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一、冯诺依曼体系结构
#x1f4d2;1.1为什么要有体系结构
#x1f4d2;1.2…
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一、冯诺依曼体系结构
1.1为什么要有体系结构
1.2硬件介绍
1.2.1中央处理器
1.2.2输入、输出设备
1.2.3存储器
1.24.总线概念
1.3内存的重要性
二、操作系统
2.1操作系统的概念
2.2设计操作系统的目的
2.3计算机的底层结构 一、冯诺依曼体系结构
1.1为什么要有体系结构 我们现在常见的计算机如笔记本它们本质都是一堆硬件如cpu、内存、网卡、磁盘等的集合。并不是把这些硬件毫无章法的放在一起就能够组成计算机而是要让各个硬件和软件之间建立协同能力让它们具有逻辑结构这就要求硬件与硬件之间要组织好构建成一个系统这样才能对外提供计算输出服务所以就要有体系结构将它们连接。计算机体系结构是计算机系统中的核心。
我们常见的计算机大部分都遵守冯诺依曼体系。 1.2硬件介绍
1.2.1中央处理器 中央处理器简称CPU它由运算器和控制器共同组成。在不考虑缓存的情况下CPU只能对存储器内存进行读写不能访问外设输入、输出设备。它的主要功能就是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。这意味着电脑中所有操作都由CPU负责读取指令并进行处理。
运算器是对用户输入的数据执行计算任务分为算数运算和逻辑运算前者就是加减乘除后者就是真假判断。控制器是对计算过程即硬件流程进行控制它控制着指令的执行和数据的传输协调各组件与各单元间的工作。
1.2.2输入、输出设备 输入、输出设备也被称为IO设备是计算机的关键外部设备之一它允许与计算机本体进行交互使用。这类设备使得用户可以向计算机输入数据和信息同时也能从计算机获取处理结果。常见的输入设备包括键盘、鼠标、麦克风、摄像头、磁盘、网卡等。例如键盘是字符输入设备可以将文字信息输入到计算机中而鼠标则是一种图形输入设备用户可以通过移动鼠标来控制光标的移动并与屏幕上的对象进行交互。 常见的输出设备包括显示器、打印机、音响、磁盘、网卡等。例如显示器它可以将计算机处理后的信息以图像或文字的形式展示给用户。无论是输入还是输出设备它们都对计算机系统的运行至关重要并且极大地方便了用户的使用。
注意磁盘、网卡等设备既时输入设备也是输出设备。
1.2.3存储器 存储器是计算机系统中的记忆设备主要用于存放程序和数据。它可以分为内存储器和外存储器两大类这里的存储器指的是内存。在冯诺依曼体系结构中占据核心地位。
1.24.总线概念 总线是计算机中设备与设备之间传输信息的公共通道。它是一条由导线组成的传输线束用于连接计算机硬件系统内的各种设备实现它们之间的信息交换和通信。总线作为一种内部结构是CPU与主存、I/O设备输入、输出设备各大部件之间进行信息交换的关键通道。它极大的方便了设备的连接和使用提升了计算机整体的运行效率。
1.3内存的重要性 我们要先了解计算机中的存储数据的硬件硬件有很多种例如寄存器、缓存、内存、硬盘、网盘等它们按照访问速度的快慢形成了一个存储金字塔如下图所示 寄存器的读取速度更快为什么体系结构不是下面这种情况呢 在我们的人之中CPU直接与输入设备和输出设备直接进行交互这样的效率更高。 但事实情况并不是这样由于木桶原理一只木桶能装多少水并不取决于桶壁上最高的那块木块而恰恰取决于桶壁上最短的那块。这样计算机的效率并没有提高反而效率降低了。 这时我们引入一种速度快于外设慢于CPU的存储设备——内存。它起着第三方中转站的作用我们可以把数据从输入设备先预加载到内存CPU完成计算后存放到缓存中当需要输出时直接从缓存中读取。CPU的运算和内存从外设读取数据是可以同时进行的。合理利用预加载和缓存可以大大提高效率引入内存也节省了成本。
总结一个程序想要运行就必须先加载到内存。
二、操作系统 操作系统是管理和控制计算机系统中各种硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程的系统软件也是用户与计算机之间的接口。 操作系统是一款纯正的“搞管理”的软件
2.1操作系统的概念
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
2.2设计操作系统的目的
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
2.3计算机的底层结构 什么是驱动程序 驱动程序是一种特殊的程序它的主要功能是让计算机和设备进行相互通信。我们可以将驱动程序视为硬件的接口只有通过这个接口操作系统才能控制硬件设备的工作。例如当我们插入一个打印机到电脑上时电脑并不能直接理解这个硬件是什么以及它能做什么而只有在安装了驱动程序后电脑才能理解这个硬件设备因为驱动程序中包含了配置信息和描述。
操作系统为什么要对软硬件进行管理 操作系统是计算机系统的内核与基石其关键作用之一就是管理计算机的硬件和软件资源。它的主要任务包括管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络以及管理文件系统等。操作系统位于底层硬件与用户之间作为两者沟通的桥梁它提供了一种让用户与系统交互的操作界面如命令行或图形用户界面。这使得用户可以通过操作系统的用户界面输入所需的命令。对计算机的软硬件资源进行管理对于提高计算机系统的效率和可用性至关重要。
操作系统是怎样进行管理的 我们以学校为例校长作为学校的管理者学生作为被管理对象那校长是如何管理学生的呢每个学校的教务系统中存储了学生的各种信息如姓名、学号、年龄、考试成绩、挂科情况等等。要评选奖学金的时候校长只需要在教务系统中依据每个学生的成绩排个名根据排名就可以把奖学金发给对应的学生。因此我们可以得出下面的结论 管理者和被管理者并不需要见面。 管理本质上是对信息数据进行维护。
那这些信息是哪里来的呢这些信息就是我们入学时辅导员让我们填写的个人信息然后汇总在一起。辅导员也是执行者。
管理者和执行者的本质区别在于管理者拥有决策权而执行者是没有决策权的执行者只能按照管理者的要求去执行任务。回到计算机操作系统就相当于是校长属于管理者驱动程序就相当于是辅导员属于执行者硬件就相当于学生属于被管理者。
计算机管理硬件先描述在组织 描述起来用struct结构体 组织起来用链表或其他高效的数据结构 操作系统对硬件设备的管理最终都会转换成对某种数据结构的增删查改。这种管理方式就决定了操作系统中含有大量的数据结构。 结语 本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获同时也感谢各位读者三连支持。文章有问题可以在评论区留言博主一定认真认真修改以后写出更好的文章。你们的支持就是博主最大的动力。
