计算机原理

计算机原理

CPU

CPU：每秒能处理的指令数。

CPU是寄存器集合体：累加、标志、程序、基址、变址、通用、指令、栈寄存器。

程序计数器：用于存储下一条指令所在的单元。（控制着程序的流程）

标志寄存器：第一字节位正数为1，第二字节0为1，第三字节负为1。

实际地址 = 基址地址 + 变址寄存器的值

CPU由：控制单元和算数逻辑单元组成。

控制单元：从内存中提取指令并解码执行。

算数逻辑单元（ALU）：处理算数和逻辑运算。

功能上划分：CPU从功能上内部划分为：寄存器、控制器、运算器和时钟。

寄存器：用来暂存指令、数据和地址。一个CPU内部会有20-100个寄存器。

控制器：把内存上的指令、数据读入寄存器，根据指令结果控制计算器。

运算器：运算从内存中读入寄存器的数据。

时钟：发出CPU开始计时的时钟信号。

解析步骤

1. 提取指令
2. 解码
3. 执行

RAM

RAM是与CPU直接交换数据的内部存储器。

int	a;
a = 1+2;

1. 将代码编译成二进制文件
2. 运行时生成副本
3. CPU解释执行内容

内存

内存是与CPU进行沟通的桥梁，通过控制芯片与CPU相连。所有程序都在内存中运行，存放CPU中的运算数据，以及设备交换数据。内存通过电流存储。

内存的物理结果：

• 随机存储器（RAM）：读写数据，关机时数据会消失。
• 只读存储器（ROM）：读取数据，停电数据不会消失。
• 高速缓存（Cache）：CPU向内存写入数据时，也会被写入高速缓存中，读取时先从高速缓存中读取。

节约内存

通过DLL文件实现函数共有，DLL文件是一种动态链接的函数库文件。

程序再运行时可以动态夹在library。例（应用A和应用B都用到MyFun（）这个函数，所以将这个函数设为DLL文件）

磁盘

磁盘通过磁记录技术实现存储。磁盘中的存储程序必须夹在到内存中才能运行，磁盘缓存大大降低访速度。

磁盘的物理结构指磁盘存储数据的形式分为：可变长方式和扇区方式，前者将物理结构划分成长度可变的空间，后者将磁盘结构划分为固定长度的空间。512字节（1簇= 1扇区），1KB（1簇 = 2 扇区）。

冯诺依曼

冯诺依曼计算机CPU分为：

• 取指令：将内存中的指令读取到CPU寄存器的过程，程序寄存器用于存储下一条指令所在地址。
• 指令编译：取指令完成后，进入指令编译阶段，按顺序执行预定的指令格式，机械能拆分和解耦。
• 执行指令：完成指令所规定的各种操作，具体实现指令功能。
• 访存数据：根据地址码，得到操作数在主存中的地址，并从内存中读取该操作数用于计算。
• 结果写回：数据写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速的存取。

栈和队列

栈（Stack）

stack：采用后入先出的方式对内存进行操作，push放入，pop取出。

队列（queue）

queue：采用先入先出，EnQueue入列，DeQueue出列。

计算机

计算机内部是由IC电子元件组成，其中CPU和内存也是电子元件中的一种。

IC原件所以的引脚只有：0V和5V电压，所以只能用0和1（也就是二进制）进行表示。

二进制

二进制的位数一般为8的倍数，8位能涵盖所有的字符编码。

字节是最近本的单位，位是最小的单元。

数字小于存储数据的字节数，高位用0补充，（左侧高位，右侧地位）。

向左位移 << 相当于数值扩大（2的倍数），向右位移，相当于数值缩小。

二进制获取负数：将二进制的各数位数值取反，再结果+1即可。

文件存储

文件存储：将数据存储再磁盘等存储媒介的一种形式（存储单位为字节）。

文件就是字节数据的集合。

操作系统

监控系统是操作系统的原型。

三大操作系统：windows、Linux和unix操作系统，计算机硬件和应用之间的一层软件。

Windows

windows操作系统：就是无数个DLL文件的集合体。通过调用 stdcall减少程序大小，stdcall文件是标准调用缩写，Windows提供的DLL文件都是通过stdcall调用方式来实现的。

C语言和JAVA最大的区别在于，需要手动释放内存空间。

windows操作系统特征：

1. 通过API函数继承来提供系统调用。
2. 采用图形化界面。
3. 提供多任务功能。
4. 提供网络功能和数据库功能。
5. 提供即插即用设备驱动的自设定。

运行环境

运行环境=操作i系统+硬件。

显卡：承担图形的输出任务，也称为图形处理器GPU。

内存：指应用程序再运行时能够动态分析指令的这部分存储空间。

存储空间：安装应用程序所占用的空间大小。

机器语言的程序成为本地代码（native code），文本文件再任何环境下都能显示和编辑。这种我们称之为源码，通过对源码进行编译，就可以得到本地代码。

computer -》 C语言源代码 -》 本机代码 -》 CPU解释运行

应用程序向系统传递指令的途径称为API。

FTP（file transfer protocol）是连接到互联网上的计算机之间的传送文件的协议。

JAVA代码预先的环境称为JAVA JVM，JVM将JAVA字节码转换为本地代码运行着。

JAVA、C语言和汇编语言的关系，一对多。

汇编语言：直接面向处理器（processor）的程序语言，操作的对象是寄存器或存储器，而不是数据，面向机器是最底层的计算机语言。

多任务

多任务指的就是同时能够运行多个应用程序的功能，通过时钟分割实现多任务功能。

时钟分割：短时间内间隔，多个程序切换运行的方式，底层是CPU时间切片。

网络功能和数据库功能被统称为中间件而不是应用。

操作系统和中间件组合在一起称为系统软件。

源代码转换成本地代码的过程称为汇编。负责这项工作的程序称为编译器。

segment和ends围起来的部分称为伪指令。段定义（segment）用于区分范围区域的意思。汇编语言的语法：操作码+操作数。

程序放到存储器中，指针指向该地址，然后取指令、解释、执行。

局部变量临时保存在寄存器和栈中。

多线程问题：相同于两者都是读取了最开始的值，前者还未写入就被读取。