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(tǒng)是什么?
我們直觀的可以看到的計算機系統(tǒng)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(tǒng)是由硬件和系統(tǒng)軟件組成,它們共同工作來執(zhí)行應用程序。
3、再深入一點,硬件是什么?系統(tǒng)軟件是什么?應用程序是什么?
硬件是組成計算機系統(tǒng)的基礎,大家耳熟能詳?shù)木褪荂PU、內存、硬盤、主板等。
系統(tǒng)軟件是執(zhí)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(tǒng)一的應用軟件工作的平臺。
應用程序是執(zhí)行在系統(tǒng)軟件之上的一層軟件。他們受到系統(tǒng)軟件的管理,同一時候也享受系統(tǒng)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(shù)據(jù),計算機內部能處理的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)在不同的地方表示的意義不同,怎樣差別這種數(shù)據(jù)?
計算機系統(tǒng)中全部的信息、數(shù)據(jù)——包含磁盤文件、內存中的程序、用戶的數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡上傳送的數(shù)據(jù),都是由一串比特表示,也就是0和1的位。區(qū)分不同數(shù)據(jù)對象的唯一方法是我們讀到這些數(shù)據(jù)對象時的上下文。比方,在不同的上下文中,相同的字節(jié)序列可能表示一個整數(shù)、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(zhí)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(zhí)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(zhí)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(zhí)行
硬盤上的程序被執(zhí)行時會首先由操作系統(tǒng)依照一定規(guī)則和格式讀取并載入到內存中,然后調度并交由CPU執(zhí)行,執(zhí)行一個程序的過程很復雜,它須要系統(tǒng)中不同功能的硬件、軟件一起協(xié)調工作。不管怎樣整個過程中的數(shù)據(jù)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(tǒng)是由硬件和系統(tǒng)軟件組成,它們共同協(xié)作以執(zhí)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(jù)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(zhí)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(shù)據(jù),所以系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)絡提供計算機系統(tǒng)之間通信的手段,從某個系統(tǒng)的角度來看。網(wǎng)絡就是一種I/O設備。
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總結
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