【Java基础学习打卡04】计算机操作系统

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引言

了解操作系统基本概念，熟悉Windows操作系统，理解进程与线程概念，并知晓CPU与内存如何工作。

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一、操作系统基本概念

计算机操作系统（Operating System，简称OS） 是一种控制计算机硬件和软件资源的程序，它作为系统的核心协调和管理系统的各个部分，为上层的应用程序提供服务，是计算机系统中最基本、最重要的软件之一。

操作系统的主要功能包括：

• 管理计算机硬件资源，包括处理器、内存、I/O设备等，协调它们的使用，提高系统的性能和可靠性。
• 提供应用程序和用户的界面，实现输入输出的控制和管理。
• 提供文件管理和存储管理功能，管理存储在磁盘、光盘、U盘等外部介质上的文件，并提供对它的读写、传输、共享等功能。
• 进行进程管理和线程管理，使得计算机可以同时运行多个程序，提高系统的并发性和响应性。

操作系统可以分为不同类型，包括 Windows、Linux、Unix、macOS 等。

每种操作系统都有自己的特点和优缺点，可根据不同应用场景选择合适的操作系统。操作系统的发展，推动了计算机软件和硬件的发展和创新，极大地推动了计算机技术的进步。

二、Windows操作系统

Windows 操作系统是一个由微软公司开发和发布的操作系统系列。它可以运行在桌面电脑、笔记本电脑、平板电脑、移动手机和服务器等不同的设备上。

最常见的包括 Windows11、Windows 10、Windows 8、Windows 7 和 Windows XP。

三、进程与线程

1.进程

计算机进程（Process） 是指正在执行的程序在计算机中的一个实例。一个进程可以包含一个或多个线程，可以在计算机中同时运行多个进程，每个进程都有自己的内存空间、指令指针、堆栈和资源（如打开的文件等）。

在计算机中，每个进程都有一个唯一的进程标识符（Process Identifier，PID），用于区分不同的进程。 操作系统负责管理进程，为进程分配系统资源，如内存、CPU 时间、磁盘空间等。

进程可以分为前台进程和后台进程。前台进程是指用户可见的进程，可以与用户交互，如图形化界面应用程序，后台进程是指运行于后台并不需要用户干预的进程，如服务和守护进程。

进程具有一定的独立性和隔离性，进程之间不能直接访问彼此的资源，需要通过操作系统提供的机制沟通和协作。

2.线程

计算机线程（Thread） 是计算机操作系统中可独立调度和执行的最小工作单元，通常被称为轻量级进程（Lightweight Process）。每个线程都有单独的执行栈和程序计数器，可以独立执行，但它们共享进程的资源（如内存、文件、I/O 设备等）。

与进程相比，线程的创建、撤销和切换消耗的系统资源较少，可以更高效地实现并发编程，提高程序的性能和响应性。

四、CPU与内存

CPU和内存 是计算机中两个非常重要的组件，它们协调工作实现计算机的正常运行。CPU 是计算机中的中央处理器，负责执行指令，计算并处理数据；内存是计算机的数据存储设备，存储正在运行的程序、数据和指令。

当一台计算机上的应用程序需要运行时，它首先将程序和相关数据读入内存中，CPU 然后从内存中读取程序和数据，执行计算和处理操作。在执行过程中，CPU 会根据需要不断地向内存请求数据，内存会相应地将数据读取到 CPU 寄存器中，完成计算和处理后，CPU再将处理结果写回内存。

在内存中，数据通常是按照字节的顺序来存储的，每个数据单元都有一个地址，CPU 访问数据时需要指定其地址。为了加快 CPU 访问内存的速度，现代计算机通常会采用高速缓存（Cache）来提高 CPU 对内存的访问效率，将频繁使用的数据和指令缓存到 CPU 内部，减少对内存的访问。

操作系统负责管理内存和分配内存资源给进程和应用程序，以确保内存能够有效地被利用，避免内存的浪费和碎片化。操作系统也负责协调不同进程的内存使用，避免进程之间的内存冲突和干扰。

总之，CPU和内存之间的协作相当于一条“高速公路”，数据在这条“高速公路”上快速地传递和交互，以完成各种计算和处理任务，保证计算机的正常运行。有一个高效、及时的CPU与内存协作对于计算机性能和严谨性的提升至关重要。

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总结

重点是理解进程与线程，知晓CPU和内存之间如何协作。