計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論學(xué)習(xí)筆記01

1、計(jì)算機(jī)是什么？

早期的大型計(jì)算機(jī)其實(shí)就是計(jì)算器，計(jì)算器是指，接受用戶輸入的指令與數(shù)據(jù)，并經(jīng)由中央處理器CPU的數(shù)學(xué)邏輯單元運(yùn)算處理后，以產(chǎn)生或存儲(chǔ)成有用的信息，并顯示出來(lái)的工具。
因此只要有輸入和輸出，并能夠?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的，就是計(jì)算機(jī)了。
我們現(xiàn)在使用的PC一般都有這么幾個(gè)部件，主機(jī)，顯示器，鍵盤鼠標(biāo)。而主機(jī)里一般有，主板，CPU，內(nèi)存條，硬盤，網(wǎng)卡，顯卡，聲卡，風(fēng)扇，電源和機(jī)箱。分類有很多種方法，但其實(shí)計(jì)算機(jī)只有五大核心設(shè)備：

運(yùn)算器+寄存器：
功能：運(yùn)算和緩存，緩存的運(yùn)算速度最快，而且容量很小，但是造價(jià)非常昂貴。我們有句話說(shuō)，緩存為王，只要能提高CPU緩存來(lái)提高運(yùn)行速度，就優(yōu)先這個(gè)。所以我們一般衡量CPU的性能有兩個(gè)重要的參數(shù)，其一是運(yùn)算器的運(yùn)行主頻倍頻，單位是Hz（赫茲），另一個(gè)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(diǎn)點(diǎn)的緩存對(duì)性能的提升都是非常高的。因此，一級(jí)緩存和二級(jí)緩存的容量有時(shí)候比頻率都會(huì)更重要一些。
控制器：
控制運(yùn)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(wù)處理就是有這個(gè)控制。這個(gè)和上面的運(yùn)算器和寄存器都集成在CPU里面。
存儲(chǔ)器：
我們常說(shuō)的內(nèi)存其實(shí)是指內(nèi)存條，這就是我們所說(shuō)的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM了，這個(gè)是直接和CPU通信的。所以我們的電腦運(yùn)行的快慢，很大程度上也取決于它可同時(shí)于CPU交互的數(shù)據(jù)量的大小和速度。
開機(jī)后的內(nèi)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(yīng)用程序使用的，被系統(tǒng)占用了。剩下的才是系統(tǒng)可調(diào)用的內(nèi)存。
輸入設(shè)備：鼠標(biāo)，鍵盤等
輸出設(shè)備：顯示器，打印機(jī)等。
注意，硬盤，因?yàn)槟芪锢泶鎯?chǔ)數(shù)據(jù)，所以有時(shí)候它既是輸入設(shè)備也是輸出設(shè)備，我們運(yùn)行的軟件都是先存儲(chǔ)在硬盤上，運(yùn)行后，內(nèi)存再?gòu)闹凶x取，因此，硬盤速度越快，軟件運(yùn)行就越快。

2、計(jì)算機(jī)的運(yùn)作方式

眾所周知，我們上電按下開機(jī)后，計(jì)算機(jī)就會(huì)啟動(dòng)操作系統(tǒng)?，F(xiàn)在的這個(gè)過(guò)程以及非?？?，有的3-4秒就能完成這個(gè)操作。但其實(shí)這個(gè)過(guò)程很復(fù)雜。
計(jì)算機(jī)是硬件，人不能直接于硬件通話，所以我們要通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)分配硬件資源給系統(tǒng)里的軟件使用。
而操作系統(tǒng)其實(shí)也并不能直接于硬件通信，操作系統(tǒng)說(shuō)白了其實(shí)也是軟件，是使用高級(jí)語(yǔ)言編寫的，必須要翻譯成機(jī)器可以識(shí)別的二進(jìn)制語(yǔ)言才能識(shí)別。
好，我們?cè)賮?lái)說(shuō)開機(jī)的這個(gè)過(guò)程，開機(jī)通電后，計(jì)算機(jī)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(chǔ)器ROM讀取BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)），這個(gè)BIOS就是直接與硬件通信的。通過(guò)這個(gè)BIOS來(lái)檢查硬件是不是都OK能不能正常工作，不能就報(bào)錯(cuò)，能就繼續(xù)下一步。這一步叫加點(diǎn)自檢。
下一步就是去硬盤讀取BIOS能識(shí)別的對(duì)應(yīng)分區(qū)（不同的操作系統(tǒng)這些分區(qū)不一樣，如UEFI和MBR就很不一樣。）這個(gè)分區(qū)叫啟動(dòng)分區(qū)，boot 分區(qū)。里面包含了系統(tǒng)啟動(dòng)路徑，啟動(dòng)文件，基本硬件驅(qū)動(dòng)等等。
然后再根據(jù)啟動(dòng)分區(qū)里的配置文件，加載操作系統(tǒng)內(nèi)核和自啟軟件應(yīng)用程序。開機(jī)的過(guò)程就這樣一步一步按部就班的完成了。什么樣的操作系統(tǒng)都是這樣的。
而我們的系統(tǒng)開機(jī)了之后，要運(yùn)行一個(gè)軟件，它是怎么運(yùn)作的呢？
計(jì)算機(jī)遵循著名的木桶短板理論，它的整體運(yùn)行速度要取決于整個(gè)機(jī)器中，性能最差的那一個(gè)設(shè)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(shí)間和空間，移植性原理必須保證在不同的環(huán)境能運(yùn)行。
我們點(diǎn)擊程序運(yùn)行時(shí)，先要跟庫(kù)打交道，發(fā)出執(zhí)行請(qǐng)求，庫(kù)再跟上層系統(tǒng)調(diào)用通信，系統(tǒng)調(diào)用將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)內(nèi)核，內(nèi)核跟硬件通信，從硬盤上取出數(shù)據(jù)，并給它分配硬件資源如內(nèi)存地址，將數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中去，再分配CPU去取數(shù)據(jù)執(zhí)行，得到的結(jié)果，再一層層，通過(guò)硬件，內(nèi)核，庫(kù)，軟件，返回給用戶。

