【Linux基础八】计算机体系结构（冯诺依曼和操作系统）

1.冯诺依曼体系结构

计算机大部分遵守冯诺依曼体系

• 输入设备：键盘、鼠标、摄像头、麦克风、磁盘、网卡等等
• 存储器：内存
• 中央处理器：CPU、寄存器、各级别缓存
• 输出设备：显示器、扬声器、磁盘、网卡等等

内存和磁盘的区别：

内存是利用电流来实现存储的半导体存储器，能够快速读写，但是价格相对较高，一旦断电，存储在内存中的数据就会丢失

磁盘是利用磁效应来存储数据的设备，比内存的存储容量更大，价格更便宜，但是读写速度较慢，即使在断电的情况下，数据依然可以被保存

计算机中几乎所有设备都有存储功能，只是存储大小有所差别

2.冯诺依曼的优势

计算机体系拥有很多如哈佛架构和向量处理器系统等体系，为何冯诺依曼广泛普及？

这是一张内存分级图：

可以得出结论： 离CPU越近，运行速度越快，价格越高

在硬件层面上，CPU只和内存交互，不能直接和外设交互
内存的速度非常快，可以与CPU的速度匹配，CPU为了总体效率不被拉低，就不会直接和离CPU很远的外设交互

而冯诺依曼体系让临近中央处理器进行复杂数据处理运算，让远处的设备既能存储数据，又能接收数据后传给内存做分析

因此冯诺依曼体系拥有高价值设备用于处理复杂数据，又有低价值设备存储数据和接收数据，二者使该体系下的计算机在价格适中的情况下拥有较高的效率，综合性价比高

3.硬件间的交流

程序=代码+数据
数据由CPU来处理，CPU和内存交互处理完代码和数据后会生成可执行文件，该文件会被保存在外设磁盘中
（磁盘的内容传输到内存以及内存怎样和CPU交互，都由操作系统来完成）

• 微信消息的发送与接收
  

4.操作系统对硬件资源的管理

操作系统本质是一款软件

举例：学校的教务系统：

每个学生都需要录入信息，校长就写了一个结构体

struct student
{
	int age;
	double height;
	int grade;
	string name;
}

学生数量庞大信息不易保存查找，校长决定用链表储存学生信息，结构体改进如下：

struct student
{
	struct student* next;
	int age;
	double height;
	int grade;
	string name;
}

校长管理的是数据而不是具体的人

结论：
操作系统也不直接管理硬件，而是创建一个个结构体，用来存放硬件的各种信息，再通过数据结构将所有结构体统一管理
先描述，再组织

操作系统的管理主要有：

1. 进程管理
2. 内存管理
3. 文件IO管理
4. 驱动管理

操作系统将软件好目的是给用户良好、稳定、高效、安全的使用环境，管理只是实现目的的手段

正如此图展示，每个硬件都有对应的驱动进行管理
操作系统正是通过管理驱动程序来管理下层硬件

操作系统并不相信用户,群众中也有坏人
就像银行,为你提供服务但会有一定的安全保障措施。

在操作系统和用户之间还有系统调用窗口和shell外壳来阻止不轨之徒人直接获取Linux内核中的各种信息