冯诺依曼体系结构与操作系统

文章目录

  • 1. 冯诺依曼体系结构
    • 概念
    • 理解
    • 冯诺依曼体系结构的优势
  • 2. 操作系统
    • 概念
    • 设计OS的目的和定位
    • 如何理解管理

1. 冯诺依曼体系结构

概念

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。

冯诺依曼体系结构与操作系统_第1张图片

对于各个部分的描述:

  • 输入设备:键盘,话筒,摄像头,网卡,磁盘等
  • 存储器:存储器其实就是内存!
  • 中央处理器(CPU):CPU,寄存器,各级别缓存
  • 输出设备:显示器,磁盘,扬声器,网卡等等

理解

冯诺依曼体系结构与操作系统_第2张图片

离CPU越近的设备,速度越快造价越贵。

内存的特点:高速度高价格
磁盘的特点:低速低价
外设一般最慢,而CPU要比内存还要快

注:计算机中几乎所有的设备都有存储数据的功能,只不过是存储能力大小有别

那我们为什么还需要内存呢?

因为外设较慢,CPU很快,那么整体的效率就成了以外设的速度为准,这样就不太合适,为了解决这个问题,就出现内存。内存的存在就可以大大缓解外设的效率低的问题,内存的存在可以对数据进行预加载,CPU以后在进行数据计算的时候,根本不需要访问外设,只要访问内存就可以了。这样就避免了短板效应。

冯诺依曼体系结构的优势

我们可以将输入设备、输出设备、外设等设备的速度提到很高,这样可以保证我们的设备运行速度一定是最快的,但是这样的计算机的造价是我们普通人负担不起的。冯诺依曼体系结构就完全解决了这个问题,让我们每个人都可以在有限的经济水平下使用到高速运行的电脑。

冯诺依曼的这种体系就巧妙在将中央处理器进行复杂的数据处理、运算。而离CPU远一点的设备用于存储数据或者接受数据后传给内存做分析。冯诺依曼系统既有高价格的设备用于处理复杂的数据,又有低价格的设备用于存储数据或进行数据交互,这使得冯诺依曼体系的计算机可以在价格不高的前提下,做到效率比较高!

2. 操作系统

概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,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)

操作系统是一款进行软硬件资源管理的软件

设计OS的目的和定位

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总结:

目的

  • 与硬件交互,管理所有的软硬件资源
  • 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境

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

如何理解管理

冯诺依曼体系结构与操作系统_第4张图片

操作系统的管理核心有:

  1. 进程管理
  2. 内存管理
  3. 文件/IO管理
  4. 驱动管理

管理的本质:先描述,再组织

例如:操作系统在管理硬件时,会用 struct 结构体先描述硬件的各种属性,然后再用链表等数据结构将这些硬件属性结构体组织起来。

操作系统将软件硬件管理好并不是它的目的,它得目的是给用户提供良好、稳定、高效、安全的使用环境、而管理只是一种手段。

理解系统调用和库函数概念

  • 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。
  • 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。

系统调用说白了就是操作系统给用户提供了一个又一个的函数,用户通过调用函数来获取操作系统内的各种数据,然而函数是操作系统内部写的,所以你只能看到有限部分的数据。这样做保护了操作系统内核中的各种信息。

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