【Linux】Linux 计算机基础

现代计算机设备的组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

CPU
bus：总线
memory: 编址存储设备
read ahead 高速缓存

IO: 与外部部件交互
    磁盘 网卡

虚拟机：虚拟计算机

CPU：运算器、控制器
CPU指令，指令集；
特权指令：OS运行特权指令；
普通指令：
程序员：

OS: Operating System
软件程序
通用目的
硬件驱动
进程管理
内存管理
网络管理
安全管理

System Call 系统调用

编程层次：
    硬件规格：hardware specifiacation
    系统调用：
    库调用：  library call

UI: user interface 用户接口
GUI: Graphic User Interface 图形用户接口
CLI: Command Line Interface 命令行接口

ABI: Application Binary Interface 应用二进制接口
API：Application Programming Interface 用用程序接口

CPU架构类型：
x86
x64
arm

m68000, m68k
power
powerpc
ultrasparc
alpha
安腾

Windows
Linux：
Linus –> Linux

GNU/Linux

Unix：
System （Bell Lab）
AIX （IBM）
Solaris (SUN)
HP-UX (HP)
BSD: （BSRG）Berkeley System Distribution 伯克利软件套件
NetBSD
OpenBSD
FreeBSD

MIT：Richard Stallman
GNU: GNU is Not Unix；
GPL：General Public License
CPU, memory, I/O

程序运行模式：
用户空间：user space, us
内核空间：system space

POS: Portable Operating System 可移植操作系统
POSIX

API: 编程接口；

运行程序格式：
Windows: EXE, dll(dynamic link library 动态链接库文件)
Linux: ELF, so(shared object 共享对象)

程序：指令+数据
    指令：只读
    数据：读写

程序：算法+数据结构

库调用，系统调用：允许被调用的程序；

malloc(), free()

编程语言：
    汇编语言：微码编程
        系统中某些与硬件相关的特有代码、驱动程序开发；
    高级语言C, C++：
        系统级应用、驱动程序
    高级应用java, python, php：
        应用程序

    unix-like

LSB: Linux Standard Base Linux标准库

程序包管理器：
rpm:
RHEL, Fedora, S.u.S.E, CentOS
dpt:
Debian, Ubuntu

自由软件：
自由使用；自由学习和修改；自由分发；自由创建衍生版；

Linux的哲学思想：
1、一切皆文件；
把几乎所有资源，包括硬件设备都组织为文件格式；
2、由众多单一目的小程序组成；一个程序只实现一个功能，而且要做好；
组合小程序完成复杂任务；
3、尽量避免跟用户交互；
目标：实现脚本编程，以自动完成某些功能；
4、使用纯文本文件保存配置信息；
目标：一款使用的文本编程器即能完成系统配置工作；

如何获取CentOS的发行版：
http://mirrors.aliyun.com
http://mirrors.sohu.com
http://mirrors.163.com

# startx &

终端：
用户与主机交互，必然用到的设备；

物理终端：直接接入本机的显示器和键盘设备；/dev/console

虚拟终端：附加在物理终端之上的以软件方式虚拟实现的终端，CentOS 6默认启动6个虚拟终端
    Ctrl+Alt+F#: [1,6]
    图形终端：附加在物理终端之上的以软件方式虚拟实现的终端，但额外会提供桌面环境；

    设备文件路径：/dev/tty#
模拟终端：
    图形界面下打开的命令行接口，基于ssh协议或telnet协议等远程打开的界面

    设备文件：/dev/pts/#    [0,oo)

查看当前的终端设备：tty

交互式接口：启动终端后，在终端设备附加一个交互式应用程序
GUI：
X protocol, window manager, desktop

    Desktop:
        GNOME (C, gtk)
        KDE   (C++, qt)
        XFCE  (轻量级桌面)
CLI：
    shell程序：
        sh (bourn)
        csh 
        tcsh
        ksh (korn)
        bash (bourn again shell), GPL
        zsh 

    显示当前使用的shell：
        # echo ${SHELL}

    显示当前系统使用的所有shell：
        # cat /etc/shells

    命令提示符：prompt
        [root@localhost ~]#
            [root@localhost ~]：PS1
            prompt：
                管理员：#
                普通用户：$

硬件系统主要有五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
运算器：负责算术与逻辑运算。与控制器共同组成了中央处理器
控制器：负责发送和接收指令
存储器：用来存储正在进行程序、将要进行程序的数据及刚处理完的数据
输入设备：用来进行输入的设备
输出设备：用来进行输出的设备

硬件是基础，硬件需要通过系统软件控制来启动硬件，并让各个硬件之间相互协同工作，在系统软件的基础上是用户，用户操控的是系统软件，并在系统软件的基础上安装相应的应用软件，来完成用户所需要的工作，所以说最底层的是硬件，硬件上一层是系统软件，系统软件上一层是应用软件，而最上层的则是用户

