一、编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

    作用：编程语言是计算机语言，是一种程序员与计算机之间沟通的介质，通过编程语言可以使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作，完成某种特定的任务。

    关系：编程语言会通过编译软件写成程序，程序是不能直接和硬件来进行交互的，而操作系统是用来管理计算机硬件设备的，所以我们可以就可以在操作系统上来运行程序，让操作系统去管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出、操作网络与管理文件系统等基本任务。

二、应用程序、操作系统、硬件之间的关系

    硬件上运行操作系统，操作系统上运行应用程序，应用程序通过Windows API调用操作系统函数从而和计算机硬件交互。

三、cpu、内存、磁盘之间的关系

   1.CPU即中央处理器，CPU从内存或缓存中取出指令，放入指令寄存器，并对指令进行解码，然后发出各种控制命令，从而完成一条指令的执行。

   2.CPU并不能直接调用存储在硬盘上的系统、程序和数据，必须将硬盘的有关内容通过总线存储在内存中，才能被CPU读取运行。因而，内存可以理解为硬盘和CPU的“中转站”。

   3.当运行数据大小超出物理内存的时候，这时系统就会将硬盘上的部分空间模拟成内存——虚拟内存，并将暂时不运行的程序或不使用的数据存放到这部分空间之中，等待需要的时候方便及时调用。

   4.内存是带电储存，断电消失，并且容量有限，如果想长期储存的话还需要将数据存放到硬盘中。

四、cpu与寄存器，内核态与用户态及如何切换

1.寄存器是cpu的一部分，因为cpu从内存得到指令或数据的时间比cpu执行指令花费的时间要长，所以将关键变量和临时数据保存到寄存器里面，访问速度和CPU同速或半速，用来避免内存速率比CPU慢几个数量级的瓶颈问题，寄存器的分类：

     a.通用寄存器：用来保存cpu运行中产生的变量和临时结果。

     b.程序计数器：cpu只能同时做一件事情，所以在运行过程中会在多个指令中来回切换执行，程序计数器用来存放这些指令的状态。

     c.堆栈指针:堆栈指针的的作用是在堆栈过程中始终指向栈顶，取出指令，然后cpu去运行。栈就是先进后出的一种数据结构。

     d.程序状态字寄存器:无论是系统软件还是应用软件执行后都得转换成cpu的指令，状态字寄存器用来控制用户态和内核态两种状态。

2.当cpu可以访问内存里的所有数据，并且可以访问外围设备（硬盘, 网卡等硬件）时为内核态，CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序；受限的访问内存, 且不允许访问外围设备时为用户态，占用CPU的能力被剥夺，CPU资源可以被其他程序获取。

3.所有用户程序都是运行在用户态的，但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情，例如从硬盘读取数据， 或者从键盘获取输入等。 而唯一可以做这些事情的就是操作系统， 所以此时用户程序就需要使用系统调用，操作系统请求以程序的名义来执行这些操作，此时就会从用户态切换到内核态。

五、L1缓存，L2缓存，内存（RAM），EEPROM和闪存，CMOS与BIOS电池

1.寄存器既L1缓存，材质、速度和CPU相同，CPU访问寄存器时无延时。

2.L2缓存被称为告诉缓存，CPU比较常用的会放在L2缓存中，访问速度会比L1缓存慢。

3.所有的程序都是在内存中运行的，计算机在运行中，操作系统也会在内存中运行。内存的速度会慢于L1和L2缓存，CPU访问的先后顺序是先访问L1缓存吗，然后访问L2缓存，再访问内存，最后访问硬盘，每次访问的命中率为80%。

4.EEPROM和闪存都是一种储存器，可以擦除和重写，但是重写的速度介于内存和磁盘之间。被应用于便携式电子设备的存储媒介，磁盘，固态硬盘等，都是应用闪存。

5.CMOS也是一类存储介质，它是易失性的，断电既消失，但是因为它的耗电亮很小，所以采用它来存储一些系统的参数配置，一块电池能使用若干年。

六、平均寻道时间，平均延迟时间，虚拟内存与MMU

1.平均寻道时间它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值。

2.平均延迟时间机械臂到达正确的磁道之后，使得要读取的扇区转到读写头的下方这段时间的平均值，为平均延迟时间。

 3.当计算机运行大小大于物理内存的程序时，会在硬盘中分块一块空间，然后将内存中程序不常用的数据放到硬盘的那块空间中，当用到的时候在拿回到内存中，这时内存和虚拟的内存空间会形成映射，成为存储器管理单元（MMU）。这种方式的运行速度会比正常情况下低。

七、磁带

速度低于磁盘，但是因其大容量，在地震水灾火灾时可移动性强等特性，常被用来做备份。

八、设备驱动与控制器

1.控制器是计算机中的一个实体设备，实现I/O设备和计算机之间的数据交换，它是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，以使处理机从繁杂的设备控制事务中解脱出来。

2.设备驱动是操作系统和输入输出设备间的粘合剂。驱动负责将操作系统的请求传输，转化为特定物理设备控制器能够理解的命令。

九、总线与南桥和北桥

1.总线将计算机内部各部件连接，并且实现了计算机各功能部件之间的信息传输。

2.南桥连接慢速设备，硬盘，显示器等设备。

3.北桥连接高速设备，CPU，内存等设备。

十、操作系统的启动流程

1.机器加电，bios启动检查硬件设备。

2. bios读取COMS中存储的参数，选择启动设备。

3.从启动设备中读取第一个扇区的内容。

4.根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统。

5.操作系统文件会从bios中获取配置参数。会检查计算机设备的驱动程序，如果有设备缺少会提示用户缺少驱动，如果全动加载成功，则操作系统会将他们加入到内核中。

十一、应用程序的启动流程

1.输入设备将指令发给控制器。

2.控制器通过驱动器将请求发给操作系统。

3.操作系统会去硬盘上寻找文件位置。

4.操作系统找到文件以后会往内存里读，读完以后程序启动成功。

计算机硬件-基础