网站市场做烂了,企业网站seo诊断报告,福田网站建设 信科网络,吉林学校网站建设1. 计算机工作原理
1.1 生活中常见的计算机
计算机分为通用计算机和专用计算机,计算机并不单单指的是电脑,还有我们平时使用的手机,ipad,智能手表等终端设备都是计算机.还有我们用户不常见的计算机,比如服务器. 还有许多嵌入式设备(针对特定场景定制的专用计算机…1. 计算机工作原理
1.1 生活中常见的计算机
计算机分为通用计算机和专用计算机,计算机并不单单指的是电脑,还有我们平时使用的手机,ipad,智能手表等终端设备都是计算机.还有我们用户不常见的计算机,比如服务器. 还有许多嵌入式设备(针对特定场景定制的专用计算机),都是计算机. 1.2 冯诺依曼体系
现代的大多数计算机都遵守冯诺依曼体系结构. 简述上述过程就是:输入设备为存储器(内存和外存)输入数据,存储器向CPU发号施令,提醒CPU处理数据,CPU则会把存储设备中的数据读取过来,进行一系列处理,再放入存储设备中.之后通过存储设备输出到输出设备中. 下面我们介绍各个部件的主要功能:
CPU中央处理器: 主要进行二进制算数运算和逻辑判断.存储器: 分为内存和外存,用于存储数据(使用二进制方式存储)输入设备: 给计算机发号施令的设备.输出设备: 计算机向用户汇报结果的设备. 针对存储空间: 硬盘内存CPU 针对数据访问速度: CPU内存硬盘
1.3 CPU指标与核心
我们可以把CPU看做一个打工人:
CPU的两个指标: CPU占用率: 描述CPU干活时间栈总时间的比例.我们可以通过任务管理器来看到它.比如CPU上班上8个小时,干4个小时的活,CPU占用率为50%. CPU频率: 1秒钟,CPU处理或者执行了多少个指令. 2. 多核CPU 我们如今在市面上见到的计算机大多数都不是单核CPU,一个CPU中存在多个核心. 我们经常说的CPU几核,这指的是物理核心,CPU多少线程,指的是逻辑核心.下面我们以intel5-13500HX芯片来举例: 引入多核CPU的目的: 引入多核CPU的核心,本质上就相当于“干活的人多了”,只不过把这些人集中在了一个房间中,这就可以让任务的完成更高效.我们以后编程的核心就是:如何把多个任务拆分成多个部分交给不同的核心来完成.多线程编程就是针对任务分配来考虑的软件编程,避免一核有难,多核围观的尴尬.这便是我们以后要研究的重点. 3. CPU的不同架构类型
x86架构类型(如Intel,AMD生产的芯片大多数是x86CPU)arm架构类型(如Apple A17仿生芯片,骁龙888等用于移动设备的芯片大多数都是armCPU)x86的优点就是性能较高,但功耗较高,而arm恰恰相反.
1.4 指令
所谓指令即指导CPU进行工作的命令主要有操作码被操作数组成。 其中操作码⽤来表⽰要做什么动作被操作数是本条指令要操作的数据可能是内存地址也可能是寄存器编号等. 冯诺依曼体系结构规定: 一个程序,指令和数据要在储存器中保存,CPU如果需要执行,都需要自动从存储器中去取指令和数据.即指令要先加载到内存中,才可以被CPU读取并执行. eg:一个Java程序 --.java --编译 -- .class字节码文件 --jvm --到达内存 -- 翻译 --CPU识别.
计算机中CPU的指令识别也有一定的规则,所以我们引入了指令表: 每个CPU被设计出来之后,都会提供这样一个指令表.这个指令表中的opcode对应的是内存数据中的操作码.就是告诉CPU要怎么做的二进制指令.操作的地址或寄存器就是告诉CPU从哪里取出被操作数(数据)并存储到哪里.
1.5 CPU的基本工作流程(重点)
读指令 把内存中的指令数据读取到CPU的寄存器中解析指令 CPU通过指令表来解析当前指令要求它干啥执行指令
注:寄存器是CPU用来保存数据的地方,一般有A,B,PC,IR四个,其中IR用来读取内存中的指令,PC用来读取内存中的地址.IR可通过PC提供的内存地址来从内存中取出指令来解析.,AB寄存器都是用来存储数据的. 下面来用图来形象地表示上述过程: 总结:
CPU中的PC寄存器,是决定要执行那条指令的关键指令是有动作操作对象组成的.CPU眼中只有指令,没有其他概念.
