【Linux】计算机如何管理软硬件
谈谈硬件
聊到计算机硬件，我们就需要清楚冯诺依曼体系。生活中常见的计算机，如笔记本，不常见的计算机，如服务器，这些大多都遵守冯诺依曼体系。
截止目前，所认识的计算机都是由一个个硬件组件组成的：
- 输入设备：鼠标、键盘、摄像头、话筒、网卡、写板等
- 输出设备：显示器、播放器硬件、磁盘、网卡
输入、输出设备简称为外设。有的设备是纯输入，有的设备时纯输出，而有的设备既可以做输入也可以做输出。
- 存储器：内容
- 运算器：用来对数据进行计算任务（1.算数运算；2.逻辑运算）
- 控制器：对我们的计算硬件流程进行一定的控制
运算器和控制器组成中央控制器（CPU）
这五个模块都是独立的个体！各个硬件单元必须需要用“线”链接起来。这里的"线"分为两中先：（1）系统总线，也就是CPU和存储器之间的系统总线（2）IO总线，输入、输出设备和存储器之间的时IO总线。
这是计算机存储金字塔，存储每一部分都是分级别的，距离cpu越远的东西，造价越来越便宜，而容量也就越来越大。
不考虑缓存情况，CPU只能且只能对内存进行读写，不能访问外设（输入或输出设备）（数据层面）。而外设（输入或输出设备）要输出或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。一句话，所有的设备都只能直接和内存打交道。
这里可以将内存看作成一个硬件几倍的缓存空间，内存在计算机中具备核心地位，有内存才能将价格打下来。
问题：一个程序要运行，必须要加载到内存中运行？为什么？
代码必须需要CPU进行运行，而程序首先会被保存在外设中，因为体系结构规定，CPU需要运行代码，必须要从内存中获取，所以程序必须先从外设中加载到内存中，然后再从内存中加载到CPU里。
硬件是计算机的底线和边界，软件是上限。
问题：为什么写的代码，默认显示的数据，可能会缓存起来？会缓存在哪里？
数据计算完成后，也需要将数据放在内存中进行缓存，再进行刷新。
这里谈一下我目前的理解，外设存储空间很大，但是传输到CPU很慢，所以需要内存来做一个中枢设备，外设需要先传输到内存，内存具有一定的存储空间，可以保存外设传输的一部分内容，所以外设会持续为内存传输数据，内存也会持续像CPU传输数据，而CPU会对数据进行计算处理，内存和CPU之间的传输速率取决于内存，而内存与外设之间的传输速率取决于外设，而内存是具有一定存储空间的。
2.软件
这里的软件就是操作系统，任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，成为操作系统（OS）。
笼统的来说，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）
设计操作系统的目的
设计操作系统主要是为了管理硬件，并对软件进行管理。为什么要管理呢？
- 操作系统需要帮助用户，管理号下面的软硬件资源。
- 也为了给用户提供一个良好（稳定、高效、安全）的运行环境。
总之就似乎，操作系统通过管理好底层的软硬件资源（手段），为用户提供一个良好的执行环境（目的）。这里的用户包括普通用户、程序员，而普通用户所使用的也是程序员开发处理的软件。
- 操作系统里面会有各种数据，可是操作系统并不会相信任何用户！而操作系统会帮助用户使用操作系统。
所以一般来说操作系统为了保证自身数据的安全，也为了保证给用户能够提供服务，操作系统会以接口的方式给用户提供调用的入口，以此来获取操作系统内部的数据。
- 接口：是操作系统提供，C语言实现的，自己内部的函数调用。
在开发角度，操作系统会对外表现为一个整体，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，所有访问操作系统的行为，都只能通过系统调用来完成。
系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求也比较高，所以，开发者可以对部分系统进行适度封装，从而形成库，有了库就有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
使用语言对底层硬件（显示器）进行输出的时候，不能直接访问底层，必须贯穿操作系统，操作系统不相信任何人，系统调用（下）和库函数（上）是上下层的关系。
操作系统如何管理
- 操作系统是如何做到对软硬件进行管理的呢?
先描述再组织
- 操作系统并不会直接管理系统中的软硬件资源，而是通过驱动程序获取相对应的软硬件资源，进而对软硬件进行管理。
- 获取到大量的软硬件资源后，通过对这些数据用struct对象进行描述，使用相对应的数据结构进行链接组织，以便方便获取相对应的数据。
- 在操作系统中，管理任何对象，最终都会转化成为对某种数据结构的增删查改。
操作系统中，一定存在大量的数据结构。计算机管理硬件：
- 用struct结构体描述
- 用链表或者其他高效的数据结构组织