計(jì)算機(jī)基本組成

計(jì)算機(jī)基本組成

最底層為硬件--CPU，硬盤(pán)，顯示器等，中間層為操作系統(tǒng)（內(nèi)核，OS也是軟件），通過(guò)API接口，最外層通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言即可編程開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

shell為人機(jī)交互接口，即OS的外殼，負(fù)責(zé)接收，理解用戶(hù)的指令，傳輸給內(nèi)核。sheel分為圖形化界面接口和命令行接口

內(nèi)核功能

• 進(jìn)程管理

• 內(nèi)存管理

• 文件系統(tǒng)管理

• 網(wǎng)絡(luò)管理

• 硬件驅(qū)動(dòng)

• 安全機(jī)制等等

• CPU：主要由運(yùn)算器，寄存器，控制器組成，當(dāng)然，還有緩存，比如一級(jí)緩存，二級(jí)緩存等

• 內(nèi)存：存放數(shù)據(jù)，命令行等，

• 硬盤(pán)

• 顯示器

一些設(shè)備和概念

• ROM：ROM是只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。其特性是一旦儲(chǔ)存資料就無(wú)法再將之改變或刪除。通常用在不需經(jīng)常變更資料的電子或電腦系統(tǒng)中，并且資料不會(huì)因?yàn)殡娫搓P(guān)閉而消失。
• RAM：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(random access memory，RAM)又稱(chēng)作"隨機(jī)存儲(chǔ)器"，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時(shí)讀寫(xiě)，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介。
• 中斷控制（中斷（interrupt）：鍵盤(pán)輸入，通知CPU，硬盤(pán)通知機(jī)制）
• 南橋：低速總線，連接大量I/O設(shè)備，硬盤(pán)，鍵盤(pán)
• 北橋：離CPU最近，高速總線控制器，高頻下工作
• 南橋?qū)⒏髟O(shè)備匯總到一條線，連接到北橋，北橋轉(zhuǎn)給CPU
• 不過(guò)現(xiàn)在，多將內(nèi)存，CPU直接連接，速度更快，北橋只負(fù)責(zé)連接南橋了
• 現(xiàn)在很多服務(wù)器，通過(guò)在北橋上接SSD（固態(tài)硬盤(pán)），即CPU--北橋--SSD，更快

• 內(nèi)存與CPU，內(nèi)存運(yùn)行慢，CPU快，為了讓CPU持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，于是有了緩存

• 緩存：緩存就是數(shù)據(jù)交換的緩沖區(qū)(稱(chēng)作Cache)，當(dāng)某一硬件要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)首先從緩存中查找需要的數(shù)據(jù)，如果找到了則直接執(zhí)行，找不到的話則從內(nèi)存中找。由于緩存的運(yùn)行速度比內(nèi)存快得多，故緩存的作用就是幫助硬件更快地運(yùn)行。

• 緩存級(jí)數(shù)越小，說(shuō)明離CPU越近，速度越快，造價(jià)越高

• 一級(jí)緩存：一級(jí)緩存都內(nèi)置在CPU內(nèi)部并與CPU同速運(yùn)行，可以有效的提高CPU的運(yùn)行效率。一級(jí)緩存越大，CPU的運(yùn)行效率越高，但受到CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，一級(jí)緩存的容量都很小。

• 二級(jí)緩存：CPU高速緩存（CPU Cache，在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)緩存）是用于減少處理器訪問(wèn)內(nèi)存所需平均時(shí)間的部件。在金字塔式存儲(chǔ)體系中它位于自頂向下的第二層，僅次于CPU寄存器。其容量遠(yuǎn)小于內(nèi)存，但速度卻可以接近處理器的頻率。最初緩存只有一級(jí)，二級(jí)緩存（L2 CACHE）出現(xiàn)是為了協(xié)調(diào)一級(jí)緩存與內(nèi)存之間的速度。二級(jí)緩存比一級(jí)緩存速度更慢，容量更大，主要就是做一級(jí)緩存和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)臨時(shí)交換的地方用。

• 三級(jí)緩存：三級(jí)緩存是為讀取二級(jí)緩存后未命中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的-種緩存，在擁有三級(jí)緩存的CPU中，只有約5%的數(shù)據(jù)需要從內(nèi)存中調(diào)用，這進(jìn)一步提高了CPU的效率。其運(yùn)作原理在于使用較快速的儲(chǔ)存裝置保留一份從慢速儲(chǔ)存裝置中所讀取數(shù)據(jù)且進(jìn)行拷貝，當(dāng)有需要再?gòu)妮^慢的儲(chǔ)存體中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，緩存(cache)能夠使得讀寫(xiě)的動(dòng)作先在快速的裝置上完成，如此會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)較為快速。
  所以計(jì)算機(jī)主頻大不說(shuō)明性能優(yōu)，還要看緩存，緩存大，性能好。
  內(nèi)存的數(shù)據(jù)，先到二級(jí)緩存，再到一級(jí)緩存

局部性原理

局部性原理是指CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，無(wú)論是存取指令還是存取數(shù)據(jù)，所訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元都趨于聚集在一個(gè)較小的連續(xù)區(qū)域中。

• 時(shí)間局部性(Temporal Locality):如果一個(gè)信息項(xiàng)正在被訪問(wèn)，那么在近期它很可能還會(huì)被再次訪問(wèn)。
• 空間局部性(Spatial Locality):在最近的將來(lái)將用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在空間地址上是臨近的。

