从软件到硬件

[MrZWH]

内容概要

• 认识更多种类的计算机
  • PC机
  • 小型机：主板更加稳定，内存比普通的台机要高级要大，cpu也更高级。
  • 超级计算机：集成了很多cpu。用在天气预报、生物工程等等。
  • 单片机：在一块电路板上实现的cpu的功能，由多个电路模块组成，用的比较多
  • 单板机：把cpu功能封装到芯片上，用的比较少，古老的工业设备上。
• 软件与硬件的异同
  • 结构角度
  • 硬件天然具有模块化属性。软件有bug可以持续开发，硬件不一样成本很高。
  • 开发角度
  • 维护角度
  • 第三种概念——固件，软件+硬件。
• 单片机与嵌入式
  • 集成电路是现代计算机的基础
  • 单片机与中央处理器不同
  • 单片机的CPU叫微控制器
  • 单片机通过引脚与其他芯片或设备连接
• 单片机的指令集
  • x86_64指令集，x86_64架构底层是冯诺依曼
  • ARM指令集，ARM公司卖cpu解决方案，手机99%是arm芯片架构，arm架构底层是哈弗
  • MIPS指令集，一般用在比较高端的服务器上
  • 操作系统可以屏蔽硬件差异
  • 使用 Node.js可以忽略指令集之间的差异
• 单片机的接口
  • GPIO：Inter-Integrated Circuit 通用输入/输出接口
  • Inter-Integrated Circuit 集成电路总线
  • UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步收发传输器
  • PWM：Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制
  • ADC：Analog-to-Digital converter 模/数转换器
• 外部设备
  • 输入设备：把你的数据传给cpu，当敲击键盘一个字符的时候，键盘会把这个字符转成相应的二进制电脉冲输入到cpu当中
  • 输出设备
  • LED模块
  • LCD模块
  • 存储设备
  • 传感器属于输入设备，相当于人类的感觉器官。通过物理手段感知周围环境的变化，然后把变化转为电信号，然后把电信号输入到mcu嵌入式芯片上面
  • 按钮：低电压用按钮
  • 继电器：相当于复杂的按钮，高电压用继电器，用安全的电压控制危险的电压。
  • 温湿度传感器
  • 光照传感器
• 中央处理器
  • 运算器：算术、逻辑
  • 控制器：
• CPU是怎样工作的
  • 图灵机：有限状态机
  • 冯诺依曼架构：Intelcpu按这个架构设计
  • 哈弗架构
• 计算机语言的本源与发展
  • 本源：二进制数据
  • 第一代语言：机器指令
  • 第二代语言：汇编指令
  • 第三代语言：高级语言
  • 第四代语言：面向对象语言
• 汇编指令入门
  • 汇编语言是最贴近底层的计算机语言
  • 是直接操作硬件的，没有任何抽象
  • 由指令与数据组成，没有任何语句
  • 收到硬件平台限制，可移植性很低
  • 了解一些汇编，对理解计算机的运作机制和内存管理有好处
• 了解操作系统
  • 屏蔽硬件物理特性
  • 屏蔽操作细节
  • 有效管理系统资源
  • 硬件资源：cpu运算资源
  • 软件资源
  • 提高系统资源使用效率
  • 操作系统协调底层资源

Unix哲学

• 小即是美
• 并行思考
• 分层设计
• 数据决定一切

Linux系统架构

• 用户模式
  • 应用程序（sh、vi、OpenOffice.org等）
  • 复杂函式库（KDE、glib等）
  • 简单函式库（opendbm、sin等）
  • C函式库（open、fopen、socket、exec、calloc等）
• 内核模式
  • 系统中断、呼叫、错误等软硬件讯息
  • 内核（驱动程式、进程、网络、内存管理）
  • 硬件（处理器、内存、各种装置）