冯诺依曼体系

计算机五大组成

  • 控制器：控制硬件设备的运行
  • 运算器：数学运算，逻辑运算，位运算
  • 存储器
    • 内存：临时存储
    • 外存：硬盘：长期存储
  • 输入设备：键盘，鼠标
  • 输出设备

存储器

访问时间 存储器
1ms 寄存器
2ms 高速缓存
10ms 内存
10ms 硬盘
100s 磁条

存储器可分为两大类

  • ROM：软件数据，代码等
  • RAM:只读存储器（存放BIOS程序)

硬盘的大小决定了能都安装程序的大小，内存决定了能运行的程序数目

软件可以分为两大类

  • 操作系统：控制计算机硬件，管理应用软件的控制程序

  • 应用软件

    32位CPU表示一次性能够读取32个二进制数

    2核4线程表示有2个CPU，四线程表示每一个1个CPU内部有4条流水线

    计算机启动流程

    1. 计算机通电
    2. BIOS运行，检测CPU，内存，硬盘等硬件设备
    3. BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备
    4. 读取启动设备的第一块扇区（主引导记录MBR）
      • 共512字节，前446为引导信息（bootloader启动装载程序，用于启动操作系统）
      • 后64位分区信息
      • 最后两个字节为结束标志
    5. 操作系统询问BIOS，获取配置信息，检测驱动程序

    程序最先存放在硬盘中，程序的运行需要将程序的代码或数据读入内存，CPU再从内存中读取指令来运行。

    电脑通电后，启动操作系统的过程通常分为以下几个步骤：

    1. 加电自检（Power-On Self-Test, POST）：
      • 当你打开电脑电源，计算机硬件会进行自检，以确保各个硬件组件正常运作。这包括检查CPU、RAM、硬盘、显卡等。
    2. BIOS/UEFI启动：
      • 自检完成后，计算机会寻找并加载存储在计算机主板上的基本输入/输出系统（BIOS）或统一可扩展固件接口（UEFI）。这些是计算机的固件，负责启动系统。
    3. 引导设备选择：
      • BIOS/UEFI会根据预设的启动顺序（通常是硬盘、光盘/USB、网络等）选择一个启动设备。如果你想从其他设备（如USB驱动器）启动，你可以在BIOS/UEFI设置中进行配置。
    4. 引导加载程序（Bootloader）：
      • 选择了启动设备后，计算机会查找该设备上的引导加载程序，例如GRUB（在Linux系统中常见）或Windows引导管理器。
      • 引导加载程序的任务是加载操作系统的内核。
    5. 操作系统内核加载：
      • 引导加载程序会加载操作系统的内核文件，这是操作系统的核心部分。在Linux系统中，内核通常位于 /boot 目录中。
      • 内核加载后，它会初始化系统硬件并将控制权转交给操作系统。
    6. 初始化过程：
      • 操作系统内核接管计算机后，开始初始化系统的各个部分，包括内存管理、文件系统、设备驱动程序等。
      • 在Linux中，初始化进程是第一个用户空间进程，通常是 init 或 systemd。
    7. 登录管理器（如果适用）：
      • 在图形用户界面（GUI）环境中，通常会启动登录管理器（如GDM、LightDM、或SDDM），用户可以在其中登录。
      • 在文本模式环境中，系统可能直接要求用户输入用户名和密码。
    8. 用户登录：
      • 用户登录后，操作系统会创建用户的会话，并加载用户的配置文件和应用程序。
    9. 操作系统启动完成：
      • 一旦用户成功登录，操作系统启动过程就完成了，用户可以开始使用计算机了。