Linux：冯诺伊曼体系结构 | 操作系统 | 显卡 | 主板

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冯诺依曼

• 我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成。

• 冯.诺依曼结构的核心思想（一）确定了：计算机的五个基本组成部分：输入设备、存储器、CPU（运算器控制器）、输出设备

  • 这里的存储器指的是很贵的内存

    输入、输出设备：键盘，显卡、显示器、网卡、磁盘、打印机等。输入输出设备也叫做外围设备。

    核心、核、指的就是CPU
    

• 冯诺依曼结构的核心思想（二）规定了硬件层面上的数据流向：

  • 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。

    一句话，所有设备都只能直接和内存打交道，CPU只和内存打交道（外设的控制信号除外）。

• 冯诺依曼结构的核心思想（三）：程序、数据的最终形态都是二进制编码，程序和数据都是以二进制方式存储在存储器中的，二进制编码也是计算机能够所识别和执行的编码。

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主板、显卡、外设

• 主板：上面一个个都是独立的硬件，通过总线把他们联系在一起，进行数据的运输处理。
• 显卡：电脑中所有数据都交由CPU进行处理和运算，CPU毕竟是通用处理器，性能并不专偏某一方面；显卡根据CPU处理过的数据和发送的命令来进行对图形数据深加工，通过显示器显示出来。
• 外设的控制信号：cpu有很多针脚，可以接受数字脉冲，脉冲信号可以对接到外设。
  • 外设是可以直接给CPU发中断的，有各种各样的中断，外设的相关操作转换成电信号，通过中断控制器如8259A，触发CPU的中断，进而让CPU去执行OS相关的中断上下文的代码。

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数据流的流向

A通过QQ发送消息给B为例：

• 通过键盘在聊天框输入：“在吗”，内存上的QQ程序获得以后，给CPU封包加密等，消息再写回内存，qq定期把数据刷新出去给网卡；
  • 为什么你的显示器聊天框上也有，因为这是顺带的事情；也是站在用户使用的观感上…
• 消息通过网络传输给B，通过B的网卡接受输入，写到内存，QQ获取消息，传给CPU解包解密，再写会内存，定期刷新输出到B的显示器上。
• 定期的期的时间单位，都是纳秒，毫秒级别的。

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操作系统OS

• 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）

• 操作系统设计的目的：

  • 向下：与硬件交互，管理所有的软硬件资源

    向上：为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

• OS定位：在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件
  
• Linux是用C语言写的，通过用struct结构体描述这些硬件的属性信息；用链表或其他高效的数据结构将他们组织起来，有条不紊的高效管理。

  硬件和操作系统，硬件决定软件，软件反作用于硬件。…马哲

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系统调用接口和库函数

• 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，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。干什么事情，都要经过我的手，我说了算…
• 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。
• 用户就是上帝，当一款产品足够便宜，又方便使用，才会被全世界广泛大众所接受…

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• 那在还没有学习进程之前，操作系统是怎么管理进行进程管理的呢？很简单，先把进程描述起来，再把进程组织起来！…

参考

• 【快问快答】CPU多核到底是指什么 - 埃米博士的文章 - 知乎
• 三分钟带你了解冯.诺依曼结构 - quan的文章 - 知乎
• 什么是主板，如何制作主板？ - 朗锐智科的文章 - 知乎
• 显示器与显卡的关系？ - 知乎用户ob9JLM的回答 - 知乎
• CPU如何与外设交互工作
• 一文讲透计算机的“中断” - 程序员小灰的文章 - 知乎
• 小林 x 图解计算机基础