1.馮諾依曼體系結構：

1.1體系概述理清：

我們常見的計算機，如筆記本。我們不常見的計算機，如服務器，大部分都遵守馮諾依曼體系。

• ??我們將馮諾依曼體系結構分為輸入設備、輸出設備、存儲器和CPU

• 上述部分的常見硬件：

輸入設備：鍵盤、話筒、攝像頭、網(wǎng)卡、磁盤

輸出設備：顯示器、磁盤、網(wǎng)卡、聲卡音響

外設一般都會比較慢一些，以磁盤為例

相對于內(nèi)存，磁盤較慢，但是價格并不貴，三五百塊錢就可以買到一塊512G的硬盤，貴一點的話可能像磁盤，價格在900 ~ 1200不等，但是它們都有一個優(yōu)點就是：存儲容量大、可以長久保存數(shù)據(jù)不丟失！

內(nèi)存還不是最快的，CPU最快

?那我們?yōu)槭裁催€需要內(nèi)存呢？

因為外設較慢，CPU很快，但是整體的效率以外設的速度為準，這樣就不太合適，為了解決這個問題，就出現(xiàn)內(nèi)存。

??內(nèi)存的存在就可以大大緩解外設的效率低的問題，內(nèi)存的存在可以對數(shù)據(jù)進行預加載，CPU以后在進行數(shù)據(jù)計算的時候，根本不需要訪問外設，只要訪問內(nèi)存就可以了

1.2內(nèi)存的重要性：

我們是否可以不要寄存器，讓CPU直接和外設鏈接呢？

對于像【磁盤】這種外圍設備來說雖然它有著大容量的內(nèi)存，但是讀寫速度卻非常慢，機械硬盤讀寫速度平均60---80M每秒；固態(tài)硬盤不同品牌型號之間,平均大約在150---300M每秒

但是對CPU來說，也就我們上面說到過的運算器 + 控制器，它的運算速度讀者可以自行去網(wǎng)上看看，那比磁盤不知道要快出多少倍了。那一個寫入很慢，一個讀入很快，真的可以兼容嗎？

大家應該都聽過木桶效益，木桶效益的時候，能乘多少水取決于最短的木板，而不是最長的木板，磁盤內(nèi)存和CPU同樣的道理

我們的外設很慢，而CPU非?？?，這樣就會照成我們計算機的運行速度由外設來決定，CPU的高速運轉(zhuǎn)將沒有優(yōu)勢

此時就還是需要使用到馮諾依曼體系結構中的【存儲器】，也就是我們俗稱的內(nèi)存

，因為對于內(nèi)存這個東西，它雖然比CPU來得慢一些，但是卻比磁盤快多了，它們?nèi)叩乃俣却蟾趴梢韵裣旅孢@樣對比

CPU —— 納秒（ns） 內(nèi)存 —— 微秒（us） 外設 —— 毫秒（ms）

我們可以知道CPU和外設差距是非常大的，因此我們需要內(nèi)存這個東西來進行過渡

因為有了內(nèi)存的存在，雖然它掉電易失，但還是局部短時間的存儲，因此外設可以將數(shù)據(jù)暫存到內(nèi)存中，此時，CPU后面想要去處理這些數(shù)據(jù)的話直接去內(nèi)存中拿就可以了，無需再與外設進行交互造成不兼容的問題

• ??在數(shù)據(jù)層面，一般CPU不和外設溝通，直接和內(nèi)存打交道

?可執(zhí)行程序是不是一個文件？為什么我們的程序，必須先被加載到內(nèi)存中的呢？

??可執(zhí)行程序是一個文件。我們的代碼編譯后，有CPU執(zhí)行，CPU會向內(nèi)存索要數(shù)據(jù)，馮諾依曼體系結構決定的

?在硬件層面，單機和跨主機之間，數(shù)據(jù)流是然后流向的？

??以播放網(wǎng)易云音樂為例，把軟件加載到內(nèi)存，然后CPU執(zhí)行這個，當我點擊播放，在將網(wǎng)絡從輸入設備加載到內(nèi)存，然后做一堆計算，然后通過輸出設備播放

對馮諾依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到對軟件數(shù)據(jù)流理解上

?請解釋，從你登錄上qq開始和某位朋友聊天開始，數(shù)據(jù)的流動過程。從你打開窗口，開始給他發(fā)一個消息（在嗎？），到他的到消息之后的數(shù)據(jù)流動過程。如果是在qq上發(fā)送文件呢

??==在嗎？==通過我的電腦的輸入設備加載到內(nèi)存后，由CPU計算，再反饋給輸出設備（網(wǎng)卡），通過網(wǎng)絡傳遞給朋友的電腦的網(wǎng)卡（輸入設備），以同樣的方式，==在嗎？==被加載到內(nèi)存由CPU計算，傳給顯示器，出現(xiàn)朋友的QQ聊天界面上，文件也是同樣的道理

