一、計算機5大組成
運算器：運算
控制器：控制運算器到哪取資料
儲存器（記憶體）：儲存資料。編址儲存裝置：平面編址
輸入裝置
輸出裝置
簡單來說：運算器從儲存器取資料，進行運算，然後將結果放到儲存器中
CPU的核心元件：運算器、控制器、暫存器。
有暫存器的原因：比如在加法計算中，是按位運算的，所以若32位就需要32根線，若還有被加數，則線的數目越多，此時就想一根線可以做多種工作，所以就有了線路複用。用控制位來作為是加數還是被加數，此時就有一個問題，它必須得有記憶，否則加數傳到運算器後，再傳被加數，原有的就沒有了，所以就有了暫存器，來暫存資料。

• 加電自檢（Power-OnSelf-Test）：
  是計算機BIOS的一個功能，在引導後會執行，針對計算機硬體如CPU 、主機板、儲存器等進行檢查，結果會顯示在韌體可以控制的輸出介面，像顯示屏、LED、印表機等裝置上。
• **輪詢Poll：**CPU定時發出詢問，依序詢問每一個周邊裝置是否需要其服務，有即服務，服務結束後再詢問下一個周邊，接著不斷周而復始。（比如：每隔1ms就詢問一次鍵盤，是否有按下）。這種方式不會錯過任何事件，但是若使用者開機後一直沒有按鍵盤，則會浪費資源。
• 中斷（interrupt）：是計算機執行過程中，出現某些意外情況需要主機干預時，機器能自動停止正在執行的程式並轉入處理新情況的程式，處理完畢後又返回原被暫停的程式繼續執行。（比如：當用戶敲擊鍵盤時的電訊號，會發到CPU，由此引發中斷）外圍裝置就是通過中斷與CPU進行互動的。
• 如何知道中斷是誰引起的？
  需要控制晶片，叫可程式設計中斷控制器，有多個針腳。它一頭與CPU相連，一頭與裝置相連，從而知道是誰引起的中斷，進而處理。
• 北橋：用來處理高速訊號，通常處理CPU 、RAM、AGP埠或PCI Express和南橋晶片之間的通訊。
• 南橋：其資料處理量不算大（比如使用者敲擊鍵盤），通過一定的方式與北橋相連。
• 一級快取、二級快取出現的原因： CPU處理速度快，向儲存器請求資料，但是儲存器輸出資料比較慢，根據短板原理，進行折中，CPU的速度匹配上儲存器速度，導致CPU的效率不能完全發揮。此時，可以利用快取，速度快，但是快取是非常昂貴的，所以儲存量很小。若想快取有用，就基於一種原理：程式區域性性原理。
• 程式區域性性原理：時間區域性性：剛剛訪問的資料還可能訪問。空間區域性性：訪問資料附近的資料很可能訪問。則可以先放入快取中。
• 程式移植性：在一種計算機上的軟體轉置到其他計算機上的能力。
  機器語言：與計算機硬體直接工作的語言，二進位制。組合語言—>編譯器
  高階語言：—>組合語言—>機器語言。
  不同公司的硬體很可能不同，若想讓高階語言在不同平臺上執行，就需要在高階語言與硬體間有個介面（API），只要符合這個介面，就可以與不同的硬體打交道。不同硬體：用匯編寫成的不同的能實現相同功能的程式。
  API:application program interface 應用程式設計介面

• **硬體架構：**CPU晶片的不同系列。比如ARM（產品：安卓、ios）、x86、

• ①早期，先編寫好程式，然後轉換為二進位制程式碼，進行計算，此時的問題是運算很快，輸入輸出很慢；
  ②後來，出現磁帶，將編的程式放到磁帶上，出現的問題是磁帶是順序儲存，此時其中一臺計算機寫程式放入磁帶、另一臺計算機進行計算，此時叫做離線批處理系統。（計算機一次完整的處理過程叫做作業job，早期是單作業，一個磁帶只能處理一個作業，後來，為了快速處理多個作業，減少磁帶拆卸次數，出現批處理將多個作業，用分隔符將不同的作業區分開。）此時，每次執行還是單作業，因為記憶體只有一個，記憶體被一個作業全部佔有，因為CPU處理速度很快，當處理完一個作業後，就得等待慢速的io將作業傳入CPU，CPU效能浪費；
  ③多工系統：作業完成需要CPU 、Memory。此時引入程序。將CPU分片，每個任務執行一段時間。記憶體引入分段，，每次執行一段。不同主機的記憶體是不同的，比如512M、4G記憶體，此時引入虛擬地址空間（並不等於虛擬記憶體）。此時，就有一個問題，誰控制程序執行分片時間，而不是讓他一直執行呢？就是作業系統，作業系統負責程序的排程。
  比如32位：最多使用4G實體記憶體，因為2^32 ，這是由於匯流排寬度決定的。
  所以作業系統，不完成具體的工作，是協調各種裝置執行的通用軟體。

• 有了作業系統後，所有程式呼叫底層硬體，都要經過作業系統，系統呼叫system call。將底層呼叫做成更高階的，叫做庫。比如用c語言開發系統，需要用到求平方根的函式，此時直接用現成的函式（方法在庫中）直接呼叫即可，沒必要自己寫如何求平方根，使開發更簡單。
  庫的好處：能夠重複使用，避免了相同功能多次重寫的麻煩。庫不能直接執行，只能被呼叫（理解：就是上述的求平方根函式，自己不能執行，程式呼叫才能執行）。所以，還有個庫呼叫（Libraray call）
  存在兩種呼叫：system call 和library call

• 所以現在的結構就是軟體–>庫—>作業系統（Kernel）—>硬體。比如word，為什麼雙擊就能開啟，程式執行還需要個shell（外殼），即人機互動介面。
  作業系統包含許多功能等，可以用Kernel比較好。Kernel（作業系統核心）：負責管理硬體資源，將硬體資源虛擬成其他樣子，提供給上層執行的應用程式。

• 所以現在能解決：在Linux上的能執行的程式，在Windows上可以執行嗎？
  若庫呼叫和系統呼叫相同，則能夠執行，否則不能執行。

• 在操作啟動後，軟體程式不一定執行，只是具備了執行條件。在作業系統啟動後，就啟動的程式，叫做服務。比如作業系統為了完整的執行能力等方面，稱為後臺服務。還有就是根據使用者自定義，來自動啟動。比如，使用者在word中，按了鍵盤中Ctrl+C，根據之前知識，是先給CPU（它並不知道此敲擊是什麼意思）、然後交給kernel（CPU通知核心進行處理），kernel是作業系統的核心，作業系統負責程式的排程等，它知道是哪個程序。

• 儲存器：BIOS、kernel space、其他程式共享部分。此時有個問題–碎片。

• shell：圖形介面shell（GUI）、（CLI)

• 核心功能：程序管理、記憶體管理、檔案管理、網路管理、硬體驅動、安全機制