一、计算机5大组成
运算器：运算
控制器：控制运算器到哪取数据
存储器（内存）：存储数据。编址存储设备：平面编址
输入设备
输出设备
简单来说：运算器从存储器取数据，进行运算，然后将结果放到存储器中
CPU的核心组件：运算器、控制器、寄存器。
有寄存器的原因：比如在加法计算中，是按位运算的，所以若32位就需要32根线，若还有被加数，则线的数目越多，此时就想一根线可以做多种工作，所以就有了线路复用。用控制位来作为是加数还是被加数，此时就有一个问题，它必须得有记忆，否则加数传到运算器后，再传被加数，原有的就没有了，所以就有了寄存器，来暂存数据。
- 加电自检（Power-OnSelf-Test）：是计算机BIOS的一个功能，在引导后会运行，针对计算机硬件如CPU 、主板、存储器等进行检查，结果会显示在固件可以控制的输出接口，像显示屏、LED、打印机等设备上。
- **轮询Poll：**CPU定时发出询问，依序询问每一个周边设备是否需要其服务，有即服务，服务结束后再询问下一个周边，接着不断周而复始。（比如：每隔1ms就询问一次键盘，是否有按下）。这种方式不会错过任何事件，但是若用户开机后一直没有按键盘，则会浪费资源。
- 中断（interrupt）：是计算机运行过程中，出现某些意外情况需要主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。（比如：当用户敲击键盘时的电信号，会发到CPU，由此引发中断）外围设备就是通过中断与CPU进行交互的。
- 如何知道中断是谁引起的？
需要控制芯片，叫可编程中断控制器，有多个针脚。它一头与CPU相连，一头与设备相连，从而知道是谁引起的中断，进而处理。 - 北桥：用来处理高速信号，通常处理CPU 、RAM、AGP端口或PCI Express和南桥芯片之间的通信。
- 南桥：其数据处理量不算大（比如用户敲击键盘），通过一定的方式与北桥相连。
- 一级缓存、二级缓存出现的原因： CPU处理速度快，向存储器请求数据，但是存储器输出数据比较慢，根据短板原理，进行折中，CPU的速度匹配上存储器速度，导致CPU的效率不能完全发挥。此时，可以利用缓存，速度快，但是缓存是非常昂贵的，所以存储量很小。若想缓存有用，就基于一种原理：程序局部性原理。
- 程序局部性原理：时间局部性：刚刚访问的数据还可能访问。空间局部性：访问数据附近的数据很可能访问。则可以先放入缓存中。
- 程序移植性：在一种计算机上的软件转置到其他计算机上的能力。
机器语言：与计算机硬件直接工作的语言，二进制。汇编语言—>编译器
高级语言：—>汇编语言—>机器语言。
不同公司的硬件很可能不同，若想让高级语言在不同平台上运行，就需要在高级语言与硬件间有个接口（API），只要符合这个接口，就可以与不同的硬件打交道。不同硬件：用汇编写成的不同的能实现相同功能的程序。
API:application program interface 应用编程接口 **硬件架构：**CPU芯片的不同系列。比如ARM（产品：安卓、ios）、x86、
①早期，先编写好程序，然后转换为二进制代码，进行计算，此时的问题是运算很快，输入输出很慢；
②后来，出现磁带，将编的程序放到磁带上，出现的问题是磁带是顺序存储，此时其中一台计算机写程序放入磁带、另一台计算机进行计算，此时叫做脱机批处理系统。（计算机一次完整的处理过程叫做作业job，早期是单作业，一个磁带只能处理一个作业，后来，为了快速处理多个作业，减少磁带拆卸次数，出现批处理将多个作业，用分隔符将不同的作业区分开。）此时，每次执行还是单作业，因为内存只有一个，内存被一个作业全部占有，因为CPU处理速度很快，当处理完一个作业后，就得等待慢速的io将作业传入CPU，CPU性能浪费；
③多任务系统：作业完成需要CPU 、Memory。此时引入进程。将CPU分片，每个任务执行一段时间。内存引入分段，，每次执行一段。不同主机的内存是不同的，比如512M、4G内存，此时引入虚拟地址空间（并不等于虚拟内存）。此时，就有一个问题，谁控制进程执行分片时间，而不是让他一直执行呢？就是操作系统，操作系统负责进程的调度。
比如32位：最多使用4G物理内存，因为2^32 ，这是由于总线宽度决定的。
所以操作系统，不完成具体的工作，是协调各种设备运行的通用软件。有了操作系统后，所有程序调用底层硬件，都要经过操作系统，系统调用system call。将底层调用做成更高级的，叫做库。比如用c语言开发系统，需要用到求平方根的函数，此时直接用现成的函数（方法在库中）直接调用即可，没必要自己写如何求平方根，使开发更简单。
库的好处：能够重复使用，避免了相同功能多次重写的麻烦。库不能直接执行，只能被调用（理解：就是上述的求平方根函数，自己不能执行，程序调用才能执行）。所以，还有个库调用（Libraray call）
存在两种调用：system call 和library call所以现在的结构就是软件–>库—>操作系统（Kernel）—>硬件。比如word，为什么双击就能打开，程序运行还需要个shell（外壳），即人机交互接口。
操作系统包含许多功能等，可以用Kernel比较好。Kernel（操作系统核心）：负责管理硬件资源，将硬件资源虚拟成其他样子，提供给上层运行的应用程序。所以现在能解决：在Linux上的能运行的程序，在Windows上可以运行吗？
若库调用和系统调用相同，则能够运行，否则不能运行。在操作启动后，软件程序不一定运行，只是具备了运行条件。在操作系统启动后，就启动的程序，叫做服务。比如操作系统为了完整的运行能力等方面，称为后台服务。还有就是根据用户自定义，来自动启动。比如，用户在word中，按了键盘中Ctrl+C，根据之前知识，是先给CPU（它并不知道此敲击是什么意思）、然后交给kernel（CPU通知内核进行处理），kernel是操作系统的核心，操作系统负责程序的调度等，它知道是哪个进程。
存储器：BIOS、kernel space、其他程序共享部分。此时有个问题–碎片。
shell：图形界面shell（GUI）、（CLI)
内核功能：进程管理、内存管理、文件管理、网络管理、硬件驱动、安全机制