深入理解计算机系统之旅(一)计算机系统漫游
1、計算機系統是什么?
我們直觀的可以看到的計算機系統就是一臺電腦。包含主機、顯示器、鍵盤鼠標,然后顯示器上會顯示不同界面,用鼠標點擊,鍵盤輸入界面就會對應操作。
2、深入一點,他們是怎樣工作的?
計算機系統是由硬件和系統軟件組成,它們共同工作來執行應用程序。
3、再深入一點,硬件是什么?系統軟件是什么?應用程序是什么?
硬件是組成計算機系統的基礎,大家耳熟能詳的就是CPU、內存、硬盤、主板等。
系統軟件是執行在硬件之上的一層控制軟件。就是我們常常聽到的Windows XP、WIN7、Linux,它們的目的就是管理好各個硬件,屏蔽硬件的差異性,提供一個統一的應用軟件工作的平臺。
應用程序是執行在系統軟件之上的一層軟件。他們受到系統軟件的管理,同一時候也享受系統軟件提供的各種資源和功能接口,就是我們常常常使用的QQ、迅雷等等。
4、進入正題,計算機工作時的原理,它一直在做著什么樣的處理工作?
計算機工作時一直在處理的是數據,計算機內部能處理的數據僅僅有兩種形式。0和1,這是組成計算機硬件的半導體的電氣特性。怎樣讓0和1能過表示現實世界的各種信息?那么就須要對他們進行組合和編碼。
CPU的指令是由一組組的0和1編碼構成。
我們在顯示器上看到的各種字符和文字也是由0和1的組合編碼而成,終于通過一定的方式在顯示器上模擬出字符和文字的形狀顯示出來。
相同的0和1組成的位數據在不同的地方表示的意義不同,怎樣差別這種數據?
計算機系統中全部的信息、數據——包含磁盤文件、內存中的程序、用戶的數據以及網絡上傳送的數據,都是由一串比特表示,也就是0和1的位。區分不同數據對象的唯一方法是我們讀到這些數據對象時的上下文。比方,在不同的上下文中,相同的字節序列可能表示一個整數、字符串或者機器指令。
5、程序在不同階段的表示——由人類易懂的高級語言到機器易懂的低級指令
高級語言(比方C語言)編寫的程序源代碼可以被人讀懂。可是計算機卻不懂,為了能讓計算機可以知道怎樣執行程序,就須要把每條C語言程序語句都轉化為一系列的低級機器語言指令,然后這些指令依照一種可執行目標程序的格式打包并以文件的形式存儲在硬盤上。6、執行程序——存放在存儲器中的機器可以懂的低級指令被讀取、解釋、執行
硬盤上的程序被執行時會首先由操作系統依照一定規則和格式讀取并載入到內存中,然后調度并交由CPU執行,執行一個程序的過程很復雜,它須要系統中不同功能的硬件、軟件一起協調工作。不管怎樣整個過程中的數據信息流遵循輸入——》輸入出的原則,被各個器件處理然后流轉。
7、漫游結束
計算機系統是由硬件和系統軟件組成,它們共同協作以執行應用程序。計算機內部的信息被表示為一組組的0和1二進制位。它們根據不同的上下文有不同的解釋方式。
程序被其它程序編譯成不同的形式,開始時是源代碼文本,然后被編譯器和連接器翻譯成二進制可執行文件。
處理器讀取并解釋存放在主存里的二進制指令。由于計算機花費了大量的時間在存儲器、I/O設備和CPU寄存器之間拷貝數據,所以系統中的存儲設備就被按層次排列,CPU寄存器在頂部。接著是多層的硬件快速緩存存儲器,DRAM主存儲器,DRAM主存儲器和磁盤存儲器。在層次模型中位于更高層的存儲設備比低層的存儲設備要快,可是單位存儲價格也更高。
操作系統內核是應用程序和硬件之間的媒介。它提供三個主要的抽象概念,文件是對I/O設備的抽象概念。虛擬存儲器是對主存和硬盤的抽象概念,進程是處理器、主存和I/O設備的抽象概念。
最后網絡提供計算機系統之間通信的手段,從某個系統的角度來看。網絡就是一種I/O設備。
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總結
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