【Linux】冯诺依曼体系|操作系统概念

目录

一、冯诺依曼体系结构

注意事项

存储器的意义:缓冲

数据流动事例

二、操作系统

操作系统的概念

操作系统的定位与目的

操作系统的管理

系统调用和库函数概念


一、冯诺依曼体系结构

冯诺依曼架构(von Neumann architecture)是一种计算机体系结构,它由匈牙利裔美国数学家、计算机科学家约翰·冯·诺依曼(John von Neumann)在1940年代提出。冯诺依曼架构定义了现代计算机的基本设计原则,至今仍是大多数通用计算机的基础。,它由以下几个核心组件组成:

注意事项

◉ 数据是要在计算机的体系结构中进行流动的,流动的过程中,进行数据的加工处理。从一个设备到另一个设备的本质是一种拷贝,数据设备的拷贝效率,决定了计算机整机的基本效率

◉ 内存是CPU唯一能直接读写的数据存储器

◉ 外设只能通过内存进行数据传输,即外设的数据必须先写入内存,然后由 CPU 读取;同样,CPU 输出数据也必须先写入内存,再由内存转交给外设。

存储器的意义:缓冲

技术角度 :内存的速度介于 CPU 寄存器和外设之间,起到了缓冲的作用,避免了"木桶效应",即系统性能被最慢的部分限制

成本角度 :内存的制造成本低于 CPU 寄存器,但性能却能满足大部分数据存储需求,从而实现性价比的优化。

数据流动事例

当我用QQ向朋友打招呼时,数据流动的过程如下:

❍ 输入设备(键盘)将输入的数据先写入内存;

❍ CPU 从内存读取数据进行处理,并将处理结果再次写入内存;

❍ 输出设备(网卡)从内存读取数据并显示。

这种数据流动过程确保了各组件之间高效协作,提高了计算机系统的整体性能。

二、操作系统

操作系统的概念

操作系统(Operating System,简称OS)是计算机系统的核心软件,它负责管理和协调计算机硬件和软件资源,为用户提供交互界面,并确保计算机系统高效、稳定地运行。

计算机的运行:

操作系统是管理计算机软硬件资源的基本程序集合。主要包括:

◉ 内核:负责内存管理、进程管理、文件管理、驱动管理

◉ 其他程序:如函数库、Shell程序等,提供额外的功能和用户接口

操作系统的定位与目的

**❍ 定位:**操作系统是一款专门管理软硬件资源的软件

❍ 目的:对上:为用户程序提供良好、稳定的运行环境

对下:高效管理硬件资源

操作系统的管理

先描述再组织

❍ 描述起来,用struct结构体

❍ 组织起来,用链表或其他高效的数据结构

系统调用和库函数概念

❍ 在开发角度,操作系统对外会表现为一个整体,但是会暴露自己的部分接口,供上层开发使用,这部分由系统提供的接口,叫做系统调用

❍ 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适度封装,从而形成库,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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