一、什么是計算機？
計算機是一種能夠按照指令對各種數據和信息進行自動加工和處理的電子設備。
電腦系統分為硬件和軟件兩大部分，硬件相當於人的身體，而軟件相當於人的靈魂；而一套完整的計算機系統分為：計算機硬件，操作系統，軟件（程序員開發的就是軟件）
操作系統是用來調用、組織計算機的各硬件來運行工作的，而應用程序是基於操作系統之上的，操作系統也就相當於應用程序的運行平台，或是軟件與硬件溝通的介質，由軟件通過系統再由系統傳遞需要調用的硬件進行工作。
二、計算機的組成
計算機是由CPU、主板、內存、硬盤、顯卡、電源、鍵盤鼠標等組成。
1.CPU：也稱為中央處理器，是電腦運算的核心，好比人的大腦
2.主板：這是決定你電腦性能的重要零件之一
3.內存：當電腦工作時，電腦會在這里臨時存儲數據，相當於人的記憶
4.硬盤：永久存儲；平常說的硬盤有多少G多少G，就是指這個硬盤的容量，而G數越多裝的東西也越大
5.顯卡：電腦通過顯卡轉送數據給顯示器
6.電源：拱電腦各部件使用
7.鍵盤鼠標：向電腦輸入有用的命令，讓它們為我們工作
從基本結構上來講，電腦可以分為五大部分：運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備。
計算機的大腦就是CPU，它從內存中取指令-->解碼-->執行，然后再 取指令-->解碼-->執行下一條命令，一直循環，直至整個程序被執行完成。如果說CPU同時處理QQ、快播、網易雲音樂三個程序，那么會處理完第一條后再接着處理下一條，因為訪問內存以得到指令或數據的時間比CPU執行指令花費的時間比較長，所以CPU內部會有一些用來保存關鍵變量和臨時數據的寄存器，CPU的指令集可以把來自寄存器、內存的操作數據組合，或者用兩者生產一個結果，比如將兩個字相加並把結果存在寄存器或內存中。
寄存器：1.保存變量和臨時結果的通用寄存器
2.程序狀態字寄存器（PSW），包含條碼位、CPU優先級、模式（用戶態或內核態），以及各種其他控制位。
當一個任務執行系統調用而陷入內核代碼中執行時，我們就稱進程處於內核運行態（或內核態）；當進程在執行用戶自己的代碼時，稱其處於用戶運行態（用戶態）。
3.用戶態切換到內核態
a.系統調用：用戶態進程主動要求切換到內核態的一種方式
b.異常：當CPU在執行運行在用戶態下的進程時，發生了不可知的異常，這時會觸發由當前運行進程切換到處理異常的內核相關程序中，也就切到內核態，比如缺頁異常
運行速度比較
CPU > 內存 > 硬盤 如圖
多線程和多核芯片
1.在cpu芯片中加入更大的緩存，一級緩存L1,用和cpu相同的材質制成，cpu訪問它沒有時延
2.一個cpu中的處理邏輯增多,多線程或超線程,對用戶來說一個有兩個線程的cpu就相當於兩個cpu
3.除了多線程，還出現了2個或者4個完整處理器的cpu芯片
寄存器即L1緩存：與CPU一樣快，32位和64位的兩種情況下容量均<1KB
高速緩存即L2緩存：主要由硬件控制高速緩存的存取，內存中有高速緩存行按照0~64字節為行0，64~127為行1
主存，為存儲器系統的主力，主存通常稱為隨機訪問存儲RAM，就是我們通常所說的內存，容量一直在不斷攀升，所有不能再高速緩存中找到的，都會到主存中找，主存是易失性存儲，斷電后數據全部消失
除了主存RAM外，還有許多計算機在使用少量的非易失性隨機訪問存儲如ROM，斷電后存儲內容不會丟失，ROM出廠就被編程完畢，不可修改。ROM速度快且便宜，使用於啟動計算機的引導加載模塊中
EEPROM（Electrically Erasable PROM，電可擦除可編程ROM）和閃存（flash memory）也是非易失性的，但是與ROM相反，他們可以擦除和重寫。
CMOS，它是易失性的，許多計算機利用CMOS存儲器來保持當前時間和日期，CMOS存儲器和遞增時間的電路由一小塊電池驅動，所以，即使計算機沒有加電，時間也仍然可以正確地更新，除此之外CMOS還可以保存配置的參數，比如，哪一個是啟動磁盤等
磁盤低速的原因是因為它一種機械裝置，在磁盤中有一個或多個金屬盤片，它們以5400，7200或10800rpm（RPM =revolutions per minute 每分鍾多少轉 ）的速度旋轉。從邊緣開始有一個機械臂懸在盤面上，這類似於老式黑膠唱片機上的拾音臂。信息卸載磁盤上的一些列的同心圓上，是一連串的2進制位（稱為bit位），為了統計方法，8個bit稱為一個字節bytes，1024bytes=1k，1024k=1M，1024M=1G,所以我們平時所說的磁盤容量最終指的就是磁盤能寫多少個2進制位。
每個磁頭可以讀取一段換新區域，稱為磁道
把一個戈丁手臂位置上所以的磁道合起來，組成一個柱面
每個磁道划成若干扇區，扇區典型的值是512字節
數據都存放於一段一段的扇區，即磁道這個圓圈的一小段圓圈，從磁盤讀取一段數據需要經歷尋道時間和延遲時間
平均尋道時間
機械手臂從一個柱面隨機移動到相鄰的柱面的時間成為尋到時間，找到了磁道就以為着招到了數據所在的那個圈圈，但是還不知道數據具體這個圓圈的具體位置
平均延遲時間
機械臂到達正確的磁道之后還必須等待旋轉到數據所在的扇區下，這段時間成為延遲時間
總線
北橋即PCI橋：連接高速設備
南橋即ISA橋：連接慢速設備
資源單位 進程
執行單位 線程
啟動計算機
在計算機的主板上有一個基本的輸入輸出程序（Basic Input Output system)
BIOS就相當於一個小的操作系統，它有底層的I/O軟件，包括讀鍵盤，寫屏幕，進行磁盤I/O,該程序存放於一非易失性閃存RAM中。
啟動流程
1.計算機加電
2.BIOS開始運行，檢測硬件：cpu、內存、硬盤等
3.BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啟動設備
4.從啟動設備上讀取第一個扇區的內容（MBR主引導記錄512字節，前446為引導信息，后64為分區信息，最后兩個為標志位）
5.根據分區信息讀入bootloader啟動裝載模塊，啟動操作系統
6.然后操作系統詢問BIOS，以獲得配置信息。對於每種設備，系統會檢查其設備驅動程序是否存在，如果沒有，系統則會要求用戶按照設備驅動程序。一旦有了全部的設備驅動程序，操作系統就將它們調入內核。然后初始有關的表格（如進程表），穿件需要的進程，並在每個終端上啟動登錄程序或GUI