冯诺依曼体系结构以及操作系统

冯诺依曼体系结构图

介绍每个部分：

输入设备：键盘，鼠标，扫描仪，写字板，摄像头，麦克风，网卡，硬盘等。
输出设备：显示器，打印机，声卡，喇叭，网卡，硬盘等。

内存：掉电易失性存储介质，相对于硬盘等，存储速度较快。

其中:所有设备只与内存（指存储器）打交道。

• CPU只能通过内存进行读写，不能直接访问外设（输入输出设备）；
• 外设要输入输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。

存储器金字塔层次结构

现代计算机的存储设备一般有 Cache、内存、HDD(SSD) 硬盘。这些存储设备越靠近 CPU 速度越快，容量越小，价格越贵。

• 寄存器(Register)：寄存器与其说是存储器，其实更像是 CPU 本身的一部分，只能存放极其有限的信息，但是速度非常快，和 CPU 同步。

• 高速缓存(CPU Cache)：使用 SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器）的芯片。

• 内存(DRAM)：使用 DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）的芯片，比起 SRAM 来说，它的密度更高，有更大的容量，而且它也比 SRAM 芯片便宜不少。

• 硬盘：如 SSD(Solid-state drive 或 Solid-state disk，固态硬盘)、HDD(Hard Disk Drive，硬盘)。

特点：

• 越靠近 CPU 速度越快，存储效率越高，容量越小，价格越贵。
• 每一种存储器设备只和它相邻的存储设备打交道。比如，CPU Cache 是从内存里加载而来的，或者需要写回内存，并不会直接写回数据到硬盘，也不会直接从硬盘加载数据到 CPU Cache 中，而是先加载到内存，再从内存加载到 Cache 中。

问题:

1. 为什么输入输出设备的数据，不直接给CPU，而给内存？
   在认识层面上，可以认为内存整体是外设和CPU的缓存。

2. 为什么程序运行时，要先加载给内存？
   对数据进行了预加载，将程序缓存。

操作系统

概念： 做软硬件管理的软件。（硬件：冯诺依曼中所有设备。软件：1 安装卸载软件； 2 系统层面：文件，进程，驱动）

如何进行管理： 先描述，在组织。

为什么需要操作系统： 在一套系统里，需要有管理者进行统筹。给用户简单易用，稳定高效的执行环境；管理好软硬件资源，提供稳定的软硬件环境。

在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，提供部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，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进行适度封装，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。