也采用ROM處理底層設備的控制 EEPROM（Electrically Erasable PROM， 電可擦除可編程ROM）和 閃存（flash memory）也是非易失性的，但是與ROM相反，他們可以擦除和重寫。不過重寫花費的時間比寫入RAM要多。在編寫式電子設備中，閃存通常作為擦除媒介。閃存是數碼相機中的膠卷，是便攜式音譯播放器的磁盤，還應用於固態硬盤。閃存在速度上介於RAM和磁盤之間，但與磁盤不同的是，閃存擦除的次數過多，就被磨損了。 還有一類存儲就是 CMOS，他是易失性的，許多計算機利用CMOS存儲器來保持當前世界和日期。CMOS存儲器和遞增時間的電路有一小塊電池驅動，所以即使計算機沒有加電，時間也仍然可以正確的更新，除此之外CMOS還可以保存配置的參數，比如，哪一個是啟動磁盤等，之所以采用CMOS是應為它耗電量非常少，一塊工廠原裝電池往往能使用若幹年，但是電池失效時，相關配置和時間等都將丟失

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磁盤 磁盤低速的原因是因為它一種機械裝置，在磁盤中有一個或多個金屬盤片，它們以5400，7200或10800rpm（RPM =revolutions per minute 每分鐘多少轉 ）的速度旋轉。從邊緣開始有一個機械臂懸在盤面上，這類似於老式黑膠唱片機上的拾音臂。信息卸載磁盤上的一些列的同心圓上，是一連串的2進制位（稱為bit位），為了統計方法，8個bit稱為一個字節bytes，1024bytes=1k，1024k=1M，1024M=1G,所以我們平時所說的磁盤容量最終指的就是磁盤能寫多少個2進制位。 每個磁頭可以讀取一段換新區域，稱為磁道 把一個戈丁手臂位置上所以的磁道合起來，組成一個柱面 每個磁道劃成若幹扇區，扇區典型的值是512字節 數據都存放於一段一段的扇區，即磁道這個圓圈的一小段圓圈，從磁盤讀取一段數據需要經歷尋道時間和延遲時間 平均尋道時間 機械手臂從一個柱面隨機移動到相鄰的柱面的時間為尋道時間，找到了磁道就以為找到了數據鎖定在哪個圈圈，但是還不走到數據具體這個圓圈的具體位置 平均延遲時間 機械臂叨叨正確的磁道之後還必須等待旋轉到數據所在的扇區下，這段時間為延遲時間 虛擬內存 許多計算機支持虛擬內存機制，該機制使計算機可以運行大於物理內存的程序，方法是將正在使用的程序放入內存去執行，而暫時不需要執行的程序放到磁盤的某塊地方，這塊地方為虛擬內存，在linux中為swap，這種機制的核心在於快速地映射內存地址，由CPU中的一個部件負責，陳偉存儲器管理單元（Memory Management Unit MMU） PS:從一個程序切換到另外一個程序，稱為上下文切換（context switch），緩存和MMU的出現提升了系統的姓名，尤其是上下文切換

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IO設備 CPU和存儲器並不是操作系統唯一需要管理的資源，I/O設備也是非常重要的一環。 I/O設備一般包括兩個部分：設備控制器和設備本身。 控制器：是查找主板上的一塊芯片或一組芯片，控制器負責控制連接的設備，它從操作系統接收命令，比如讀硬盤數據，然後就對硬盤設備發起讀請求來讀取內存 控制器的功能：通常情況下對設備的控制是非常復雜和具體的，控制器的任務就是為操作系統屏蔽這些復雜而具體的工作，提供給操作系統一個簡單而清晰的接口 設備本身：有相對簡單的接口切標準的，這樣大家都可以為其編寫驅動程序了。要想調用設備，必須根據該接口編寫復雜而具體的程序，於是有了控制器提供設備驅動接口給操作系統。必須把設備驅動程序安裝到操作系統中

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總線 北橋即PCI橋：連接高速設備 南橋即ISA橋：連接慢速設備

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啟動計算機流程

1. 1. 計算機加電
   2. BIOS開始運行，檢測硬件：CPU、內存、硬盤等
   3. BIOS讀取CMOS存儲中的參數，選擇啟動設備
   4. 從啟動設備上讀取第一個扇區的內容（MBR主引導記錄512字節，前446為引導信息，後64為分區信息，最後兩個為標誌位）
   5. 根據分區信息讀入BootLoader啟動裝載模塊，啟動操作系統
   6. 然後操作系統詢問BIOS，以獲取配置信息。對於每種設備，系統會檢測其設備驅動程序是否存在，如果沒有，系統則會要求用戶安裝設備驅動程序。一旦有了全部的設備驅動程序，操作系統就將它們調入內核。然後初始化有=關的表格（如進程表），創建需要的進程，並在每個終端上啟動登錄程序或GUI

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01 基礎知識-計算機硬件