本篇主要總結的是操作系統(tǒng)的基本認知和一些概念

馮諾依曼體系結構

那么上圖表示的就是馮諾依曼體系結構，那這個體系結構是什么？為什么要先介紹它？

截止目前來說，常見的計算機都是遵循著馮諾依曼體系組成的，可以說有了馮諾依曼體系才能讓計算機變得這么普及，才有了現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)的概念，那么他是如何做到的？

在生活中我們遇到的計算機，都是由一個一個的硬件拼接而成的，從大類上來說，一般包括有輸入單元，輸出單元，中央處理器三個部分，而馮諾依曼體系的基本理解就是，讓CPU與內(nèi)存做交互，也就是圖中的存儲器這個區(qū)域，而不是讓CPU與輸入單元直接進行交互；輸入單元給出的內(nèi)容和信號傳到內(nèi)存后，內(nèi)存將信號傳遞給CPU，CPU進行一些數(shù)據(jù)處理后再傳遞回內(nèi)存，內(nèi)存再傳遞給輸出單元

關于為什么要采用這樣的方式的原因，要從下圖說起

計算機中有很多的存儲器，而每個存儲器對應的存儲大小和存儲速度也是不一樣的，比如對于CPU來說，它的傳遞速度相當?shù)目?，可能是以納秒為單位進行的計時，而對于內(nèi)存來說，可能就是微秒或者納秒的概念，但對于輸入單元來說，就可能到達毫秒的概念上了，那么如果讓輸入單元直接和CPU進行交互，帶來的一定是輸入單元無法跟得上CPU的速度，導致電腦的效率極低，甚至無法進行正常的工作

那么上圖表示的就是存儲器的層次結構，說是層次結構不如說是運行速度結構，從某種意義上來說也是造價結構，寄存器的運行速度相當?shù)目?，但是它可以存儲的?nèi)容大小可能只有幾十字節(jié)，造價也特別高，但對于Web服務器來說，可能只需要幾十塊或者幾百塊就可以存儲很大的數(shù)據(jù)了，但進行數(shù)據(jù)交互的速度和寄存器是不可以比的，那么如何把計算機中的各個存儲器合理的分配才能利益最大化？這就成了最大的問題，那么這個時候馮諾依曼就提出了這樣的體系，給未來的計算機的整體設計提供了全新的思路

按照馮諾依曼的體系結構來看就能看出，讓存儲器和CPU進行交互是最合理的，在這里可以近似的把內(nèi)存看成是一個硬件級別的緩存，它并不直接存儲數(shù)據(jù)，而是作為一個把輸入數(shù)據(jù)和中央處理器進行交互的一個中間單元，因此基于馮諾依曼的體系設計出的計算機是最合理的，因此這個體系才能被保留至今，被大多數(shù)計算機進行廣泛的應用

因此我們說，基于馮諾依曼體系結構的計算機，是用最少的錢做出最高效的計算機，這樣才能讓計算機走進普通人的家中，才能讓互聯(lián)網(wǎng)開始發(fā)展到現(xiàn)在的盛世，可以說沒有馮諾依曼的體系結構是不會有現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)的

上面只是對馮諾依曼體系的概念理解，那么具體來說，根據(jù)這個體系可以解釋下面的一些現(xiàn)象

馮諾依曼體系的理解

通過社交平臺發(fā)送消息的過程

從上面的概念來解釋：輸入設備比如發(fā)送了一個你好的字樣，現(xiàn)在這個字樣要被發(fā)送出去，首先要傳遞到存儲器中被加載，在存儲器中這個消息被送到了CPU中進行了處理，處理后通過輸出設備，比如說網(wǎng)卡，就能通過網(wǎng)絡發(fā)送到另外一臺電腦上，而與此同時在我們的這臺電腦上的輸出設備，比如說顯示器，會顯示出發(fā)送成功或者失敗的提示

對于另外一個設備，作為接受我們消息的設備，首先有一個輸入設備來接受消息，比如說網(wǎng)卡來接收消息，然后接收到的消息被傳遞到了存儲器，存儲器再傳遞到CPU中，CPU進行數(shù)據(jù)的處理后，將數(shù)據(jù)顯示到輸出設備上，這里就是顯示器，因此就形成了我發(fā)了一個你好，遠在很遠處的人就可以看到這條你好的句子

程序被運行前，為什么要加載到內(nèi)存？

程序其實就是代碼和數(shù)據(jù)，那么最后都要交給CPU進行處理，而CPU需要先讀取到這些代碼和數(shù)據(jù)，而在CPU和內(nèi)存之間有一個二進制層次的交互，形成了一個可執(zhí)行程序，本質(zhì)上來說這其實也是一個文件，這個文件只能在磁盤中讀取，而磁盤本質(zhì)上就是一個外部的輸出或者輸入設備，因此要被加載到內(nèi)存當中

