1. Python是一款編程語言，用於程序員與計算機的溝通，即程序員可以通過編程讓計算機實現某些特定功能。

用程序語言開發程序，最終開發出的是一個軟件，目前我們使用的軟件均是需要運行在操作系統之上的，我了解到之前也有過在沒有操作系統的環境下實現編程，但是太過復雜，難以滿足現在應用軟件的需求。操作系統是運行於硬件之上，來控制硬件的。

2.應用程序-》操作系統-》硬件 （計算機 = 硬件 + 操作系統 + 應用程序）

計算機硬件包含：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備，例如常見的計算機系統一般是由一個或多個處理器、主存、磁盤、打印機、鍵盤、鼠標、顯示器、網絡接口以及機箱、音響等各種輸入/輸出設備組成。

操作系統：主要負責管理計算機硬件資源，控制其他程序運行並為用戶提供交互操作界面的系統軟件的集合。是一種運行在內核態的軟件。

軟件（應用程序）：指使用各種不同的編程語言（C、C++、JAVA、Ruby、Python等等）、通過各種開發工具並基於各種操作系統開發的——軟件。例如Word、QQ。

CPU、內存以及I/O設備都由一條系統總線（bus）連接起來並通過總線與其他設備通信。

3.cpu-》內存-》磁盤（三者讀取數據速度的比較：cpu>內存>磁盤）

cpu是人的大腦，負責運算（CPU是核心，計算機的大腦就是CPU，它從內存中取指令->解碼->執行，然後再取指->解碼->執行下一條指令，周而復始，直至整個程序被執行完成。每個cpu都有一套可執行的專門指令集，任何軟件的執行最終都要轉化成cpu的指令去執行。

內存是人的記憶，負責臨時存儲（內存：1. 負責硬盤等硬件上的數據與CPU之間數據交換處理；2. 緩存系統中的臨時數據。3. 斷電後數據丟失）

硬盤是人的筆記本，負責永久存儲（硬盤：存儲資料和軟件等數據的設備，有容量大，斷電數據不丟失的特點。）

4.cpu與寄存器，內核態與用戶態及如何切換

由於訪問內存和CPU執行指令存在時間差，為了更高效，出現了寄存器，所有CPU內部都有一些用來保存關鍵變量和臨時數據的寄存器。

寄存器種類：通用寄存器、程序計數器、堆棧指針、程序狀態字寄存器(PSW)

程序狀態字寄存器(PSW)：這個寄存器包含了條碼位(由比較指令設置)、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非常非常非常非常非常非常重要

內核態與用戶態切換　　

　　當進程在執行用戶自己的代碼時，我們稱其處於用戶態。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，比如從磁盤上讀一個電影文件，那就必須經歷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，當一個進程執行系統調用而陷入內核代碼中執行時，我們就稱進程處於內核態。

5.存儲器系列，L1緩存，L2緩存，內存（RAM），EEPROM和閃存，CMOS與BIOS電池

L1緩存：在cpu芯片中加入更大的緩存，一級緩存L1，用和cpu相同的材質制成，cpu訪問它沒有時延

L2緩存：當某個程序需要讀一個存儲字時，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，則稱為高速緩存命中，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。高速緩存為了命中，就必須訪問內存，這需要付出大量的時間代價。高速緩存價格昂貴，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是容易大。L1與L2的差別在於對cpu對L1的訪問無時間延遲，而對L2的訪問則有1-2個時鐘周期（即1-2ns）的延遲。

內存（RAM）：（隨機存取存儲器）主存是易失性存儲，斷電後數據全部消失

EEPROM：在電源切斷之後，非易失性存儲的內容並不會丟失。ROM只讀存儲器在工廠中就被編程完畢，然後再也不能修改，EEPROM與ROM區別就是可以擦除和重寫

閃存：非易失性。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。

CMOS：易失性。許多計算機利用CMOS存儲器來保持當前時間和日期。CMOS存儲器和遞增時間的電路由一小塊電池驅動，所以，即使計算機沒有加電，時間也仍然可以正確地更新，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是因為它耗電非常少，一塊工廠原裝電池往往能使用若幹年，但是當電池失效時，相關的配置和時間等都將丟失

BIOS電池：主板電池，主要用於記錄計算機系統的時間，也就是維持系統時鐘的準確性。電量不夠時，時間會回到出廠日期，還有記錄啟動時要用的硬件信息，也就是維持CMOS的BIOS信息。

