计算机是由那些部件组成的吗?计算机的程序是怎样运行的?

前言

我们每天都在使用计算机,每天都打开和关闭它们,但是您是否知道计算机是由这些组件组成的?电脑是怎么启动的?计算机程序如何运行?

那我们就来了解一下吧。

一、计算机硬件结构

电脑由机箱、电源、主板、硬盘、记忆棒、CPU、显卡、光驱、显示器、鼠标、键盘、音响等组成。

再深入一点,计算机由算术单元(数学单元、加法器、逻辑单元)、控制器(与算术单元一起称为CPU)、存储器(内存,以及使用平面寻址来区分地址)和I/O 设备(输入设备和输出设备)。

二、电脑启动原理

这里还是要先介绍两个基本的重要概念。

BIOS:“Basic Input/”(Basic Input/ ),它是一组“固化”在计算机主板上的ROM中并与硬件直接关联的程序,它保存了最重要的基本输入程序、系统设置信息、上电自检程序和系统自启动程序的主要功能是为计算机提供最低、最直接的硬件设置和控制计算机电源结构分为,包括系统BIOS (主板 BIOS)。其他设备BIOS(如IDE控制器BIOS、显卡BIOS等),系统BIOS占据主导地位。在计算机启动过程中,每个BIOS的启动都在其控制下进行。

内存地址:我在虚拟内存的介绍中提到过。我们知道,内存空间最基本的单位是位。每个字节占用一个地址(地址是供CPU识别这些空间用的,用十六进制表示),而最早的8086处理器只能识别1MB(B的20次方)空间,这1MB内存中的640KB低端的(也就是最后的)叫做基本内存,剩余的内存(全部)是扩展内存。这 640KB 空间是由显存和每个 BIOS 获得的。

现在正式开始介绍电脑启动过程(从打开电源到操作系统启动前)

1、当按下电源开关时,电源开始为主板和其他设备供电。这时候电压是不稳定的,所以当主板认为电压没有达到CMOS中记录的CPU频率的要求时,电压低时,就会向CPU发送RESET信号(即复位,不让CPU跑得更远),但只有瞬间不稳定的电压才能达到符合要求的稳定值。此时撤消复位信号,CPU立即从基本存储器中取出。 BIOS 部分读取跳转指令并跳转到 BIOS 的真正引导代码。这样,系统 BIOS 启动,后续进程由系统 BIOS 控制。

2、系统BIOS在开机后会进行开机自检POST(Power On Self Rest)。不过这个过程非常快,主要是检测关键设备(如电源、CPU芯片、BIOS芯片、基本内存等)的存在以及电源是否处于良好状态。如果自检有问题,系统喇叭会发出警报(根据警报的长短和频率,你可以知道哪里出了问题。

3、如果自检通过,系统BIOS会搜索显卡BIOS,找到后调用显卡BIOS的初始化代码,此时显示器开始显示(这就是为什么自检失败只能通过鸣响提醒)。显卡 BIOS 会在屏幕上显示显卡的相关信息(但目前的笔记本似乎不显示)。

4、显卡检测成功后,会测试其他设备。通过后系统BIOS会重新执行自己的代码并显示自己的启动画面,在屏幕上显示其相关信息,然后进行内存测试(这些在当前电脑上是看不到的),系统BIOS设置页面只出现很短的时间。此时可以将系统BIOS设置为需要的设置,完成后会重启。

5、 之后,BIOS 会检测系统的标准硬件(如硬盘、软驱(虽然很多电脑已经没有软驱)、串口和并口等),并且测试完成后会继续检测即插即用设备,如果可用,为设备分配中断、DMA通道、I/O端口等资源。至此,所有设备均已测试完毕。旧机会将清屏一次并显示系统配置表。如果和上次开机相比,硬件有了变化。 BIOS也会更新ESCD,即“数据”( data),是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的数据。这些数据存储在 CMOS 中。 当前机器不再显示这些。

6、 当以上所有步骤都顺利进行后,BIOS会执行最后一个任务:按照用户指定的启动顺序启动(也就是我们经常需要设置系统在哪里启动,一般默认是硬盘,如果需要安装系统,也会设置为光驱或者USB设备)。请注意,这是指启动顺序。如果设置为从光驱启动,而光驱中没有光盘,系统将继续从硬盘启动。 .

至此,操作系统启动前的所有启动步骤就完成了。如果从硬盘启动,则操作系统启动过程。关于这部分,不同的系统是不同的。我们想以xp和vista为例,内容比较多,下次介绍一下。

以下是上述启动过程的流程图。根据这个图可能更方便理解上面的内容:

图片[1]-计算机是由那些部件组成的吗?计算机的程序是怎样运行的?-4747i站长资讯

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图片[3]-计算机是由那些部件组成的吗?计算机的程序是怎样运行的?-4747i站长资讯

操作系统启动前的计算机启动过程。我在《计算机启动过程(一)—-计算机初始化启动过程》)一文中已经详细介绍了计算机的启动过程。今天,我将介绍初始启动过程。操作系统的启动过程。