通過社交平臺發(fā)送文件的過程

和上面的理解類似，只不過區(qū)別是在輸入輸出設備上略有不同，文件的存儲是在磁盤上的，而磁盤就是這里的輸入設備，經(jīng)過網(wǎng)絡的傳遞后可以傳遞到對方的電腦上，此時數(shù)據(jù)就被存儲到了輸出設備上，這里的輸出設備也是磁盤

那么到這里就結束了馮諾依曼體系結構的認識，下面就要引入正經(jīng)內(nèi)容：操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的基本定位

操作系統(tǒng)其實并不陌生，經(jīng)常會聽說有Windows操作系統(tǒng)，Mac操作系統(tǒng)，甚至有Linux操作系統(tǒng)，但是操作系統(tǒng)到底是什么？操作系統(tǒng)是如何運作的？它的工作原理和核心目的是什么？這些就并沒有了解過多，那么下面開始對操作系統(tǒng)的概念有一個基礎的認知

操作系統(tǒng)是什么？

直觀的下定義來說，操作系統(tǒng)是一款軟件，它的作用是用來進行軟硬件的資源管理，也是打開電腦后第一個進行加載的軟件

操作系統(tǒng)為什么要存在？

如果沒有操作系統(tǒng)，計算機只是幾個比較精美的廢鐵，并沒有什么實質(zhì)性的作用，它無法像現(xiàn)在的電腦一樣進行運轉(zhuǎn)，因此操作系統(tǒng)是十分重要的，操作系統(tǒng)將軟硬件資源進行管理給用戶提供良好的使用環(huán)境，這里的良好主要體現(xiàn)在要穩(wěn)定，高效，安全，易用：用這個操作系統(tǒng)不會突然掛掉，可以合理的使用；用這個操作系統(tǒng)處理問題可以很高效的解決，幫助人縮小工作量；有一定的數(shù)據(jù)防護性，不會被偷取數(shù)據(jù)

操作系統(tǒng)是如何進行管理的？

關于操作系統(tǒng)如何進行管理，是一個很宏觀的概念，這里把操作系統(tǒng)的管理模式放到理解篇進行闡述

操作系統(tǒng)的理解1

講到操作系統(tǒng)，就離不開下面的這張圖，整個操作系統(tǒng)都將圍繞下面這張圖進行闡述

那么前面對操作系統(tǒng)進行了一個基本的概念，操作系統(tǒng)是一個進行管理的軟件，那么這個管理具體表現(xiàn)在什么地方？如何理解管理這個詞呢？

管理的本質(zhì)是管理數(shù)據(jù)

接觸到管理，在實際生活運用中有很多和管理掛鉤的概念，大到管理一個國家，小到管理自己的一日安排，那么對于管理一詞的認知，也應該要進行一定的理解

所謂管理，管理的是什么？管理的是人，還是物還是什么，實際上，看似管理的是人或者是其他性質(zhì)，其實管理的都是一條一條的數(shù)據(jù)，比如銀行管理的是你有多少錢，就是資金數(shù)據(jù)，學校管理的是你的信息，也是數(shù)據(jù)，學校對你的行為做管理，其實也是在管理你在什么時候做什么事，其實也是管理的范疇，而這些管理的內(nèi)容從計算機的角度來講，其實是事物的屬性

那事物的屬性如何理解？管理的內(nèi)容通常就是事物的一條條信息，也就是屬性，因此上面的那句話其實可以更變?yōu)椋?strong>管理的本質(zhì)是管理屬性

先描述，再組織

那現(xiàn)在已經(jīng)理解了管理的含義，那么現(xiàn)在再看編程語言就知道了，在寫日期類的時候會先定義日期，在寫順序表的時候會先定義順序表的下標容量數(shù)組等，完成鏈表前要先定義鏈表的節(jié)點，再將節(jié)點穿起來等，這些都說明，當我們需要做一件事的時候，會先從屬性的角度思考問題，因為人其實就是通過屬性來認識世界上的各種事物，那重要的屬性的集合，也就代表了要研究的對象，因此才會出現(xiàn)C++、Java這樣的語言，它們之所以選擇面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，其實本質(zhì)就是這方面的原因，因此本段話要引出的觀點是，在完成一件事前要先描述，再組織，當知道了要做的事物的具體屬性后，才能針對事物做出組織的動作

操作系統(tǒng)的理解2

那么現(xiàn)在就要看下面的這張圖來進行操作系統(tǒng)的全面理解

首先這張圖的右側劃分出了三個部分，分別是用戶部分，系統(tǒng)軟件部分，硬件部分，那么如何理解這三個部分？

用戶的訪問內(nèi)容是有限的

從上面的圖中可以看出，用戶其實所擁有的范圍是很小的，只有最上面的兩層，用戶和用戶接口，下來是系統(tǒng)軟件的部分，那么這個部分的意義是什么？應該如何理解除了用戶部分外的這些部分？

