【Linux探索学习】第六弹:操作系统的概念及冯诺依曼体系结构

目录

一.认识冯诺依曼系统

二.内存如何提高冯•诺依曼体系的效率

三.操作系统

1.定义

2.功能

3.位置

四.总结


一.认识冯诺依曼系统

冯诺依曼体系是由冯·诺依曼提出的计算机设计的基本框架,包括五大部件:输入设备,存储器,运算器,控制器,输出设备。(其中运算器和控制器统称为中央处理器也就是CPU)

中央处理器(CPU):

(1)运算器:负责完成算术运算(加减乘除)和逻辑运算(与、或、非、比较等),是计算机进行数据处理的核心。

(2)控制器:负责解释指令并控制各部件协调工作,指挥程序按顺序执行。

(3)寄存器:用于暂时存储数据和指令。

内存(RAM):

存储程序和数据。冯诺依曼结构中的程序和数据都存储在同一内存中。

输入设备:用于向计算机输入数据,例如键盘、鼠标等。

输出设备:用于输出处理结果,例如显示器、打印机等。

在这里我们要强调几点:

  1. 上面的存储器指的就是内存

  2. 不考虑缓存的情况下这里的CPU能且只能对内存中的数据进行操作,不能从外设 (输入和输出设备)中获取数据

  3. 外设(输入或输出设备)要输入或输出数据,只能从内存中获取

总的来说,所有设备都只能与内存打交道

二.内存如何提高冯•诺依曼体系的效率

起初CPU的运行速度非常的快,是纳秒级别;然后磁盘的速度很慢,是毫秒级别;如果CPU直接访问磁盘,整体效率会被限制在磁盘的速度上(就像木桶效应,存水的多少被限制在最短的那块木板上,而不是最长的那快木板)。

1.作为中间层缓冲

内存的速度就是处于CPU和磁盘之间,属于微秒级。把程序和数据先加载到内存,CPU再从内存读取数据,避免直接受磁盘速度的拖累。

2.支持存储程序思想

程序和资料都存放在内存中,CPU 可以统一处理,提高灵活性和效率。

3.减少 CPU 与外设的等待

输入/输出数据必须先经过内存,再由 CPU 处理,能够保证数据交互更快更顺畅。

三.操作系统

1.定义

操作系统(Operating System , OS)是管理计算机硬件与软件资源的系统软件,它为用户和应用程序提供必要的服务与接口。

2.功能

进程管理:负责创建、调度和终止进程,管理进程间的通信与同步。

内存管理:分配和回收内存,管理虚拟内存与物理内存的映射。

文件系统管理:负责文件的创建、删除、读写等操作,维护文件的存储结构。

设备管理:控制和管理输入输出设备,提供设备驱动程序。

用户界面:提供用户与计算机交互的方式,包括命令行界面和图形用户界面。

3.位置

四.总结

冯诺依曼体系结构和操作系统是现代计算机的重要组成部分。冯诺依曼模型为计算机的设计提供了基本框架,而操作系统则是在此基础上进行资源管理和用户交互的重要软件。理解这两者的关系和作用对我们后期学习操作系统尤其是进程方面的知识有很大的作用。

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