3、常見(jiàn)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)簡(jiǎn)稱OS，我們常見(jiàn)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(tǒng)，從早期的DOS，到后來(lái)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(tǒng)偏向于圖形化界面，界面簡(jiǎn)單友好，易于使用。一般在個(gè)人用戶或小型企業(yè)上使用，因?yàn)樗粔蚍€(wěn)定，所以大型企業(yè)很少使用。
Unix：Unix是收費(fèi)的操作系統(tǒng)，而且非常昂貴，種類也不少，但都是要收費(fèi)的。比如我們現(xiàn)在使用apple的MAC或IOS都是Unix操作系統(tǒng)。
Linux：Linux是在Unix收費(fèi)后誕生的開源操作系統(tǒng)，因此它是類Unix操作系統(tǒng)，有諸多著名的發(fā)行版，在企業(yè)中使用非常廣泛，比如著名一些的linux操作系統(tǒng)，像RadHat，CentOS，Debian，Ubuntu，Minit等還有很多很多，因?yàn)槠溟_源的特性，所以發(fā)張非常迅速。
OS重要的是內(nèi)核，其實(shí)系統(tǒng)內(nèi)核本身非常小，比如window nt，之所以那么大是因?yàn)橛泻芏鄨D像和自帶的應(yīng)用軟件。
OS內(nèi)核可以認(rèn)為是一種虛擬通用軟件，是用來(lái)負(fù)責(zé)分配和管理硬件資源的協(xié)調(diào)，切換和中斷等操作的一種特殊的應(yīng)用程序。
內(nèi)核功能有：
進(jìn)程管理
內(nèi)存管理
文件系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)功能
硬件驅(qū)動(dòng)
安全機(jī)制
我們的軟件要在操作系統(tǒng)上運(yùn)行，都要通過(guò)人機(jī)交互接口shell，有的是圖形有的是命令行。然后再通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用的轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)核才能使用硬件資源并運(yùn)行。有時(shí)候由于系統(tǒng)調(diào)用（system call）過(guò)于底層，還要通過(guò)庫(kù)，庫(kù)函數(shù)來(lái)調(diào)用接口執(zhí)行。庫(kù)只能被調(diào)用執(zhí)行，只提供執(zhí)行入口，調(diào)用接口，API高級(jí)接口，本身并不執(zhí)行。
庫(kù)說(shuō)白了，其實(shí)就是將一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用封裝起來(lái)做成更高級(jí)的調(diào)用接口的應(yīng)用。

4、南橋和北橋

講到計(jì)算機(jī)，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(chǔ)器等高速運(yùn)行的設(shè)備連接，現(xiàn)在的CPU一般都已經(jīng)集成了北橋。南橋連接慢速設(shè)備，如硬盤，USB，網(wǎng)卡等外設(shè)。
有些企業(yè)有時(shí)候?yàn)榱颂岣邫C(jī)器運(yùn)行速度和訪問(wèn)頻率會(huì)直接在CPU和北橋上連接高速固態(tài)硬盤來(lái)提高快速磁盤I/O，這也是屬于硬件優(yōu)化的一種。

5、Shell
Shell 又叫殼，位于kernel操作系統(tǒng)內(nèi)核的下層（其實(shí)中間還有系統(tǒng)調(diào)用和庫(kù)），有兩個(gè)功能，一是接受用戶的指令（運(yùn)行應(yīng)用程序），二是將用戶指令或命令翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。
shell 也稱人機(jī)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(jiàn)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(jì)算機(jī)有不同的用戶，不同的用戶之間的數(shù)據(jù)要具有保密性。這就需要授權(quán)。而我們最常用的授權(quán)方式就是使用密碼策略。
創(chuàng)建密碼時(shí)，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(shù)字，特殊符號(hào)四種中的三種。
2.密碼位數(shù)足夠長(zhǎng)，一般建議至少不少于8位字符
3.盡量使用無(wú)規(guī)律的隨機(jī)字符
4.定期或不定期的更換密碼
5.不使用重復(fù)的字符和用過(guò)的密碼

        下一篇將會(huì)講述linux基本。
                                                                                                            ------------楊廣