其實，在電腦中用戶可以訪問的內(nèi)容是有限的，比如說，用戶是不可以直接對網(wǎng)卡，硬盤進行控制的，都是用戶向操作系統(tǒng)發(fā)出詢問，操作系統(tǒng)再向我們反饋，比如該部分硬件是正常運行的還是非正常運行，有沒有接入某個驅(qū)動，用戶或者說開發(fā)人員是不可以直接進行訪問的，都是對操作系統(tǒng)發(fā)出的指令，操作系統(tǒng)再予以反饋，因此就引入了系統(tǒng)調(diào)用接口的概念，用戶的操作實際上只能局限于對接口進行調(diào)用，而當用戶發(fā)出了這個調(diào)用后，操作系統(tǒng)才能根據(jù)用戶的需求進行反饋所需要的信息，這其實也是表現(xiàn)了操作系統(tǒng)的安全性，如果沒有這層保護，可以讓用戶或開發(fā)人員直接訪問底層的內(nèi)容或驅(qū)動程序等，那對于操作系統(tǒng)來說就是不可控的行為，由于操作系統(tǒng)是一個用來管理的軟件，那么它就必定不會讓用戶的隨機訪問和隨意改動對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定造成威脅，因此操作系統(tǒng)拒絕對于用戶的直接訪問，而是采用操作系統(tǒng)管理后搜索到用戶需要的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進行一定的反饋

操作系統(tǒng)管理的核心

1. 進程管理
2. 內(nèi)存管理
3. 文件以及IO管理
4. 驅(qū)動管理

上面的內(nèi)容就是操作系統(tǒng)進行管理的內(nèi)容，當然這些內(nèi)容也是用戶不可以進行直接訪問的，但是可以借助操作系統(tǒng)的力量完成這些管理，使得整個系統(tǒng)變得井井有條，這也是操作系統(tǒng)存在的意義和價值，那么對于操作系統(tǒng)的初步理解就是上面的理解，但是上圖中還有一些部分沒有闡述

現(xiàn)在已經(jīng)理解了上圖中的絕大部分內(nèi)容：

1. 操作系統(tǒng)是一個純粹進行管理的內(nèi)容，它可以管理我們電腦中的各個模塊，并且管理驅(qū)動程序和底層硬件
2. 操作系統(tǒng)不允許外界進行內(nèi)部的直接訪問，如果想要訪問內(nèi)部的數(shù)據(jù)可以借助接口來實現(xiàn)，操作系統(tǒng)可以將需要的內(nèi)容傳遞到外界中
3. 操作系統(tǒng)進行訪問是需要進行逐層訪問的，一般想要訪問到底層的硬件或者驅(qū)動程序，需要從上到下依次訪問到最底層才能訪問到內(nèi)容

那么現(xiàn)在還有一塊：用戶操作接口

這個模塊的內(nèi)容是用來做什么的？對于用戶來說，想要調(diào)用系統(tǒng)的接口其實并不容易，系統(tǒng)的接口的調(diào)用不管從難度還是繁瑣度來說，都不算一個容易的事，但是在實際開發(fā)中是需要進行經(jīng)常調(diào)用的，因此就有了用戶操作接口的內(nèi)容，可以將繁瑣的接口進行簡化，下面舉幾個例子來理解這個概念：

1. Linux中的bash和shell的概念：Linux中bash作為命令行解釋器，可以幫助我們進行一些命令的調(diào)用和解釋，而bash實際上就是shell的一種，shell外殼就是面向用戶的，將用戶的指令翻譯成操作系統(tǒng)可以聽懂的語言，再執(zhí)行后返回給用戶
2. Windows中的圖形化界面的概念：在Windows中，看似是雙擊了文件夾，可以看到文件夾的管理等操作，實際上這個過程是很復雜的，圖形化界面其實就相當于是上面的shell的概念，對于用戶來說降低了使用成本，使得使用變得簡單
3. C語言中的很多庫函數(shù)：當使用C語言寫的第一個程序就會用到printf函數(shù)，那么這個函數(shù)是如何將我們寫的代碼中的信息打印到顯示器上的？其實這個過程說白了也離不開操作系統(tǒng)的，因為沒有操作系統(tǒng)的支持是不可能訪問到底層硬件的，函數(shù)也就不可能執(zhí)行后將信息打印到顯示器上

那么到這里，對于操作系統(tǒng)的基本理解就告一段落，這是對操作系統(tǒng)的基本理解，后面還有很多的深入理解需要結合其他內(nèi)容來解釋

總結

總結一下操作系統(tǒng)的基本理解吧：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-732342.html

1. 為什么會出現(xiàn)用戶操作接口？因為系統(tǒng)調(diào)用起來太麻煩了，一般人調(diào)用起來的成本太高，作為用系統(tǒng)的人的角度，借助shell或者圖形化界面可以更好地使用系統(tǒng)，作為開發(fā)的角度可以節(jié)約開發(fā)成本
2. C和C++的標準庫實際上一定有系統(tǒng)調(diào)用的概念，否則就無法在屏幕上顯示或在磁盤中的寫入和讀取
3. 先描述再組織，先用struct對于事物的屬性進行描述，再用一些其他的手段將這些內(nèi)容組織起來，那么對于如何組織起來，就需要進行后面的學習總結了

到了這里，關于Linux：馮諾依曼系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的概念的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！