news 2026/10/31 13:49:34

【把Linux“聊”明白】从冯诺依曼架构到操作系统

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张小明

前端开发工程师

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【把Linux“聊”明白】从冯诺依曼架构到操作系统

截至目前,我们所认识的计算机,都是由一个个的硬件组件组成

输入设备:包括键盘,鼠标,扫描仪等;中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等;输出单元:显示器,打印机等。

我们要知道,这里的存储器指的是内存,输入输出设备是站在内存的角度来看的。

为什么cpu不直接在磁盘上获取数据呢?因为CPU的速度和磁盘的速度之间存在巨大的、难以逾越的鸿沟,如果CPU直接去磁盘取数据,整个计算机将会慢到无法忍受。 内存作为一道必不可少的“缓存”或“缓冲区”,填补了CPU和磁盘之间巨大的速度鸿沟,是保证现代计算机高效运行的基石。

在不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备),外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。 即所有设备都只能直接和内存打交道。

所以,在我们学习C语言时,printf函数就是把数据写到硬件,也就是显示器上。

二、操作系统的概念

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程序等等)

在这里插入图片描述

三、设计操作系统的目的

对上,为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境(目的)

对下,与硬件交互,管理所有的软硬件资源(手段)

我们来看一下计算机系统的层次结构:

  1. 软硬件体系结构为层状结构;
  2. 访问操作系统,必须使用系统调用— 其实就是函数,只不过是系统提供的;
  3. 我们的程序,只要你判断它访问了硬件,那么它必须贯穿整个软硬件体系结构;
  4. 库函数可能在底层封装了系统调用。

在这里插入图片描述

四、操作系统的核心功能

在上面我们也可以看出,操作系统是管理者和服务提供者。它管理所有硬件资源(CPU、内存、设备、文件),同时为用户和应用程序提供简单、统一、安全的服务接口。所以操作系统的定位是:⼀款纯正的“搞管理”的软件。

4-1 如何理解"管理"

简单来说,就是 —先描述,再组织。 举例: 校长管理学生,先对学生进行描述:

代码语言:javascript

AI代码解释

struct student { int id; // 学号 char* name; // 名字 char* age; // 年龄 //...

此时,每个学生信息对应一个结构体,然后,再以某种数据结构(比如链表)将学生对象的信息组织起来:

在这里插入图片描述

即:先描述被管理对象,再组织被管理对象

此时,校长想管理学生,需要和学生见面吗?不需要。 所以,要管理,管理者和被管理者,可以不需要见面。 那么,管理者和被管理者,怎么管理呢?根据“数据”进行管理!但是不需要见面,如何得到数据?由中间层获取!(比如辅导员)

有了上述的先描述,再组织,可以看到,校长对学生的管理工作,变成了对链表的增删查改。

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