計算機基礎概論學習筆記01

1、計算機是什么？

早期的大型計算機其實就是計算器，計算器是指，接受用戶輸入的指令與數據，并經由中央處理器CPU的數學邏輯單元運算處理后，以產生或存儲成有用的信息，并顯示出來的工具。
因此只要有輸入和輸出，并能夠對輸入的數據進行計算的，就是計算機了。
我們現在使用的PC一般都有這么幾個部件，主機，顯示器，鍵盤鼠標。而主機里一般有，主板，CPU，內存條，硬盤，網卡，顯卡，聲卡，風扇，電源和機箱。分類有很多種方法，但其實計算機只有五大核心設備：

運算器+寄存器：
功能：運算和緩存，緩存的運算速度最快，而且容量很小，但是造價非常昂貴。我們有句話說，緩存為王，只要能提高CPU緩存來提高運行速度，就優先這個。所以我們一般衡量CPU的性能有兩個重要的參數，其一是運算器的運行主頻倍頻，單位是Hz（赫茲），另一個就是緩存的速度和大小，緩存速度一般都很快而且很小，所以大一點點的緩存對性能的提升都是非常高的。因此，一級緩存和二級緩存的容量有時候比頻率都會更重要一些。
控制器：
控制運算，比如可編程中斷控制器，就是控制中斷交互的，之所以能多任務處理就是有這個控制。這個和上面的運算器和寄存器都集成在CPU里面。
存儲器：
我們常說的內存其實是指內存條，這就是我們所說的隨機存儲器RAM了，這個是直接和CPU通信的。所以我們的電腦運行的快慢，很大程度上也取決于它可同時于CPU交互的數據量的大小和速度。
開機后的內存里，最開始有一段是給bios用的，其后緊跟的是OS核心，這些是不能被應用程序使用的，被系統占用了。剩下的才是系統可調用的內存。
輸入設備：鼠標，鍵盤等
輸出設備：顯示器，打印機等。
注意，硬盤，因為能物理存儲數據，所以有時候它既是輸入設備也是輸出設備，我們運行的軟件都是先存儲在硬盤上，運行后，內存再從中讀取，因此，硬盤速度越快，軟件運行就越快。

2、計算機的運作方式

眾所周知，我們上電按下開機后，計算機就會啟動操作系統。現在的這個過程以及非常快，有的3-4秒就能完成這個操作。但其實這個過程很復雜。
計算機是硬件，人不能直接于硬件通話，所以我們要通過操作系統來分配硬件資源給系統里的軟件使用。
而操作系統其實也并不能直接于硬件通信，操作系統說白了其實也是軟件，是使用高級語言編寫的，必須要翻譯成機器可以識別的二進制語言才能識別。
好，我們再來說開機的這個過程，開機通電后，計算機先主板上的一塊必須要一直通著電才能保存配置的只讀存儲器ROM讀取BIOS（基本輸入輸出系統），這個BIOS就是直接與硬件通信的。通過這個BIOS來檢查硬件是不是都OK能不能正常工作，不能就報錯，能就繼續下一步。這一步叫加點自檢。
下一步就是去硬盤讀取BIOS能識別的對應分區（不同的操作系統這些分區不一樣，如UEFI和MBR就很不一樣。）這個分區叫啟動分區，boot 分區。里面包含了系統啟動路徑，啟動文件，基本硬件驅動等等。
然后再根據啟動分區里的配置文件，加載操作系統內核和自啟軟件應用程序。開機的過程就這樣一步一步按部就班的完成了。什么樣的操作系統都是這樣的。
而我們的系統開機了之后，要運行一個軟件，它是怎么運作的呢？
計算機遵循著名的木桶短板理論，它的整體運行速度要取決于整個機器中，性能最差的那一個設備。
寄存器一般與CPU工作在相同的頻率上。而程序必須要遵循程序局部性原理和程序移植性原理。局部性取決于時間和空間，移植性原理必須保證在不同的環境能運行。
我們點擊程序運行時，先要跟庫打交道，發出執行請求，庫再跟上層系統調用通信，系統調用將請求轉發給系統內核，內核跟硬件通信，從硬盤上取出數據，并給它分配硬件資源如內存地址，將數據放到內存中去，再分配CPU去取數據執行，得到的結果，再一層層，通過硬件，內核，庫，軟件，返回給用戶。

3、常見操作系統

操作系統簡稱OS，我們常見的有以下三類：
Windows：這主要是指微軟Microsoft公司出品的windows類的桌面操作系統，從早期的DOS，到后來的95/98/2000/XP/visit/win7/win8/win8.1/win10等，其中還有一些server。這類操作系統偏向于圖形化界面，界面簡單友好，易于使用。一般在個人用戶或小型企業上使用，因為它不夠穩定，所以大型企業很少使用。
Unix：Unix是收費的操作系統，而且非常昂貴，種類也不少，但都是要收費的。比如我們現在使用apple的MAC或IOS都是Unix操作系統。
Linux：Linux是在Unix收費后誕生的開源操作系統，因此它是類Unix操作系統，有諸多著名的發行版，在企業中使用非常廣泛，比如著名一些的linux操作系統，像RadHat，CentOS，Debian，Ubuntu，Minit等還有很多很多，因為其開源的特性，所以發張非常迅速。
OS重要的是內核，其實系統內核本身非常小，比如window nt，之所以那么大是因為有很多圖像和自帶的應用軟件。
OS內核可以認為是一種虛擬通用軟件，是用來負責分配和管理硬件資源的協調，切換和中斷等操作的一種特殊的應用程序。
內核功能有：
進程管理
內存管理
文件系統
網絡功能
硬件驅動
安全機制
我們的軟件要在操作系統上運行，都要通過人機交互接口shell，有的是圖形有的是命令行。然后再通過系統調用的轉發給內核才能使用硬件資源并運行。有時候由于系統調用（system call）過于底層，還要通過庫，庫函數來調用接口執行。庫只能被調用執行，只提供執行入口，調用接口，API高級接口，本身并不執行。
庫說白了，其實就是將一個或多個系統調用封裝起來做成更高級的調用接口的應用。

4、南橋和北橋

講到計算機，就不得不提一下FSB前端總線。前端總線有兩塊重要的芯片，一塊北橋，離CPU較近，屬于高速總線，與CPU和主存儲器等高速運行的設備連接，現在的CPU一般都已經集成了北橋。南橋連接慢速設備，如硬盤，USB，網卡等外設。
有些企業有時候為了提高機器運行速度和訪問頻率會直接在CPU和北橋上連接高速固態硬盤來提高快速磁盤I/O，這也是屬于硬件優化的一種。

5、Shell
Shell 又叫殼，位于kernel操作系統內核的下層（其實中間還有系統調用和庫），有兩個功能，一是接受用戶的指令（運行應用程序），二是將用戶指令或命令翻譯成機器語言。
shell 也稱人機交互界面，有圖形化界面GUI，也有命令行界面CLI。以linux為例，常見的圖形化接口就有KDE（C++寫的），Gnome（C寫的）。CLI命令行界面有 sh，bash，csh，zsh，ksh，tcsh等。

6、密碼策略
計算機有不同的用戶，不同的用戶之間的數據要具有保密性。這就需要授權。而我們最常用的授權方式就是使用密碼策略。
創建密碼時，為了提高安全性，最好遵循以下策略：
1.至少使用大寫字母，小寫字母，數字，特殊符號四種中的三種。
2.密碼位數足夠長，一般建議至少不少于8位字符
3.盡量使用無規律的隨機字符
4.定期或不定期的更換密碼
5.不使用重復的字符和用過的密碼

        下一篇將會講述linux基本。
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