我们只介绍系统的启动。由于vista和操作系统的启动采用了全新的方式,这里需要分别介绍xp和Vista(基本相同)。为了不让大家看不懂,我只介绍一个粗略的过程。

启动xp系统

系统BIOS初始化时,会将控制权交给主引导记录(MBR:Boot),MBR会检查硬盘分区表,找到硬盘上的引导分区,然后在上引导操作系统引导分区。该区域被转移到内存中并执行其NTDLR文件。

NTDLR 会将微处理器从实模式(在这种模式下,计算机认为内存为 64KB,其他未扩展内存)转换为 32 位平面内存模式(在这种模式下,CPU 识别的所有内存都被认为是可用的记忆) 。然后,NTDLR 启动迷你文件,以便它可以识别所有使用 NTFS 和 FAT(FAT32) 文件系统。

之后,NTLDR 将读取 boot.ini 文件以确定应该启动哪个系统。如果boot.ini中只显示一个系统或者(系统选择页面停留时间)参数设置为0,则不会出现该系统选择页面,直接启动默认系统。

如果boot.ini中有多个启动启动项,选择不同的系统时,计算机的下一次启动过程会有所不同。如果选择的不是xp,NTLDR会读取.dos启动相应的系统,如果选择xp,则进入硬件检测阶段。

在这个阶段,会收集一个计算机硬件信息列表返回给NTLDR,以便将这些信息写入注册表(具体如下)。

然后选择硬件配置。如果计算机包含多个硬件配置,则会出现配置选择页面。如果只有一个,系统会直接进入默认配置。

之后,xp内核就被加载了。 NTLDR首先加载.exe(即xp系统内核),但此时内核并未初始化,而是加载硬件抽象层(即HAL,一个hal.dll文件),然后加载低级设备驱动程序和所需的服务。

完成这些后,我们将开始初始化内核。这时候我们就可以看到xp的LOGO和启动进度条了。在进度条的移动过程中,内核使用刚才收集的配置信息创建的密钥。然后创建电脑数据备份,初始化并加载设备驱动,启动xp高级子系统及其服务,用win32子系统启动进程。

.exe 将启动Local,此时会显示xp 欢迎画面或登录确认框(如果设置了多个帐户或密码)。这时候系统还在继续初始化刚才没有完成的驱动。

欢迎画面结束或用户正确登录后,最后需要检查是否有任何服务需要加载和加载。之后出现xp桌面,系统启动完成。

Vista() 开始

Vista和Vista的启动过程要简单很多(其实就是简化了启动步骤),采用了全新的启动方式。详情如下:

MBR获得控制权后,也会读取引导扇区来启动引导管理器的.exe程序,

启动管理器的.exe执行时,会读取Boot Confi Data store中的信息(里面包含了所有电脑操作系统的配置信息),然后在此基础上生成启动菜单。当然计算机电源结构分为,如果只安装了一个系统,则不会出现启动选择页面,如果安装并选择了另一个系统,系统会加载相应系统的启动文件。

Vista 启动时,.exe 系统内核和硬件抽象层 hal.dll 也会被加载,以加载所需的驱动程序和服务。

内核初始化后,会继续加载会话管理器smss.exe(注意这个文件一般情况下在/文件夹下,如果没有,可能是病毒)。

之后启动应用程序.exe(正常情况下也存在/文件夹下,如果没有,很可能是病毒)就会启动,它负责启动.exe(服务控制管理器),lsass。 exe(本地安全授权)和lsm.exe(本地会话管理器),一旦启动失败,电脑会蓝屏死机。

这些进程成功启动后,您就可以登录系统了。至此,Vista()启动完成。

另外补充一点知识:我们知道在Vista或系统下安装xp后,开机时会直接启动xp,不会出现系统启动选择页面。这是因为在安装xp时,会被覆盖MBR覆盖Vista的引导记录或,但安装Vista后或XP下不存在此问题。这是因为Vista和Vista虽然也会覆盖引导记录,但是也会保存原来的引导程序,虽然引导权也被Vista抢走了,或者因为支持跳转到之前的引导程序,所以可以直接显示多-系统页面。

最后,由于时间关系,没有专门做流程图,只附上我找到的系统启动流程图。这张图比较简单,并没有列出所有的启动程序,但是有电脑初始化启动过程,比较全面。如图:

图片[4]-计算机是由那些部件组成的吗?计算机的程序是怎样运行的?-4747i站长资讯

转载:宣健>《我的图书馆》

三、电脑程序操作

程序:指令+数据

RAM:随机存储,如电脑记忆棒

ROM:只读内存,如电脑bios占用的内存

cpu读取内存中的指令和数据,实现程序运行

cpu由运算器、控制器、寄存器等组成,简单的加法运算:1、控制器读取内存控制数据,2、控制器将内存中的加数数据发送给运算器单元,3、算术单元将加数暂存到寄存器中,4、控制器将内存中的加数数据发送给算术单元, 5、算术单元将加数和被加数相加 将计算发送到内存中。

文章来源:https://blog.51cto.com/gtssoul/1713551

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