计算机的工作原理
算机的工作过程，就是执行程序的过程。怎样组织存储程序，涉及到计算机体系结构问题。
现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计末造出来的。
了解了“程序存储”，再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想让计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输入设备送到存储器保存起来，即程序存储。
根据冯·诺依的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。执行。执行一条指令可分为以下4个基本操作

取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。
分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。
执行指令：根据指令译码，向各个部件发岀相应控制信号，完成指令規定的各种操作
为执行下一条指令作好准备，即取出下一条指令地址

计算机使用二进制的原因
技术实现简单
简化运算规则
适合逻辑运算
易于进行转换
抗干扰能力强

机器数和真值

一个数在计算机中的二进制表示形式，叫做这个数的机器数。机器数是带符号的，在计算机用一个数的最高位存放符号，正数为0，负数为1
因为第一位是符号位，所以机器数的形式值就一等于真正的数值，将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值（10000011的真值是-3，而不是131）

但是机器不是这么区分一个数的正负的，人可以直接看到第一位是1还是0来区分，机器如果直接判断会增加电路的复杂程度，所以人们就将符号位也参与运算，这样根据1-1=1+(-1)，只保留加法，于是有了原码、反码和补码

原码：符号位加上真值的绝对值，即用第一位表示符号，其余位表示值
-1 >> 1000 0001
1 >> 0000 0001
[-127,127]

反码：
正数的补码是基本身
负数和补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位数取反
1 >> 0000 0001
-1 >> 1111 1110

补码：
正数的补码是基本身
负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位数取反，最后加1(即反码+1)
1 >> 0000 0001
-1 >> 1111 1111

在计算机系统中，数值一律使用补码来表示、存储
因为这样减法可按加法来处理，0000 0001 + 1111 1111 = 0000 0000 ，进位舍去
其实可以这样推导：
为了实现一个正数i加上一个数等于0 ，所以用0-i，比如i等于0000 0001,那么0-i就是1111 1111, 我们知道0-1=-1, 所以 -1的补码就是1111 1111 ，以此类推，一个负数的补码就是0-对应正数的补码。

二进制

	十进制	二进制
基本数字	10个，0-9	2个，0、1
进位规则	十进一	二进一

111001：2^5+2^4+2^3+2^0=57

二进制：计算机内部用二进制，运算简单，简化了计算机结构
八进制：标志的开头用0表示，用0-7的数字表示
十六进制：标志的开头用0x表示，用0-9、A、B、C、D、E、F表示

运算符

运算符	运算	示例
`&`	与运算	`6 & 3 = 2`
`	`	或运算	`6	3 =7`
`^`	异或运算	`6 ^ 3 = 5`
`~`	反码	`~6 = -7`
`<<`	左移	`3<<2 = 12`
`>>`	右移	`3>>1 = 1`
`>>>`	无符号右移	`3>>>1 = 1`

按位与&
两位全为1，结果才为1
按位与&的特殊用法：

清零，如果想将一个单元清零，即使其全部二进制位为0，只要与一个各位都是零的数值相与，结果为零。10101110 & 00000000 = 00000000
取一个数中指定位：找一个数，对应x要取的位，该数的对应位为1，其余位为零，此数与x进行“与运算”可以得到x中的指定位。10101110 & 00001111 = 00001110 取后四位

按位或|
只要有一个为1,结果就为1
按位或|特殊用法：
常用来对一个数据的某些位设置为1：找到一个数，对应x要设置1的位，该数的对应位为1，其余位为零。此数与x相或可使x中的某些位置1。10100000 | 00001111 = 10101111 后四位置一

异或^特殊用法：
两位值不同则该位结果为1，否则为0

使特定位翻转：特定位异或1。10101110 ^ 00001111 = 10100001 后四位翻转
与0相异或，保留原值。10101110 ^ 00000000 = 10101110
两个变量交换值
1. 借助第三个变量来实现 C=A;A=B;B=C;
2. 利用加减法实现两个变量的交换 A=A+B;B=A-B;A=A-B
3. 异或运算，一个数异或本身等于0和异或运算符合交换律 A=A^B;B=A^B;A=A^B

取反与运算~
对一个二进制数按位取反，即将0变为1，1变0

左移<<
将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位，左边的二进制位丢弃，右边补0

右移>>
将一个数的各二进制位全部右移若干位，正数左补0，负数左补1，右边丢弃。操作数每右移一位，相当于该数除以2

无符号右移运算>>>
各个位向右移指定的位数。右移后左边空出的位用零来填充。移除右边的位被丢弃。

负数以其正数的补码形式表示
反码加1称为补码
32位整数，最高位为1，就是负数
负数左移或者右移