冯诺依曼体系结构+操作系统

目录

冯诺依曼体系结构

基本概念

基本原理 

操作系统 

 基本概念

设计OS的目的 

管理的本质

管理的方法

系统调用和库函数 

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冯诺依曼体系结构

基本概念

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。 ... 数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

我们所认识的计算机，大部分都遵循着冯诺依曼体系结构。 

• 输入设备：输入数据，常见的有键盘，磁盘
• 输出设备：输出数据，常见的有显示屏，打印机
• 存储器：记忆程序和数据，例如内存
• 运算器： 数据加工处理
• 控制器：控制程序执行

其中运算器和控制器又称为中央处理器，简称cpu。

基本原理 

冯诺伊曼体系如何进行工作的呢？

由输入设备输入数据，然后加载到内存中，cpu对数据进行加工处理，处理完毕后加载到内存，再由内存传递给输出设备。 

我们可以发现，在数据层面，cpu只和内存直接关联，从内存中读取数据。

而输入设备和输出设备也是直接写入内存和从内存中读取数据。

总而言之：在数据层面，一切设备只和内存打交道。

下面以qq发送消息实例演示：

 

 

操作系统 

 基本概念

操作系统是一个基本的程序集合，简称OS。

主要包含：内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）

                  其他程序（函数库，shell程序等）

 

设计OS的目的 

对下：管理软硬件资源

对上：为用户提供良好，稳定的运行环境。

概括来说就是OS通过管理好软硬件资源来为用户提供良好的运行环境。

那么，操作系统是如何对软硬件资源进行管理的呢？

管理的本质

 我们以学校管理举例：

学校管理者为校长，校长要了解某些同学的成绩，他会通过你的辅导员获得你的信息，然后通过这些信息去对你进行嘉奖或惩罚决策，传递给辅导员，由辅导员执行。

在这个管理过程中，校长并没有与被管理的学生直接打交道，而是通过辅导员获得学生信息，再由信息进行进行决策管理。

与校长直接关联的是学生的信息，也就是数据。

所以，以此我们可以得出结论：管理的本质是对”数据“做管理。

管理的方法

 现在校长手里有了一大堆数据，如果他要选出成绩前10名发放奖学金，他怎么做到呢？

 难道是从一大堆学生信息一个一个看吗？这样效率极低。

 我们知道，每个学生的属性是一样的，都有成绩，姓名，班级，学号等等。

 因此校长可以将每个数据描述成一个结构体，每个结构体内部存储着学生的成绩和相关信息，然后利用双链表形式将数据组织起来。

这样对于学生的操作，就变成了对链表的增删查改，极大提高了效率。

总结：操作系统如何对数据管理呢？

先描述，再组织。 

操作系统先将数据用结构体描述起来，结构体内存储着数据的属性信息，然后用相关数据结构将结构体组织起来，化对数据的管理操作为对相关数据结构的增删查改。

 

系统调用和库函数 

 操作系统为了保持良好运行环境，它是不信任任何用户的。

 但是，它又必须为用户提供服务，因此，它会暴露部分接口，也就是系统调用接口，用户可   以通过系统调用接口完成开发等工作，这就是系统调用。

 但是系统调用功能比较基础，对用户要求也很高，因此，大佬将部分系统调用进行封装，形

 库函数，有了库，用户就不必跟系统调用直接打交道了，使用库函数即可，极大提高了效   率，又降低了学习成本。