冯诺依曼体系结构
对于大部分计算机来说，不管是我们见过的还是没见过的，基本都是遵循冯诺依曼体系结构，对于一个计算机来说，最重要的功能就是输入->计算->输出。常见的输入输出设备这里就不再赘述了，明确一点，一个设备，它有可能既是输入设备也是输出设备的，比如磁盘(也叫外存)，也可以纯输入/纯输出。输入输出设备统称为外设(外围设备)，这是相对于存储器以及CPU来说的。
冯诺依曼体系里的存储器指的是内存，那为什么要有内存呢？
1.存储分级问题 ：计算机里能用来存储数据的设备太多了，其实很简单一句话总结，越靠近CPU的"存储设备"的体积越小，价格越高，速度越快，越远离计算机的"存储设备就相反"。
2.体系结构效率问题：为什么不是输入设备输入的数据经过CPU处理之后直接通过输出设备输出呢？大家都知道木桶原理，外设相较于CPU来说，速度特别慢，大概是ms级别，而CPU是nm级别，中间差了10^6，这样一来，外设就会大大拖慢计算机的速度。
有了上边的两个认知之后，我们就知道内存的出现就是为了解决效率的问题，内存相当于是一个中介，在数据层面，CPU不和外设直接打交道，CPU读写数据只会和内存打交道。这时候肯定有人又有疑惑说那根据木桶效应，外设把数据交给存储器，存储器再把数据交给CPU，那最终的速度不还是由外设决定，道理是这个道理，但是你别忘了这只是硬件层面，还有操作系统层面，操作系统可以将输入设备输入的数据预加载到存储器里，第一次慢一点，接下来就不用加载了，直接由存储器和CPU打交道，速度就快了。因此就有结论得出，数据可以提前加载，大部分情况下，处理数据的时候就可以转化为CPU和内存的交互，所以整个计算机体系结构的速度就由内存为主。这个也跟局部性原理有关，局部性原理的意思就是，当你访问一段数据的时候，你下一次访问的数据大概率在上一次访问数据的附近。所以为什么想到让数据提前加载，就跟局部性原理有关。
内存的出现是划时代的，我们不可能将速度极快的寄存器或者高速缓存造成1TB这样的大小，理论上是可以做到的，但是普通人肯定是买不起的，所以为什么要有内存？让普通人以相对较低的价格获得效率不错的计算机，冯诺伊曼为电脑提供性价比，让电脑被人们广泛接受，才可能造成全球范围内的网民数量，才可能孵化出互联网。
子问题：为什么程序(二进制可执行程序)要运行，必须先加载到内存？
对于C语言来说，一段C语言代码要运行就必须先编译链接成可执行程序，而二进制可执行程序是一个文件，在磁盘上存着，程序的本质就是逻辑+数据，它由一串串的二进制序列组成，是一个二进制文件，因此程序就是"数据"，先加载到内存是计算机体系结构规定，在数据层面，CPU不直接和外设打交道。
了解了上述两个问题之后再回到体系结构的话题，我们口中的输入输出，是站在谁的角度考虑问题的？答：是站在内存的角度(硬件角度)，也可以说是站在加载到内存中的程序的角度，写C代码的时候的那个<stdio.h>和C++的<iostream>里的io指的就是input和output，就是IO，程序运行的时候需要先加载到内存里，所以站在内存的角度跟站在加载到内存中的程序的角度是一样的。
重谈效率问题：计算机的数据流动过程，本质就是拷贝。管他什么所谓的数据要提前从输入设备加载到内存，什么内存的数据输出到输出设备，什么CPU跟内存交互数据，数据从一个硬件到另一个硬件的流动过程就是拷贝的过程，计算机的效率问题，由设备的拷贝效率决定。上文说的存储设备的分级问题，说不同存储器的效率不同，这个效率指的就是拷贝的效率。
实践：
现在x和l两个人在用QQ聊天，假设x给l发了一条消息x，x是怎么从x的电脑到l的电脑从而被l看到的呢？不用管其他的，就从计算机体系结构(冯诺伊曼体系结构)来说，QQ是一个软件，本质上就是存在磁盘上的一个二进制可执行程序文件，打开QQ的过程就是它加载到内存的过程，接着你从键盘输入x到内存里，内存把数据给CPU处理之后CPU再返还给内存，内存就将数据拷贝给网卡(输出设备)，在网络的作用下数据通过l的电脑的网卡(输入设备)到了l电脑的内存里，再内存到CPU，CPU到内存，之后内存将数据拷贝给显示器(输出设备)，l就看到了。不止是这个过程，其他传图片，传文件，传....都是这样的过程。还有一个点上文也说过，硬件之间流动数据的过程就是拷贝的过程，因此数据发送过去的意思就是拷贝过去，所以你也终于理解了为什么在你QQ上删除聊天记录之后，对方的QQ上的聊天记录还在。数据的流动过程跟软件是没关系的，底层的硬件都固定好了，上层的软件再复杂底层也是按照这样的体系结构走的。
