【Linux初阶】认识冯诺依曼结构

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系列专栏：【Linux初阶】

✒️✒️本篇内容：计算机的冯诺依曼组成结构、冯诺依曼结构的数据交换特性，以宏观视角理解冯诺依曼下的网络数据传输

作者简介：计算机海洋的新进船长一枚，请多多指教( •̀֊•́ ) ̖́-

目录

一、计算机的基础组成（冯诺依曼结构）

二、CPU，储存器，外设的数据交换特性

三、以冯诺依曼理解网络数据传输（宏观）

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一、计算机的基础组成（冯诺依曼结构）

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成

• 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等
• 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
• 输出单元：显示器，打印机等

下面先说明几个基础概念

• 内存（即储存器），它具有掉电易失的特性，即断电时数据易丢失
• 外存（多指磁盘，存在于外设中），属于计算机的缓存/缓存区，具有对数据永久性储存的能力
• 外设，通常认为外设就是输入设备和输出设备，这是相对于内存和CPU说的
• 运算器 + 控制器 +其他（寄存器）= CPU

CPU的特征与编译的本质

CPU只能被动接受别人的指令、数据（CPU具有自己的指令集用于识别），将获取到的数据进行计算，然后将结果输出 

编译的本质：计算机将我们的代码翻译成二进制可执行程序，CPU根据指令集进行执行

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二、CPU，储存器，外设的数据交换特性

CPU，储存器，外设有着特定的数据交换路径，如下图所示

• 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

在这里，或许有同学就会有疑问了，为什么CPU只能对内存进行读写呢？

答：虽然内存的空间不算特别大，但是由于它的运行速度比外设快的多，如果CPU对磁盘（外设）数据进行直接读取，将大大降低CPU运行速度，造成性能的浪费。实际上，我们的个人电脑在开机之初就把操作系统及相关数据从磁盘（外设）加载到内存了，因此CPU的性能得以充分的被我们的计算机利用起来。

那么又是什么东西来对软硬件的使用进行管理的呢？

答：操作系统帮我们做策略，什么时候将多少数据加载到磁盘，按什么样的优先级将数据送给CPU 进行运算，什么时候将CPU的计算结果返回内存，最后放到磁盘进行永久保存，这些都是由操作系统控制的。

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三、以冯诺依曼理解网络数据传输（宏观）

当我们和朋友们进行QQ聊天时，我们电脑上的数据是如何传输的呢？

下面我们在不考虑网络相关知识的情况下，对其进行宏观分析

• 首先，我们要清楚数据传输的前提。提前打开QQ —> 将我们的数据加载到内存 —> CPU执行QQ的运行代码
• 我们发送文件或信息，数据先先从磁盘（键盘）加载到内存，再送入CPU加密压缩，然后数据回到内存，分别传输到我们的显示器和网卡中，显示器打印一份（让我们可以看到数据发送情况），网卡通过网络将数据传出
• 对方电脑通过网卡接受，将数据加载到内存，经由CPU解压返回内存，再将数据打印再他的显示器中

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