程序的局部性原理

程序的局部性原理：是指程序在執(zhí)行時(shí)呈現(xiàn)出局部性規(guī)律，即在一段時(shí)間內(nèi)，整個(gè)程序的執(zhí)行僅限于程序中的某一部分。相應(yīng)地，執(zhí)行所訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)內(nèi)存區(qū)域。局部性原理又表現(xiàn)為：時(shí)間局部性和空間局部性。時(shí)間局部性是指如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，則不久之后該指令可能再次被執(zhí)行；如果某數(shù)據(jù)被訪問(wèn)，則不久之后該數(shù)據(jù)可能再次被訪問(wèn)。空間局部性是指一旦程序訪問(wèn)了某個(gè)存儲(chǔ)單元，則不久之后。其附近的存儲(chǔ)單元也將被訪問(wèn)。

另外，根據(jù)程序的局部性理論，Denning提出了工作集理論。所謂工作集是指進(jìn)程運(yùn)行時(shí)被頻繁訪問(wèn)的頁(yè)面集合。顯然我們知道只要使程序的工作集全部集中在內(nèi)存中，就可以大大減少進(jìn)程的缺頁(yè)次數(shù)；否則會(huì)使進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中頻繁出現(xiàn)缺頁(yè)中斷，從而出現(xiàn)頻繁的頁(yè)面調(diào)入/調(diào)出現(xiàn)象，造成系統(tǒng)性能的下降，甚至出現(xiàn)“抖動(dòng)”。

劃分工作集可以按定長(zhǎng)時(shí)間或定長(zhǎng)頁(yè)面兩種方法進(jìn)行劃分。當(dāng)顛簸現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)的負(fù)荷過(guò)大，通常采用處理器均衡調(diào)度。另一種是控制缺頁(yè)率，當(dāng)缺頁(yè)率達(dá)到上限時(shí)，則增加內(nèi)存分配量；當(dāng)缺頁(yè)率達(dá)到下限時(shí)，就減少內(nèi)存的分配量。

程序的移植

• 機(jī)器語(yǔ)言:機(jī)器語(yǔ)言是最初級(jí)且依賴(lài)于硬件的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言可直接在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行(即為二進(jìn)制形式)，運(yùn)算速度快。
• 匯編語(yǔ)言:用有助于記憶的符號(hào)和地址符號(hào)來(lái)表示指令，便是匯編語(yǔ)言，也稱(chēng)為符號(hào)語(yǔ)言。一般稱(chēng)匯編語(yǔ)言為低級(jí)語(yǔ)言(當(dāng)然初級(jí)語(yǔ)言也屬于低級(jí)語(yǔ)言)。
• 高級(jí)語(yǔ)言:是一種人工設(shè)計(jì)的語(yǔ)言，它對(duì)具體的算法進(jìn)行描述，所以又稱(chēng)為算法語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的硬件(即與具體的硬件無(wú)關(guān))。
• 由于每一個(gè)廠家的芯片都有自己的一套機(jī)器語(yǔ)言，因此需要結(jié)合一種額外的機(jī)制來(lái)彌合不同芯片之間語(yǔ)言的不用，這套機(jī)制就是API（Application Programming Interface應(yīng)用程序接口）
• API ：API就是操作系統(tǒng)留給應(yīng)用程序的一個(gè)調(diào)用接口，應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)的 API 而使操作系統(tǒng)去執(zhí)行應(yīng)用程序的命令（動(dòng)作）。

為了提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度，有了多任務(wù)
（1）劃分CPU（slice），例如先運(yùn)行任務(wù)一5ms，然后運(yùn)行任務(wù)二5ms...即任務(wù)的交叉運(yùn)行
（2）內(nèi)存分段,（32位最多只能用4G內(nèi)存，64位可用4G個(gè)4G，超級(jí)大）

內(nèi)存分段

內(nèi)存中最前面這段即 加電自檢 部分

加電自檢：在加電之后，智能設(shè)備所運(yùn)行的內(nèi)部存儲(chǔ)的一系列檢測(cè)程序集合?？s寫(xiě)為POST。這些檢測(cè)程序在軟件加載到硬件上運(yùn)行之前對(duì)硬件的基本完整性加以驗(yàn)證。

（3）那么由誰(shuí)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上對(duì)內(nèi)存和CPU的分配劃分呢，即操作系統(tǒng)OS（一個(gè)運(yùn)行在硬件上的管理硬件資源的軟件），同時(shí)OS還負(fù)責(zé)進(jìn)程的啟動(dòng)，切換等工作

Linux的基本原則

• 由目的單一的小程序組成，通過(guò)組合小程序，完成復(fù)雜功能
• 一切皆文件
• 盡量避免捕獲用戶(hù)接口（即不跟用戶(hù)進(jìn)行交互）
• 配置文件保存為純文本格式（即配置一個(gè)服務(wù)器，一個(gè)文本編輯器足以完成所有工作）

CLI接口（command-line interface，命令行界面）

• 命令格式
• 命令 選項(xiàng) 參數(shù)（命令的作用對(duì)象）
• 虛擬終端（terminal）：--Ctrl-- + Alt + F1 - F6
• 用戶(hù)切換（root，studengt，visitor）
• su：switch user
• #su [-l] 用戶(hù)名 [ ]表示可以省略
• exit 退出
• 修改密碼
• #password —————— 輸入兩次新密碼即可
• 修改密碼的時(shí)候，root則可以改成任意密碼，普通用戶(hù)密碼需要滿足 * 密碼復(fù)雜性規(guī)則 *

1.使用4種類(lèi)型字符中的至少3中（大小寫(xiě)，字符，數(shù)字）
2.足夠長(zhǎng)，大于7位