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news 2025/10/23 22:39:35

手机管理网站模板,价格低廉的意思,线上商城的推广方案,网站开发常用形状#x1f30e;冯诺依曼体系结构文章目录冯诺依曼体系结构认识冯诺依曼体系结构硬件分类各个硬件的简单认识输入输出设备中央处理器存储器关于内存对冯诺依曼体系的理解操作系统操作系统…冯诺依曼体系结构文章目录冯诺依曼体系结构认识冯诺依曼体系结构硬件分类各个硬件的简单认识输入输出设备中央处理器存储器关于内存对冯诺依曼体系的理解操作系统操作系统概念设计操作系统的目的理解管理概念管理工作先描述再组织为什么要有操作系统总结系统调用理解系统调用总结本文小结前言我们常见的计算机像笔记本台式机等不常见的计算机像服务器大部分都遵守冯诺依曼体系结构。那冯诺依曼体系结构究竟是什么呢话不多说开启我们今天的话题认识冯诺依曼体系结构 ✈️硬件分类截止到目前为止我们所认识的计算机都是由一个个硬件组件组成。输入单元包括键盘、鼠标、扫描仪等设备。输出单元显示器打印机等。中央处理单元简称CPU。 | |______ 运算器对数据进行计算任务 | |______ 控制器对计算机硬件流程进行一定的控制关于冯诺依曼必须强调的几点不考虑缓存的情况下这里的CPU只能对内存进行读写不能访问外设。外设要输入输出数据也只能从内存写入和读取数据。也就是说所有设备只能直接和内存打交道。注意它们都是独立的个体各个部分必须用总线连接起来总线分为系统总线和 IO总线。 ✈️各个硬件的简单认识输入输出设备输入输出设备是指能够把数据输入到计算机或者把计算机处理的数据输出给用户的设备。可以说它是计算机与外界沟通的桥梁没有输入输出设备计算机就没办法接收发送数据更不能和用户进行交互。中央处理器中央处理器全称Central Processing Unit简称CPU它由负责执行算数逻辑运算的运算器ALU 和负责控制计算机运行协调其他部件工作的控制器CU 组成。CPU是计算机中最重要的硬件之一它的性能决定了计算机整体性能。存储器存储器是指内存而不是磁盘具有 “掉电易失” 的特性如果突然停电导致计算机不能正常工作那么加载到内存中的数据就很容易丢失了。而我们所谓的磁盘其实也属于输入输出设备的一种。关于内存不知道你有没有想过我们直接让CPU与输入输出设备进行交互就好了啊为什么还需要内存这个 “中间商” 呢其实在我们计算机当中存在着一种存储金字塔模型我们可以发现距离CPU越近的存储单元效率越高造价贵单体容量小。距离CPU越远的存储单元效率越低造价便宜单体容量大。输入与输出这些是设备距离CPU有一定距离而相对CPU来说这些设备的速度就显得非常慢了而有一个原理叫做木桶效应一个团队的好坏取决于最差的那个人而计算机也是如此整个计算机就像一个团队一样而这些外设对于CPU来说非常的慢所以这些外设必定会拖慢CPU的速度。于是人类就在计算机外设与CPU之间加上了内存让外设直接访问到内存CPU也只需要从内存中拿数据即可。但是这似乎看起来更加拖慢速度了原本我CPU只需要与外设打交道现在还多了个 “中间商” 在那赚差价不就变得更慢了吗其实在我们内存中存在着两个机制预先加载和缓存技术: 预先加载指在用户调度之前预先将数据加载到内存或缓存中这样可以减少用户的等待时间。缓存将数据存储在临时存储器中以便于快速访问。这就好比在工作当中有一个急性子和一个慢性子的人合作而事情往往会向着慢性子的方向发展但是如果在来一个性子适中的人既可以催促慢性子人工作等到慢性子的人汇聚一定工作结果适中性子的人再将结果反馈给急性子的人而其他闲的时候也可以和急性子的人一起干其他事情。而我们存储金字塔越往塔尖就存储设备就越贵如果我们把内存全部换为更加高效的寄存器效率确实很高但是我们普通用户消费不起啊而最适中且大众能够接受的选择就是内存我们再看冯诺依曼体系结构我们只看数据流动的信号我们来思考一个问题为什么我们前面说程序在运行的时候为什么要先把程序加载到内存我们要先知道程序文件是存储在磁盘当中的而程序中的指令和数据是要被CPU拿来执行的磁盘属于外设那么根据上图外设就必须要先经过内存才能被CPU读取。结论因为冯诺依曼体系是这样规定的所以运行程序要先加载到内存对冯诺依曼体系的理解对冯诺依曼体系的理解不能只停留在概念上要深入到软件数据流理解上我们拿在QQ与别人聊天为例子阿熊与远在异地的女朋友联系一个在安徽一个在北京并且两人都在用电脑聊天这时阿熊给女朋友发了一句“在吗” 我的问题是当阿熊输入在吗这个字符串整个数据的信息流动是怎样的首先两人都是用电脑在联系那么两台电脑就是两台冯诺依曼机而发送端输入的内容经过冯诺依曼处理由网卡经网络所送到对端对端再由网卡接收进行解包等操作最后到输出设备。这个时候阿熊的女朋友刚学完C语言直接给阿熊发了一个关机程序阿熊女朋友将程序拖入聊天框内点击发送。我的问题是这个时候的数据传输又是怎样的其实只需要把上图的接收端和发送端调换一下位置程序要传输需要先被加载到内存中在由输出设备经网卡传输接收端也是由网卡接收到输入设备加载到内存进行解包等操作最后到了阿熊的输出设备。结论数据在流动的时候必须从外设到达内存完全遵循冯诺依曼体系结构。操作系统什么是操作系统对我们来说这是一个很模糊的观念今天我们就来简单认识一下操作系统。我们先来了解一下计算机层状结构图 ✈️操作系统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程序等也可以这样理解操作系统是一个软硬件资源管理的软件。 ✈️设计操作系统的目的与硬件进行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。在整个操作系统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。 ✈️理解管理概念那么什么叫做管理世界上无非就三种人一种是做决策的人一种是做执行的人还有一种是既做决策也做执行的人。而我们的管理者其实就是做决策的人而被管理者就是做执行的人。那么对于我们操作系统来说操作系统就是管理者底层硬件部分就是被管理者。 ✈️管理工作我们拿校园生活举例在大学期间校长就是管理者辅导员是保证管理决策的落地而学生就是被管理者。在大学开学之前校长没见到你的面但是却知道你是我们学校的于是将录取通知书发给你。明明校长没有和你见过面但是却能将录取通知书发给你说明管理者不需要对执行者见面。结论管理者的本质不在于对人做管理而在于对人的信息做管理管理者的核心工作是做决策根据数据来做决策。这里有个疑问为什么没有见过面但是校长却知道我其实是因为辅导员保证了校长所做决策的落地辅导员在你还没上大学的时候就已经将你的信息从高中档案里拿到了。而校长只需要从辅导员那里获取信息即可。 ✈️先描述再组织但是当数据量很大的时候我们的校长该如何管理呢假如我们的校长曾经是个教C语言的老师校长C语言很好于是校长写了一个结构体来对每个学生的信息进行管理 struct Student{char name[20];//姓名char sex[5];//性别int age;//年龄char tele[20];//电话//... };每个学生的信息我们用结构体对象来存储但是如何让很多学生的数据关联起来呢这时校长想到了在学习数据结构时学过的——链表使用链表将学生信息进行关联起来 struct Student{char name[20];//姓名char sex[5];//性别int age;//年龄char tele[20];//电话//... }; struct Student *next; //链式结构关联起数据有了链式结构之后校长就对着整个链表在那里翻看校长一想这不对啊这样的话还用链表存储干嘛呢直接读不就完了然后校长想到写一批对链表的增删改查的代码,这样当学校需要一个会C的同学参加比赛那么校长直接遍历这个链表找到C考的最好的同学去参加即可。这样以来校长所有的决策工作就变为了对链表的增删查改其实这也就是对管理的一个计算机建模的过程这个过程用六个字来总结就是先描述再组织如何理解六个字就拿上面的结构体举例校长想要管理学生需要知道这个学生的脾气吗需要知道这个学生的爱好吗不需要校长只需要知道学生的属性信息即可也就是将学生的属性信息进行具象化描述再将这些属性组织起来就是Student结构体再以链表的形式进行管理。所以校长对学生的管理工作转化为了对链表的增删查改那么将学生、辅导员、校长映射到操作系统中就是 ✈️为什么要有操作系统现在再来看这个问题其实就是在问为什么要有操作系统的管理对下管理好软硬件资源 ——手段对上提供一个良好的运行环境 ——目的操作系统通过对下硬件的管理对上给用户提供安全、稳定、高效、功能丰富的执行环境让用户有一个好的体验这就是操作系统存在的意义。 ✈️总结管理者和被管理者不需要见面。管理的本质是对被管理者的数据做管理。管理的方法是先描述再组织。系统调用 ✈️理解系统调用我们前面所介绍的是从操作系统到硬件的过程下面我们来谈谈从操作系统往上的部分在操作系统往上的部分是面向用户的但是为什么在用户和操作系统之间却存在一个叫做系统调用的东西这时候举一个例子来帮大家理解大家在去银行取钱的时候你去到跟前台说“我要取100万”难道这个时候前台就会乖乖的给你去金库里拿钱了天知道你是不是真的有100万而且就算有你该怎么证明银行不能保证钱是你的钱不能保证你是好人还是坏人而我们前面也说了这里的银行就是操作系统而我们前面也说了操作系统的目的是为了给用户提供安全高效的服务。这明显很不安全。这就好比银行直接让来的用户自己去金库里取钱是一件很危险的事情操作系统也是如此。也就是说操作系统直接交给用户来操作是一件很危险的事情于是在用户和操作系统之间出现了——系统调用。系统调用就像是银行的柜台如果你是来抢劫银行的那柜台那头的小姐姐会毫不犹豫的按下报警按钮防止金钱丢失。而系统调用正是如此。操作系统不知道你是好人坏人干脆把大家都当为坏人你只能通过我给你的接口来进行访问内核数据结构的属性用户不能直接更改需要通过系统调用接口来间接更改。其实将其抽象化可以把操作系统看为一个巨大的类而类中public部分是给用户展示的用户可以直接操作而private部分用户不可直接操作可以调用接口来间接修改private内部的属性。 ✈️总结从开发角度而言操作系统对外会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。系统调用在使用上功能比较基础对用户的要求相对也比较高所以有些开发者会对部分的系统调用进行封装从而形成了库有了库就很有利于更上层的用户或开发者进行二次开发。 ✏️本文小结大部分计算机都是冯诺依曼体系结构所组成的。冯诺依曼组成的各个部件都只与内存进行直接的交互. 操作系统是一个对软硬件进行资源管理的软件。操作系统向下进行管理方式是先描述再组织。向上提供安全、高效的服务。为了操作系统安全需要有系统调用作为媒介让用户与操作系统进行交互。如果这篇文章对你有帮助的话还望三连支持一下博主~~
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