【Linux】操作系统与冯诺依曼体系——深度解析(软硬件层面)

前言

大家好吖,欢迎来到 YY 滴 Linux系列 ,热烈欢迎! 本章主要内容面向接触过Linux的老铁,从软硬件层面向大家介绍操作系统与冯诺依曼体系,

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文章目录

一.冯诺依曼体系(硬件层面)

1.CPU与输入输出设备

截至目前,我们所认识的计算机,都是有一个个的硬件组件组成

  • 输入单元:包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板等

  • 中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等

  • 输出单元:显示器,打印机等
    中央处理器(cpu)又分成运算器与控制器

  • 运算器:对我们的数据进行计算任务(算数运算,逻辑运算)

  • 控制器:对我们的计算硬件流程进行一定的控制
    各个硬件之间都是独立的个体!因此必须用"线"连接起来,分为系统总线与IO总线;

  • 系统总线:CPU与内存之间交互的线

  • IO总线:内存与输入输出设备之间交互的线

2.存储器

这里的存储器指的是【内存】,一句话总结此模块的要点

  • 所有设备都只能直接和内存打交道
    【不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)】
    【外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取】
  • 有时,我们进行工作时,默认显示的数据有时候会缓存起来,并未直接在屏幕上显现;用冯诺依曼体系解释就是数据就是先到存储器中的【内存】,还未直接交给输出设备
  • 因此,当我们面对一个问题"一个程序要运行,为什么必须先加载到内存中运行?",我们可以直接回答:因为冯诺依曼体系规定;

3.存储的分级

引入:手机中常说的"内存不足"其实指的是硬盘空间不足;用存储是分级的现象来解释,且看如图所示金字塔
即,硬盘/磁盘空间不足才是正确说法;

二.操作系统(软件层面)

1.操作系统概述

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合(软件),称为操作系统(OS)。笼统的理解,操作系统包括:

  • 内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)

  • 其他程序(例如函数库,shell程序等等)

    操作系统的作用主要有以下两点:(用户层这里主要指程序员)

  • 通过帮助用户管理好软硬件资源【承上启下,实现交互;程序员通过操作系统来访问底层的硬件】

  • 从而给用户提供一个良好(稳定,高效,安全)的运行环境

2.系统调用

引入:操作系统内部会有各种各样的数据,可是操作系统不相信任何用户, 于是其会将自己封装起来,并通过"提供接口"的方式给用户(程序员)提供调用的入口来获取操作系统内部的数据;

  • 所有访问操作系统的行为,都只能通过系统调用完成!
  • 系统调用:是操作系统提供的,用C语言实现的,自己内部的函数调用;
  • 系统调用在使用上,功能比较基础,对用户的要求相对也比较高,所以,有心的开发者可以对部分系统
    调用进行适度封装,从而形成库(lib),有了库,就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
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