Linux学习笔记——计算机基础

发布于 2021-2-2 09:26
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Part0–计算机基础
 
一.计算机相关概念


1.计算机与计算机系统:

 

计算机是可以存储、检索和处理数据的可编程的电子设备。
计算机系统分为硬件和软件,硬件和软件的结合使计算机能实现输入、处理、输出、存储等基本功能。


2.数据表示

 

位(Bit,Binary Digit):计算机所能识别的最小信息单元),中文名也为比特。
字节(Byte):1字节 = 8比特。
ASCII码(American Standard Code for Information Interchange):是一种用一个字节(8位)表示字符的编码方案,因为用计算机处理数据时,必须把字母、数字、符号等数据表示称计算机能理解的格式。
字(Word):…


3.磁盘组织

 

计算机使用的信息存储在文件中。
文件通常存储在硬盘上,将硬盘分成更小的单元(目录)和子单元(子目录),并命名,也可以存储在其它存储媒介,如U盘、移动硬盘等。
计算机工作的文件存储在内存中。
 
二.计算机硬件


1.定义:

 

第一种定义:输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器
第二种定义:输入设备、输出设备、处理器单元、内部存储器、外部存储器。


2.各部分作用:

 

输入设备:用于向计算机输入指令或数据,例如键盘、扫描仪、鼠标等。
输出设备:用于接收计算机数据的输出,例如显示器、绘图仪等。
处理器单元(CPU):控制计算机的行为。

 

【包含三个基本组成部分】:

 

(1)算术和逻辑算数单元(ALU):执行算术运算和逻辑运算。
(2)寄存器:在CPU中存储指令和数据。
(3)控制单元(CU):主要职责是从内存中存取指令和数据,并负责控制ALU。
内部存储器(简称内存):保存当前程序的指令、处理的数据、执行程序指令时产生的中间结果。(注:内存只保存程序执行期间的临时数据)


【从使用功能上分类】:


(1)随机存储器(RAM):是主要存放数据的地方,又称为“主存”或“内存条”,是计算机的工作存储器。计算机工作时,程序和数据临时存放在RAM中,RAM中的数据可以修改和删除。
(2)只读存储器(ROM):永久保存计算机生产厂家放置在系统中的程序和数据。CPU只能从ROM中读取指令,不能更改、删除或覆盖。
外部存储器(简称外存):是内存的扩展,但不能取代内存。


【相关知识】:


(1)内存比较昂贵,对计算机而言属于稀缺资源,而外部存储器价格相对便宜。
(2)主存的内容易失,所有有必要将程序和数据保存在其它介质上,这也就是外部存储器存在的一大意义。
(3)内存存储当前正在执行的程序和正在处理的数据,而外部存储器长期存储程序和数据。

 

【关于内部存储器与外部存储器的关系图】:Linux学习笔记——计算机基础-开源基础软件社区

三、计算机软件


1.概念

 

计算机软件通常指计算机程序。
程序:是由计算机编程语言写成,用于控制计算机系统行为的指令集合。
软件分类:系统软件、应用软件。
【系统软件】
(1)系统软件是控制计算机内部功能的程序集合。
(2)系统软件中最重要的是操作系统,操作系统是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件,任何其它软件都必须在操作系统的支持下才能运行。
(3)其它系统软件包括DBMS等。
【应用软件】
(1)设计和编写应用软件的目的是在于个人、商业和科学环境中解决实际问题或者提供自动和有效的服务。
(2)例如:办公软件、多媒体软件、财务软件、游戏软件等。
(3)用户可以购买各种现成的程序,也可以采用某种计算机语言自己编写程序。

 

附、OS


1.OS的作用

 

OS是系统控制者,它控制计算机所有软件和硬件。
OS是资源管理者,它控制着计算机的资源(内存、CPU时间片、外围设备等)。
OS是用户接口,提供用户操作计算机的界面。每个OS都有一个控制计算机操作的命令集,即用户接口(UI),用户接口是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介。


【用户接口】
(1)命令驱动式用户接口;
(2)菜单驱动式用户接口;
(3)图形用户接口。


2.OS的分层结构:

 

由外到内,自顶向下:用户->命令层->服务层->内核->硬件。

 

3.操作系统:

 

命令层:
(1)是OS中唯一直接与用户打交道的一层;
(2)也成为Shell(最外层),提供用户接口界面,对OS支持的特定命令集进行响应。

 

服务层:接收来自应用程序或命令层的服务请求,将它们转换成传送给内核的详细指令。如果有处理结果,它将被送回到请求服务的程序。

 

【由一组程序组成,提供如下服务】:


(1)访问I/O设备,如数据从应用程序传送到打印机;
(2)访问存储设备,如数据从硬盘传送到应用程序。
内核:
(1)操作系统的最内层,是唯一直接与硬件打交道的一层。
(2)只要改变内核就可以使同一OS在不同的硬件环境下运行。


4.操作系统环境:

 

单任务:OS一次执行一个进程。
多任务:OS一次执行一个用户的多个程序。前台在执行程序时,后台可以同时执行多个程序。
多用户:多个用户(终端)可以使用一台主机。
 
四、指令的处理过程


执行指令的过程可分为两个阶段:取指令周期和执行周期。(注:以下的简称,算术和逻辑运算单元(ALU),控制单元(CU))

 

1.取指令周期:

 

第一步:CU将指令从内存读到CPU的寄存器;
第二步:CU增加指令指针寄存器的值,以指向内存中下一条指令的位置;
第三步:CU给ALU发信号,通知ALU执行该指令。


2.执行周期:

 

第一步:ALU访问指令寄存器中的指令操作码,以确定要执行的功能并得到指令的输入数据;
第二步:ALU执行指令;
第三步:指令执行结果存储在寄存器中,或交由控制单元写入内存单元。

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已于2021-2-2 09:26:44修改
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