【Linux】冯诺依曼体系结构及操作系统架构图的具体剖析

目录

一、冯诺依曼体系结构

1、结构图

2、结构图介绍：

3、冯诺依曼体系的数据流动介绍

4、为什么在该体系结构中要存在内存？

二、操作系统架构图介绍

1、操作系统架构图

2、解析操作系统架构图

3、为什么要有操作系统？

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一、冯诺依曼体系结构

1、结构图

我们常见的计算机（如笔记本），不常见的计算机（如服务器）大部分都遵循冯诺依曼体系

我们先认识一下结构图：

今天我们先讲解红线过程。

2、结构图介绍：

（1）中央处理器（CPU）：包括运算器和控制器；

（2）输入设备：如话筒、摄像头、键盘、鼠标等等；

（3）输出设备：声卡、显卡、网卡、显示器等等；

（4）存储器：一般指内存：内存具有掉电易失的性质，即如果突然断电的话，内存中的数据就会全部没了；

（5）这些设备都是相互独立的，有些设备只做输入，有些只做输出，有些即做输入，又做输出；

（6）这些设备又是相互连接的，通过主板上的总线相互连接；

（7）使用总线将这些设备相互连接不是目的，而是一种手段，具体目的是为了设备之间的数据流动，数据流动的本质就是设备之间进行数据的来回拷贝，拷贝的整体速度是决定计算机效率的重要指标；

3、冯诺依曼体系的数据流动介绍

首先通过输入设备，如键盘，输入数据到内存中，然后内存又将数据给CPU进行运算处理，然后将运算后的数据返回给内存，内存又输出到输出设备，如显示屏；

这里我们可以想到在我们学习C语言的时候听过一句话：

程序在运行的时候，必须把程序加载到内存。

这就是冯诺依曼体系这么规定的：

在数据层面，CPU与内存打交道，外设只和内存打交道。

4、为什么在该体系结构中要存在内存？

因为如果直接将CPU和输入输出设备连接的话，输入输出设备的效率是非常低的，即使CPU效率非常高，但最终效率会以这两者之前效率最低的为主，这就导致计算机最终效率会非常慢。所以引入了内存，因为有了内存，可以将内存看成一个巨大的缓存，输入设备可以将数据预先加载到内存，CPU需要的时候直接从内存中取，而CPU处理后的数据也可以存储在内存中，输出设备需要的时候就从内存中直接取。这就可以使计算机的效率变成了以内存效率为主。引入内存，不仅提高了效率，相比CPU还比较便宜，这就大大提高了性价比，使得普通人可以用得上计算机。

二、操作系统架构图介绍

1、操作系统架构图

操作系统是一个进行软硬件资源管理的软件，他是第一个被加载的软件。

那么什么叫做管理呐？

管理中一般有三个对象分别做一件事：

管理者：做决策

中间者：保证管理决策落地到被管理者

被管理者：做执行

特点：先描述，再组织

（1）管理者和被管理者，不需要见面。管理的本质不在于对对象做管理，而是在于对对象的信息数据做管理。管理者的核心是根据数据做决策。

（2）管理者通过中间者拿到被管理者的数据。

（3）管理者在面对大量的被管理者的时候，数据量必然是非常大的，此时管理者通常会将数据放到常用数据结构，如链表中进行管理。

下面的知识我们就以链表为例：

2、解析操作系统架构图

根据第一点中介绍的管理的知识，操作系统也是这样管理的：

（1）操作系统是无法直接访问底层硬件的，而是通过访问驱动程序，从而去操作底层硬件，比如我们插入U盘的时候，通常会显示 “驱动程序已驱动”。

（2）同理，我们顶层的用户也是无法直接访问操作系统的，而是需要通过操作系统提供的系统调用接口去间接访问操作系统，而为了方便用户使用，又将系统调用接口封装了一下，从而形成了用户操作接口，比如我们常见的C-lib（C语言标准库函数）。

（3）、系统调用由操作系统提供，库函数由设计者提供。

3、为什么要有操作系统？

（1）对下层管理好软硬件资源  ------手段；

（2）、对上层提供一个良好的运行环境  ------目的； 

良好的运行环境一般包括：稳定、高效、安全；

这套系统是任何操作系统都适用的，不管是windows还是linux，正因为提供了将系统调用封装成了一系列库函数，所以使得语言具有跨平台性和可移植性。