网络工程师硬件基础：CPU、Cache、通道与总线解析

全尺寸"一次性为用户提供所需全部内存的技术，而是只提供一部分实际物理内存，通过在主存与辅存之间进行动态交换来模拟比实际物理内存更大的内存空间。这种技术使得大型程序能够在只有有限内存的计算机上运行。 在计算机硬件系统中，CPU（中央处理器）是核心组件，包括运算器和控制器，负责执行指令和控制整个计算机的操作。计算机的指令系统由操作码和地址码组成，操作码指示要执行的操作，地址码则指向操作的数据。存储系统包括主存和辅存，主存通常由RAM（随机访问存储器）构成，用于存储正在运行的程序和数据，而辅存如硬盘则用于长期存储。Cache是一种高速缓冲存储器，位于CPU和主存之间，用于减少主存访问延迟，提高性能。Cache的结构包括存储体、地址映像和替换机构，其中地址映像负责将主存地址映射到Cache中，替换机构则决定何时以及如何替换Cache中的数据。 总线是计算机内部不同部件间传输信息的公共路径，主要分为地址总线、数据总线和控制总线。地址总线用来传输内存或外设的地址，数据总线传输数据，控制总线则传输各种控制信号。磁盘的容量计算涉及非格式化容量和格式化容量，前者基于磁道和位密度，后者还要考虑扇区和字节数。 在数据表示方面，计算机中数据有多种表示方式，如原码、反码和补码。原码直接表示数值的正负，反码用于表示负数，其符号位不变，其他位取反；补码是负数表示的常用形式，同样符号位不变，其余位取反，最低位加1，正数的原码、反码和补码相同。 操作系统是计算机系统的核心，它管理所有的硬件资源，如CPU、内存、输入/输出设备，并提供用户接口。操作系统有多种类型，包括批处理、分时、实时和网络操作系统，它们各自适用于不同的应用场景。操作系统中的进程是程序执行的实例，可以处于运行、就绪或等待状态。作业是用户提交给系统的任务，也有提交、后备运行和完成三种状态。死锁是系统中多个进程互相等待对方释放资源而无法继续执行的情况，防止死锁的方法包括静态分配资源、有序资源使用和银行家算法。 虚拟存储器是解决内存不足问题的有效手段，它通过页面调度算法，将当前需要的部分内存页加载到主存，其余部分保存在磁盘上的交换文件中。当需要时，操作系统会自动将主存中的页面换出到磁盘，同时将磁盘上的页面换入主存，从而实现对大内存的模拟。这样的机制允许用户运行超过物理内存大小的程序，提高了系统的可用性和效率。