2.操作系統(tǒng)：

2.1操作系統(tǒng)的概念：

任何計算機系統(tǒng)都包含一個基本的程序集合，稱為操作系統(tǒng)(OS)。籠統(tǒng)的理解，操作系統(tǒng)包括：

內(nèi)核（進程管理，內(nèi)存管理，文件管理，驅(qū)動管理）
其他程序（例如函數(shù)庫，shell程序等等）

操作系統(tǒng)是一款進行軟硬件資源管理的軟件

2.2設計OS的目的和定位

先看這一張思維導圖，我們再詳細展開講解。

我們先用一個簡單的例子來理解

??例子

以下誰是管理者？校長，管理者做的事情是決策

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-6EyX43qu-1683251638516)(C:\Users\小盧\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230416143409922.png)]

假設我們的校長要在學校舉辦一個校級的編程筆試，校長先把輔導員小張叫過來，安排輔導員給我們學校學生開會和一些獎勵制度，讓輔導員去做，然后輔導員就給我（學生）來開會了

就比如我們上大學，修了多少學分，掛了多少學分，校長就可以通過教務系統(tǒng)直接看到，校長不跟你接觸，但是輔導員天天跟你接觸，輔導員通過讓你們填表得到信息，假設校長是一個程序員，校長想要學生的班級姓名電話成績緊急聯(lián)系人，講這些抽象成一個類，

管理者和被管理者，其實是不需要直接溝通的！

?管理者和被管理者都沒有直接溝通，他如何管理我呢？

??管理的本質(zhì)：對被管理對象的數(shù)據(jù)做管理！??！

管理者是如何拿到被管理者的數(shù)據(jù)呢？

學生的數(shù)據(jù)：

struct student
{
	string Name;
	int Class;
	int phone[12];
	int score;
	int parenter_phone[12];
	struct student* next;
};

管理的本質(zhì)：先描述，再組織

我們可以把學生理解為硬件（軟件也可以），校長就是操作系統(tǒng)，輔導員就為硬件驅(qū)動

?操作系統(tǒng)為什么要對軟硬件資源進行管理？

??操作系統(tǒng)對下進行管理好軟硬件資源（手段）,對上給用戶提供良好（安全、穩(wěn)定、高效、功能豐富等）的執(zhí)行環(huán)境

• ??操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)資源的管理者

操作系統(tǒng)是一款進行軟硬件資源管理的軟件

• 處理器（CPU）管理

在多道程序環(huán)境下，cpu的分配和運行都以進程（或線程）為基本單位，因此對cpu的管理可理解為對進程的管理。進程管理的主要功能包括進程控制、進程同步、進程通信、死鎖處理、處理機調(diào)度等。附上一張圖理解對進程的管理。

• 存儲器（內(nèi)存）管理

為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用及提高內(nèi)存的利用率，主要包括內(nèi)存分配與回收、地址映射、內(nèi)存保護與共享和內(nèi)存擴充等功能。

• 文件管理

計算機中所有的信息都是以文件的形式存在的，操作系統(tǒng)中負責文件的管理的部分稱為文件系統(tǒng)，文件管理包括文件存儲空間的管理、目錄管理及文件讀寫管理和保護等

• 設備管理

設備管理的主要任務是完成用戶的I/O請求，方便用戶使用各種設備，并提高設備的利用率，主要包括緩存管理、設備分配、設備處理和虛擬設備等功能。

• ??操作系統(tǒng)作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口

為了讓用戶方便、快捷、可靠的操作計算機硬件并執(zhí)行自己的程序，操作系統(tǒng)提供了用戶接口

操作系統(tǒng)提供的接口分為兩類：命令接口和程序接口

命令接口：用戶可以直接使用的，利用這些操作命令來組織和控制作業(yè)的執(zhí)行

程序接口：用戶通過程序間接使用的，編程人員可以使用它們來請求操作系統(tǒng)服務

• 命令接口

命令接口分為兩類：聯(lián)機命令接口和脫機命令接口，用戶可以直接調(diào)用

聯(lián)機命令接口：又稱交互式命令接口，適用于分時或?qū)崟r系統(tǒng)的接口，由一組鍵盤操作命令組成。用戶輸入一條指令，操作系統(tǒng)就執(zhí)行一條指令；

• 脫機命令接口

又稱批處理接口，使用于批處理系統(tǒng)，由一組作業(yè)控制命令組成。用戶輸入一堆指令，操作系統(tǒng)運行一堆指令。在操作系統(tǒng)運行這些命令時用戶不可干預。

• 程序接口

程序接口：由一組系統(tǒng)調(diào)用（也稱廣義指令）組成

用戶通過在程序中使用這些系統(tǒng)調(diào)用來請求操作系統(tǒng)為其提供服務，只能通過用戶程序間接調(diào)用

如使用各種外部設備、申請分配和回收內(nèi)存及其它各種要求

??例子

就銀行，銀行有電腦、服務器、桌椅板凳、倉庫、員工宿舍….

IT部門，后勤部門，保安，阿姨

行長就是OS（操作系統(tǒng)）

就拿取款來說，你去取500塊，銀行行長會跟你說，你的500在金庫里面，你進門右轉(zhuǎn)就是金庫，你進去后拿了你的500塊就出來嗎？ 不可以根本不可能

操作系統(tǒng)給我們提供非常良好的服務，并不代表OS會想想我們，反而操作系統(tǒng)不相信任何人?。。?/p>

• ??計算機軟硬件體系結構：
  

• ??計算機的體系的結構是層狀的，一般不可以跳過某個層

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-434214.html

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