[linux] 冯诺依曼体系及操作系统的概念

1. 冯诺依曼体系结构

常见的计算机,如:笔记本,不常见的服务器,如服务器,大部分都遵循冯诺依曼体系

1. 为什么要有内存?

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输入、输出设备称之为外围设备,简称外设,外设速度一般比较慢一些

  • 以磁盘为例,我们去淘宝花500块 去买磁盘,可以买到1T的
    但若是买储存器即内存,只能买到4G/8G的内存条,从价格上看内存是比较贵的,主要是因为 相对于内存,磁盘是比较慢的

1. 若内存不存在

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这样做虽然可以,但是因为外设的速度非常慢,而CPU的速度非常快,就导致类似于木桶问题的现象存在
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  • 这个木桶最多承装多少水,不是由这个木桶最长的木板决定的,而是由最短的木板决定的
  • 整体效率就以外设为主,外设的速度非常慢,就导致整体效率非常慢

2. 若内存存在

  • 内存的速度比外设快的多,又比内存速度慢 若内存存在,进行计算时,若只包CPU与内存,则整体效率以内存为主
  • 内存可以实现对数据的预加载(提前将数据放入内存中),
    CPU进行计算时直接在内存中取数据,不需要访问外设了

结论1

在数据层面上,一般CPU不和外设直接沟通,而是和内存打交道

2.在硬件层面,单机和跨单机之间数据流是如何流向的?

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你和你的朋友,聊qq,你发送一个在吗?整个信息是如何在体系结构中流动的?(在不考虑网络的情况下,即发出去就能收到)
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  • 你从键盘打出"在吗"输入qq里,数据"在吗"到内存,然后数据要做计算,因为数据在发送时不止一条,同时数据需要加密
    把计算完的结果写回内存,将该数据显示到输出设备,将数据显示到本地的显示框中, 同时把数据发送到网卡上,对应的输入设备就是网卡
  • 同样把数据"在吗"交给内存,把数据读到CPU中,执行解密操作,把数据写回内存,再将数据刷新到输出设备中,即将"在吗”显示到你朋友的显示器中

结论2

外设只会和内存打交道(数据层面)

2. 操作系统(Operator System)

1. 概念

操作系统是一个进行软硬件资源管理的软件

2.如何理解操作系统对硬件管理?

  • 例如把学校中的人分为 校长、辅导员、学生 而管理者是谁呢?
    初次看,我认为管理者是辅导员,因为平时都是辅导员在管理我们
  • 而管理者的定义是:大部分情况下拥有做决策的能力

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  • 所以真正意义的管理者是校长,所有的命令都是由校长发出的, 而辅导员只是按照校长的指令办事,最后辅导员带着学生完成任务

结论1

  • 校长可能只在开学典礼见过,或者平时偶尔见到一次,只是你认识他,他不认识你,但还可以安排我去那间宿舍,安排什么时候上课、什么时候吃饭
  • 管理者和被管理者,不需要直接沟通

3.管理者和被管理者没有直接沟通,他是如何管理我的呢?

  • 在上初中的时候,你经常跟你的同学抱怨,我的爸爸妈妈天天跟在屁股后面,天天管着我
    等上了大学后,你认为你终于脱离了父母的管控了,此时你的父母确实不在你的身边,但若你的父母有一种能力,
    按照天为单位,获取到你这一天都干了什么,通过这些数据掌握了你的行踪,第二天就给你打电话了,一顿说你。 说明你的父母不在你的身边,但若拿到数据照样可以管理你
  • 管理的本质: 对被管理对象的数据做管理

3.管理者是如何拿到被管理者的数据的呢?

  • 校长是如何拿到我的数据的呢?校长不用跟我直接接触,但辅导员通过他旗下的爪牙跟我直接接触
    辅导员 拿到了我的各科考试成绩,姓名籍贯等数据交给了校长

4.对管理做建模

  • 假设校长是一个程序员,要每一个学生的数据, 由于基本属性都是一样的,都包括(姓名、性别、考试成绩),由于linux内核使用c语言写的,所以设定一个结构体 s 包含这些基本信息
struct s
{
   //姓名
    //性别
    //考试成绩
};
  • 由于学生数量太大,有上万名,所以使用execl表格太麻烦了 所以我用单链表把各个学生的信息连接起来
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  • 我想寻找学校中数学成绩最高的同学,代表学校参加竞赛 作为校长,要决策谁去参加
    可以使用链表进行遍历,以数学成绩为判断条件,找到数学成绩最高的同学,通过结点找到姓名等信息

  • 校长的行为转化为对链表的遍历动作

  • 上述的整个过程完成了对管理进行建模(将具体的场景转化为计算机语言)

  • 描述:如果要对特定的学生做管理,需要先将每一名同学结构体描述起来,采集信息,用结构体构建对象形成某种结构,
    组织: 再将每一名学生对应的结点组织起来

  • 管理的本质:先描述,在组织

5. 相互关系

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  • 驱动去和硬件交互,从交互的层面上拿到相关的数据,操作系统拿到数据做决策,将决策交给驱动做执行

6.操作系统为什么要对软硬件资源做管理?

  • 操作系统对下通过管理好软硬件资源(手段),对上给用户提供良好(安全、稳定高效、功能丰富)的执行环境(目的)
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  • 以银行系统为例,行长能通过IT部门对银行的电脑、服务器进行管理,也能对银行内的人员进行管理
  • 说明操作系统既能对硬件做管理,也能对软件做管理
  • 行长对下要管理好员工和软硬件资源,对上给用户提供良好的执行环境

银行会相信我们么?

  • 不相信,因为我们存钱不可能让你自己进入金库
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  • 为了保护自身安全,设置银行柜台的存在,给我们提供窗口服务
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  • 操作系统给我们提供良好的服务,并不代表OS会相信我们,反而,操作系统不相信任何人

系统调用

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  • 类似于银行柜台的存在,操作系统的特定功能以接口的方式给我们提供出来,接口被称作操作系统的系统调用
  • linux系统本身是用c语言写的 ,系统指的是操作系统,调用指的是操作系统设计的c函数
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THE END
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