计算机基础

说来惭愧，大学毕业后才发现自己最基础的计算机工作机制都还没搞清楚。。

计算机：历史那些就不巴拉了。主要介绍一下计算机是什么，如何工作的（主要介绍硬件）内容。

计算机工作机制：计算机，字面理解，顾名思义主要是用于计算的机器。硬件系统五大：运算器、 控制器、存储器、以及外围的I/O输入输出设备。我们知道一个程序是由：指令+数据组成。指令由控制器发布到运算器，指使运算器进行运算。

关于0和1
由此计算机工作是由0和1二进制工作的，为什么呢，有人可能会说计算机只认识1和0。。。这还是没有说清楚的，要知道计算机是电子设备，电子设备电路的通和断两个状态容易实现和区分，所以1和0代表电路的通和断，电子元件表示两个状态很容易，多个就不容易了，两个状态正好是可用二进制数学表示。如何是十进制，则机器要表示0到9，十种形态则不容易实现。

我们现在主关注中间，可以看到存储器里存储了程序的数据及指令，控制器调用存储器里的指令需求要运算的数据地址，并将其传送到运算器进行运算，运算器通过电路的闭合实现逻辑、算术运算。

CPU
常说的CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。

存储器，这里的存储器是指RAM内存。
RAM-RamdomAccessMemory易挥发性随机存取存储器，高速存取，读写时间相等，且与地址无关，如计算机内存等。
ROM-Read Only Memory只读存储器。断电后信息不丢失，如计算机启动用的BIOS芯片。存取速度很低，（较RAM而言）且不能改写。
计算机的加电自检，BIOS是一组固化到主板上ROM芯片中的一组程序， BIOS保存着计算机的基本输入输出程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序，BIOS设置程序储存在CMOS芯片中。

Cache(cpu与内存的中转站)
在计算机中，CPU与Cache之间交换数据是以字为单位的，而Cache与内存之间交换数据是以块为单位的，并且在Cache中，是以若干字组成的块为基本单位的。一般情况下，CPU需要某个数据的时候，它会把所需数据的地址通过地址总线发出，一份发到与内存中，一份发到与Cache匹配的相联存储器（CAM）中，CAM通过分析对比地址，来确定所要的数据是否在Cache中，如果在，则以字为单位把CPU所需要的数据传送给CPU，如果不在，则 CPU在内存中寻找到该数据，然后通过数据总线传送给CPU，并且把该数据所在的块传送到Cache中。从此原理可以知道，Cache的作用就是在CPU 与内存中做个中转站，尽可能的让CPU访问自己，而不去访问内存，从而降低延迟，提高效率。
CPU相对内存要快很多，所以会添加缓存，其依据于程序局部性原理（局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行；如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后。其附近的存储单元也将被访问）。显然我们知道只要使程序的工作集全部集中在内存中，就可以大大减少进程的缺页次数；否则会使进程在运行过程中频繁出现缺页中断，从而出现频繁的页面调入/调出现象，造成系统性能的下降，甚至出现“抖动”。了解程序的局部性，能编写出更高效的代码。因为有良好局部性的程序能更好的利用缓存。

操作系统，协调其他具体程序工作。一组控制和管理计算机硬件和管理软件资源,合理对各类作业进行调度,以及方便用户使用的一组程序的集合
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充。
底层，硬件–操作系统–库–应用程序等等。