2. 操作系统
操作系统是⼀组做计算机资源管理的软件的统称。⽬前常⻅的操作系统有Windows系列、Unix系 列、Linux系列、OSX系列、Android系列、iOS系列、鸿蒙等。它们可以让计算机按照一定的规则进行执行,并管理好这个计算机上所有的硬件与软件资源,这是操作系统诞生的初心. 操作系统: 这个家没我都得散.
2.1 操作系统的定位 注:上述操作系统,可以看做操作系统内核. 那么操作系统是如何完成一个功能的呢?操作系统内核为应用程序提供了API,应用程序通过调用操作系统内核的API,来告诉操作系统内核这个进程并创建,之后操作系统内核通过与中央处理器的驱动程序,来在处理器中完成调用指令与数据. 这么说来有些抽象,我们通过银行柜台取钱的例子来解释:
应用程序相当于一个来取钱的人API相当于存折取钱的人(应用程序)把存折(API)递给银行柜台的员工(操作系统),之后柜台员工(操作系统)从保险柜(处理器)中把钱取出来递给取钱的人(应用程序).
2.2 进程与任务
注意:下面谈到的进程都是只包含一个线程的进程 进程是操作系统对⼀个正在运⾏的程序的⼀种抽象换⾔之可以把进程看做程序的⼀次运⾏过程同时在操作系统内部进程⼜是操作系统进⾏资源分配的基本单位。 系统资源分配情况可通过系统资源管理器来查看: 但是上述的操作系统中的进程又非常多,我们就要考虑如何管理的问题了.
操作系统通过进程控制块抽象(PCB Process Control Block)来描述一个进程,PCB其实就是java中的一个类,操作系统底层的一个结构体成员.操作系统通过一定的数据结构来把这些PCB有序地组织起来,如线性表(一般是链表),搜索树.方便增删查改.
那么这个结构体变量中有包含哪些信息呢: pid: 进程的id标识符. 内存指针: 这是一组指针组,告诉OS,该进程的指令位于内存中的地址以及进程依赖数据的地址. 文件描述符表: 一个进程在运行的时候要操作的文件,PCB会通过顺序表的数据结构来记录当前进程都打开了哪些文件. 支持进程调度的属性: 要想解释明白这个属性,我们要先解释什么是进程调度: 假设有100个进程,CPU虽然有多个核心,假设为16个,只能同时处理16个进程,这16个进程是完全同时执行,我们把他称为并行,但是如果想要执行100个,显然全部并行是远远不够的,这是CPU就会把总执行时间切为若干个小段,在这一小段的时间中,对进程频繁切换,我们称为并发执行.只不过时间非常短,人类感觉不到切换. 所以,进程的调度从微观上来讲分为两种:1. 并行: 在时间上完全同时执行. 2. 并发: 在时间上串行,但是在宏观上也是同时执行. 所以上述调度从宏观上来谈,统称并发. 之后我们再来谈PCB中的第四个属性: 状态: 进程分为两种状态:就绪状态和阻塞状态.就绪状态就是随叫随到,阻塞状态的进程指令与数据暂时无法再CPU上执行.优先级: 那个进程优先级高,就优先调用哪个进程.上下文: 进程在CPU执行中,会产生许多的中间结果,进程在切换出CPU前,就需要把中间结果保存到PCB的上下文中,我们称为存档,下次进程回到CPU上时,就要把之前的存档回复回来,我们称为读档.记账信息: OS要避免某个进程一直吃不到资源,所以就要进行统计,给分配的比较少的进程多分配一点. 举例:渣女小故事 一个女生同时被3个男生追: A男生:有钱多金 B男生:颜值高,长得帅 C男生: 开心果,会给女生提供情绪价值( 舔狗 ) A男生比较有钱多金,所以经常出差,在平时,他可以随叫随到,是就绪状态,但是在他出差的时候,就不会随叫随到,进入阻塞状态 C男生可以提供精神食粮,其实就是会舔,女生认为精神上的安慰更实在,所以C的优先级会更高,C分配的时间就会相对较多 有一天,A男生的妈妈过生日,C男生打算去海边玩,然后女生就打算对男生A说,我买了一条红围巾,打算对C说,我买了一身性感的泳衣,由于小姐姐泡的男人太多了,看错A和C男生法的信息了,一不小心把A和C给整叉了,这就尴尬了.(C:你去海滩戴围巾??? , A:你给我妈妈买了一身性感的泳衣???)可见上下文的重要性. 哎呀~~,把咱们的B小朋友给掉了,给咱们B小朋友多分配一点时间吧,所以记账信息也会起到一定的作用.