操作系统
是什么？
操作系统分为广义和狭义的，广义上的操作系统由内核+shell外壳+预装软件等等构成，这个广义操作系统是站在小白视角，而我们现在将要谈的操作系统是狭义的，指的是操作系统内核。
内核有四大功能：驱动管理，内存管理，文件系统(管理)，(这三者是跟体系结构里的硬件有关，分别对应外设，内存，磁盘)，还有一个暂时理解为进程管理。任何一个计算机类的设备都需要这四大功能。
有了以上认知，也就理解了安卓等一系列广义操作系统，安卓的底层是基于Linux内核的，说白了就是内核的四大功能没动，搞的是外壳程序和一系列给别人用的图形化界面的接口，上层的人再基于安卓进行开发就有了小米等一系列手机品牌。外行人口中说的安卓操作系统就是上文说的广义操作系统。
为什么要有？
人是无法直接和硬件打交道的，操作系统对下把软硬件资源管理好(手段)，对上给人提供一个良好的使用环境(目的)，它必须要是稳定高效安全的，因此操作系统设计出来的原因就是以人为本，为人服务。
怎么办？(浅谈)
上文说了，操作系统是管理软硬件资源的，那它是怎么管理的呢？之后的博客会详细的从进程开始说，本篇文章先建立一个宏观的架构。
操作系统是一款软件，是一款进行软硬件资源管理的软件。OS管理的本质是先描述再组织，具体的意思简单一点说就是假设在学校里边，校长管理学生，但校长不会直接去和学生见面，当面去管理，而是从辅导员那里获取学生数据，比如说姓名年龄性别成绩.....这些数据去全方位的管理学生，放到计算机里边，比如说C语言，拿一个结构体描述一个学生，之后再用数据结构去将每一个学生的数据组织起来，方便去增删查改，这个简单的过程就是先描述再组织，说白了就是将现实问题转化为计算机问题这个建模的过程。
简单实践：知道了OS管理是先描述再组织之后，可以简单的理解一下OS是如何管理硬件的。如下图所示，底层硬件和操作系统之间还需要有个驱动程序，每个硬件都需要有个驱动程序，操作系统通过驱动程序让硬件完成相应的工作。操作系统(校长)管理底层的硬件得先描述，由于OS是拿C语言写的，因此里边一定会有一个结构体，将底层硬件(学生)的类型，状态，厂商....等等信息描述出来，再通过数据结构去组织起来，OS将这些数据结构用图形化界面的方式暴露给上层的人，人在用键盘鼠标的过程转化为数据结构的增删查改，再通过驱动转化为操控底层硬件，至于OS如何知道底层硬件的信息，就由驱动程序(辅导员)去告诉OS，因此程序加载的时候也要将驱动程序加载到内存里。综上，OS的核心东西就是数据结构。
所以C++为什么要有类和STL？类就是在描述，STL就是在组织，先描述再组织是这个世界的真相，任何事情都要先描述再组织，这样才能管理，语言的本质就是将现实问题进行计算机建模的核心规律。所以写代码都得先写类去描述再用数据结构去组织。
如何提供良好的服务环境？
上文说了，有OS的目的就是以人为本，为人提供服务环境的，那它到底是怎么提供服务环境的呢？来看下边一张图，刚才说的先描述后组织是操作系统管理的方式，最终OS还是要给人去用的，我们知道了OS里有大量的数据结构，描述信息....难道让人直接去跟它们打交道吗？肯定不是，OS不可能让所有人去直接操控数据结构，去触摸到底层的硬件，因为这并不是一个安全的行为，就像你去银行取钱的时候，不可能让你直接去银行的金库里取吧，银行里都是有一个个窗口的，你要完成什么行为，就要到对应的窗口去办理相应的业务。因此在用户和OS之间还有一个叫系统调用接口的东西，它本质就是一个个函数，用户通过调用它提供的接口间接的去操控OS里的数据结构....
为什么系统调用我们好像从来没见过？因为系统调用是操作系统提供的，本身使用起来是有一定门槛的，我们不会直接去跟它接触，就比如编写C/C++程序的时候我们想打开一个文件会去使用它们给我们提供的库函数，由库函数帮助我们去完成系统调用，(它们基本上全都是对系统调用的封装)，接着系统调用再去操控操作系统，由操作系统通过驱动程序去完成我们上层想对底层硬件的操作。