6.磁盤結構，平均尋道時間，平均延遲時間，虛擬內存與MMU

磁盤結構：由磁頭、磁道、扇區、柱面組成、

磁道：每個磁頭可以讀取一段換新區域，稱為磁道

扇區：每個磁道劃成若幹扇區，扇區是磁盤級別的最小讀寫單位：512Bytes，操作系統級別的最小讀寫單位是：1 block=8*512Bytes

柱面：把一個戈丁手臂位置上所以的磁道合起來，組成一個柱面

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稱為尋道時間，找到了磁道就意味著找到了數據所在的那個圓圈，但是還不知道數據在這個圓圈的具體位置

平均延遲時間：機械臂到達正確的磁道之後還必須等待旋轉到數據所在的扇區下，這段時間稱為延遲時間

虛擬內存：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取執行，而暫時不需要執行的程序放到磁盤的某塊地方，這塊地方稱為虛擬內存，在linux中稱為swap

MMU：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，稱為存儲器管理單元(MMU)

7.磁帶

在價錢相同的情況下比硬盤擁有更高的存儲容量，雖然速度低於磁盤，但是因其大容量，在地震水災火災時可移動性強等特性，常被用來做備份。（常見於大型數據庫系統中）

8.設備驅動與控制器

控制器：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出內容。提供給操作系統一個簡單而清晰的接口

設備驅動器：要想調用設備，必須根據該接口編寫復雜而具體的程序，必須把設備驅動程序安裝到操作系統中。

9.總線與南橋和北橋

總線：數據總線：用於傳送數據信息。/地址總線：是專門用來傳送地址的。/控制總線：用來傳送控制信號和時序信號。這裏是按照功能分類，還可以按照層次和傳輸方式分類。

北橋即PCI橋：連接高速設備 例如：CPU、主存儲器

南橋即ISA橋：連接慢速設備 例如：磁盤

10.操作系統的啟動流程

在計算機的主板上有一個基本的輸入輸出程序（Basic Input Output system)

BIOS就相當於一個小的操作系統，它有底層的I/O軟件，包括讀鍵盤，寫屏幕，進行磁盤I/O,該程序存放於一非易失性閃存RAM中。

啟動計算機過程：

10.1.計算機加電

10.2.BIOS開始運行，檢測硬件：cpu、內存、硬盤等

10.3.BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啟動設備

10.4.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）

10.5.根據分區信息讀入bootloader啟動裝載模塊，啟動操作系統

10.6.然後操作系統詢問BIOS，以獲得配置信息。對於每種設備，系統會檢查其設備驅動程序是否存在，如果沒有，系統則會要求用戶按照設備驅動程序。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。然後初始有關的表格（如進程表），穿件（？）需要的進程，並在每個終端上啟動登錄程序或GUI

11.應用程序的啟動流程

當我們在電腦上打開QQ時（右鍵-打開 或者雙擊QQ圖標），其實是通過鼠標（輸入設備）向CPU發送了一條命令，CPU接收到這條命令後，QQ程序就從硬盤裏被加載到內存（加載時不通過處理器，直接從硬盤加載程序到內存裏），加載完成後，CPU就開始執行QQ程序。程序執行起來後，CPU可以讓QQ程序顯示在我們的在顯示器上。也就是你看到了QQ 程序運行起來了。如果這個時候，你用QQ截取了一張屏幕的圖片，那麽這張圖片會首先保存到內存，在沒有退出截屏狀態時，你可以在這張圖片上寫字、畫線條，等你右鍵保存這張圖片的時候，這張圖片就會保存到硬盤裏。

其他：

*對用戶來說一個有兩個線程的cpu就相當於兩個cpu，進程是資源單位而線程才是cpu的執行單位。

*“進程是擁有資源的最小單位，線程是CPU調度的最小單位。”

由於進程擁有著計算機的資源，因而其內部線程可以方便的訪問其內部的各種資源。

一個cpu同一時刻只能處理一個進程（一個進程中至少一個線程）

總結：

只是可以理解，但是還沒有轉化為自己可以描述出來的知識。

有些圖片沒有放上去，添加圖片可以更直觀。

僅限於理解課堂知識，沒有很好的發散思維。

python 學習day1--計算機組成原理