【Linux篇】从冯诺依曼到进程管理：计算机体系与操作系统的核心逻辑

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【Linux篇】从冯诺依曼到进程管理：计算机体系与操作系统的核心逻辑

1.冯诺依曼体系结构

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，都是由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

再次强调： 程序运行时必须先从磁盘加载到内存，CPU获取写入只能从内存中拿数据，CPU执行我们的代码，访问我们的数据，数据从一个设备“拷贝”到另一个设备 体系结构的效率：由设备的拷贝效率决定 结论： CPU在数据层面只和内存打交道，外设只和内存打交道

存储分级

由于外设的速度比较慢，CPU的速度较快，所以外设和CPU之间就存在木桶原理，内存的出现让CPU和外设的速度更匹配。 冯诺依曼体系结构的存在使得电脑变便宜了。

理解数据流动

两个人如果在微信上面聊天，本质上是两个冯诺依曼体系之间的信息流通，发信息的人通过输入设备“键盘”进行输入。我们发微信首先得打开登陆微信，即把微信的可执行程序加载到内存。所以在键盘里输入根据冯诺依曼体系是把键盘数据搬到内存（硬件层面），软件层面是把数据交给微信 ，所以数据流动就从输入数据流到存储器。微信信息比如说要加密，把数据“你好”（发送的数据）经过运算器控制，运算器运算完毕之后把“你好”转化成了一个乱码的结构，然后再有CPU写入内存，再由微信把你自己的数据传输到输出设备 ，用户a的输出设备是网卡，网卡把数据交到网络里，通过网络再把数据交给用户b。用户b的输入设备拿到数据，而用户b的输入设备只能是网卡，输入设备拿到数据放到内存里，用户b也必须启动微信，启动的微信也在内存里，在微信里读到的代码再交给CPU，将乱码数据解密成“你好”，再通过存储器刷新到输出设备上，这个输出设备就是显示器。 那如果是发送文件呢？？？ 其实文件的本质也是数据，当我们把文件拖到微信程序时，在没拖之前文件是在磁盘上，本质上是把磁盘文件拷贝到微信里面，在经过运算器加密包装回到存储器，在经过网卡发送，对方通过网卡接受，接收后首先要把文件数据读到内存，通过运算器解包解密写回内存，然后把数据写到输出设备。 总结：

• 聊天： 是把用户数据从键盘经过体系结构转发到对方显示器的工作。
• 发送文件： 本质是把文件从本地磁盘经过体系结构拷贝至对方磁盘的过程。

2. 操作系统(Operator System)

2.1 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）

操作系统本质是一款进行软硬件管理的软件

2.2 设计OS的目的

操作系统上面不仅有硬件，而且还有软件

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

1. 软硬件体系结构是一个层状的结构
2. 访问操作系统，必须用系统调用–其实就是函数，只不过是系统提供的
3. 我们的程序，只要判断出访问了硬件，那么它必须贯穿整个软硬件体系结构
4. 库可能在底层封装了系统调用

2.3 核心功能

• 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

2.3.1 如何理解"管理"

• 管理的例子 - 学生（被管理者），辅导员（执行权），校长（决策权）

操作系统就如同校长一样具有决策权，驱动程序就如同辅导员具有执行权，底层硬件就如同学生被管理

1. 要管理，管理者和被管理者不需要见面
2. 管理者和被管理者，根据“数据”进行管理
3. 不需要见面如何得到数据呢？由中间层（辅导员）获取

【Linux篇】从冯诺依曼到进程管理：计算机体系与操作系统的核心逻辑

1.冯诺依曼体系结构

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，都是由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

再次强调： 程序运行时必须先从磁盘加载到内存，CPU获取写入只能从内存中拿数据，CPU执行我们的代码，访问我们的数据，数据从一个设备“拷贝”到另一个设备 体系结构的效率：由设备的拷贝效率决定 结论： CPU在数据层面只和内存打交道，外设只和内存打交道

存储分级

由于外设的速度比较慢，CPU的速度较快，所以外设和CPU之间就存在木桶原理，内存的出现让CPU和外设的速度更匹配。 冯诺依曼体系结构的存在使得电脑变便宜了。

理解数据流动

两个人如果在微信上面聊天，本质上是两个冯诺依曼体系之间的信息流通，发信息的人通过输入设备“键盘”进行输入。我们发微信首先得打开登陆微信，即把微信的可执行程序加载到内存。所以在键盘里输入根据冯诺依曼体系是把键盘数据搬到内存（硬件层面），软件层面是把数据交给微信 ，所以数据流动就从输入数据流到存储器。微信信息比如说要加密，把数据“你好”（发送的数据）经过运算器控制，运算器运算完毕之后把“你好”转化成了一个乱码的结构，然后再有CPU写入内存，再由微信把你自己的数据传输到输出设备 ，用户a的输出设备是网卡，网卡把数据交到网络里，通过网络再把数据交给用户b。用户b的输入设备拿到数据，而用户b的输入设备只能是网卡，输入设备拿到数据放到内存里，用户b也必须启动微信，启动的微信也在内存里，在微信里读到的代码再交给CPU，将乱码数据解密成“你好”，再通过存储器刷新到输出设备上，这个输出设备就是显示器。 那如果是发送文件呢？？？ 其实文件的本质也是数据，当我们把文件拖到微信程序时，在没拖之前文件是在磁盘上，本质上是把磁盘文件拷贝到微信里面，在经过运算器加密包装回到存储器，在经过网卡发送，对方通过网卡接受，接收后首先要把文件数据读到内存，通过运算器解包解密写回内存，然后把数据写到输出设备。 总结：

• 聊天： 是把用户数据从键盘经过体系结构转发到对方显示器的工作。
• 发送文件： 本质是把文件从本地磁盘经过体系结构拷贝至对方磁盘的过程。

2. 操作系统(Operator System)

2.1 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）

操作系统本质是一款进行软硬件管理的软件

2.2 设计OS的目的

操作系统上面不仅有硬件，而且还有软件

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

1. 软硬件体系结构是一个层状的结构
2. 访问操作系统，必须用系统调用–其实就是函数，只不过是系统提供的
3. 我们的程序，只要判断出访问了硬件，那么它必须贯穿整个软硬件体系结构
4. 库可能在底层封装了系统调用

2.3 核心功能

• 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

2.3.1 如何理解"管理"

• 管理的例子 - 学生（被管理者），辅导员（执行权），校长（决策权）

操作系统就如同校长一样具有决策权，驱动程序就如同辅导员具有执行权，底层硬件就如同学生被管理

1. 要管理，管理者和被管理者不需要见面
2. 管理者和被管理者，根据“数据”进行管理
3. 不需要见面如何得到数据呢？由中间层（辅导员）获取

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