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【Linux探索学习】第十一弹——初识操作系统：冯诺依曼体系结构与操作系统的概念与定位

article 2024/11/14 22:08:33

前言：

在学完我们前面的指令和工具之后，今天我们正式开启一个新的内容的学习——进程，在正式讲解进程之前，我们要先进入一些铺垫内容的学习，这就是我们今天要讲的冯诺依曼体系结构和操作系统的概念，下面我们正式进入今天的内容

一、冯诺依曼体系结构

1. 定义

2. 组成部分

编辑

3. 工作原理

二、操作系统

1. 定义

2. 功能

3. 位置

三、冯诺依曼体系结构与操作系统的关系

1. 存储程序概念

2. 进程管理

3. 资源管理

四、总结

一、冯诺依曼体系结构

1. 定义

冯诺依曼体系结构是由匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼提出的一种计算机设计模型。它描述了一种计算机的基本组成部分及其工作原理。现如今我们常见的计算机，如笔记本，和我们不常见的计算机，如服务器，都遵循冯诺依曼体系结构。

2. 组成部分

冯诺依曼体系结构主要包括以下几个组成部分：

中央处理器（CPU）：

控制单元（CU）：负责指挥计算机各部分的工作。
算术逻辑单元（ALU）：进行算术和逻辑运算。
寄存器：用于暂时存储数据和指令。

内存（RAM）：

存储程序和数据。冯诺依曼结构中的程序和数据都存储在同一内存中。

输入设备：用于向计算机输入数据，例如键盘、鼠标等。

输出设备：用于输出处理结果，例如显示器、打印机等。

总线：用于在各个组件之间传输数据和指令的通道。

关于寄存器等的知识，我们主要还是了解就行，这要涉及到计算机组成原理的知识，这些知识是单独组成一门学科的

3. 工作原理

冯诺依曼体系结构采用存储程序的概念，计算机通过以下步骤执行程序：

从内存中读取指令。
解码指令。
执行指令，进行计算或数据转移操作。
将结果存储在内存中。

这种方式使得程序可以动态改变，支持更复杂的计算任务。

在这里我们要强调几点：

1. 上面的存储器指的就是内存

2. 不考虑缓存的情况下这里的CPU能且只能对内存中的数据进行操作，不能从外设（输入和输出设备）中获取数据

3. 外设（输入或输出设备）要输入或输出数据，只能从内存中获取

4. 总的来说，所有设备都只能与内存打交道

至于为何会出现上面这种情况（所有设备都只能与内存打交道），主要与一个叫存储金字塔的概念有关

在存储工具上，往往容量越大其速度越慢，但相应的价格就越低，但是通过图上我们也可以观察到内存的存储速度是要比外设快的，因为中央处理器的速度是非常快的，往往需要等待数据到位，所以我们就需要快速的将数据传到中央处理器中，如果直接从外设中将数据传入处理器中，因为外设的传数据的速度很慢，所以处理器就需要常常处于等待状态，我们加了内存这个中间设备后，我们就可以将将要处理的数据提前存入内存中，且在处理器处理数据时，我们也可以提前将要处理的下一组数据存进来，进而提高了效率，其实在内存与中央处理器之间还有三级存储结构，这就要涉及更深层次的内容了，感兴趣的可以自己再去搜一下看一下，今天的重点不在这里

二、操作系统

1. 定义

操作系统（Operating System, OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它为用户和应用程序提供必要的服务与接口。

2. 功能

操作系统的主要功能包括：

进程管理：负责创建、调度和终止进程，管理进程间的通信与同步。（这个就是我们接下来几篇要讲解的重点内容）

内存管理：分配和回收内存，管理虚拟内存与物理内存的映射。

文件系统管理：负责文件的创建、删除、读写等操作，维护文件的存储结构。

设备管理：控制和管理输入输出设备，提供设备驱动程序。

用户界面：提供用户与计算机交互的方式，包括命令行界面和图形用户界面。