[linux] 冯诺依曼体系及操作系统的概念

Posted 2023-01-28 风起、风落

文章目录

• 1. 冯诺依曼体系结构
• • 1. 为什么要有内存？
  • • 1. 若内存不存在
    • 2. 若内存存在
    • 结论1
  • 2.在硬件层面，单机和跨单机之间数据流是如何流向的？
  • • 结论2
• 2. 操作系统(Operator System)
• • 1. 概念
  • 2.如何理解操作系统对硬件管理？
  • • 结论1
  • 3.管理者和被管理者没有直接沟通，他是如何管理我的呢？
  • 3.管理者是如何拿到被管理者的数据的呢？
  • 4.对管理做建模
  • 5. 相互关系
  • 6.操作系统为什么要对软硬件资源做管理？
  • • 银行会相信我们么？
    • 系统调用

1. 冯诺依曼体系结构

常见的计算机，如：笔记本，不常见的服务器，如服务器，大部分都遵循冯诺依曼体系

1. 为什么要有内存？

输入、输出设备称之为外围设备，简称外设，外设速度一般比较慢一些

• 以磁盘为例，我们去淘宝花500块 去买磁盘，可以买到1T的
  但若是买储存器即内存，只能买到4G/8G的内存条，从价格上看内存是比较贵的，主要是因为 相对于内存，磁盘是比较慢的

1. 若内存不存在

这样做虽然可以，但是因为外设的速度非常慢，而CPU的速度非常快，就导致类似于木桶问题的现象存在

• 这个木桶最多承装多少水，不是由这个木桶最长的木板决定的，而是由最短的木板决定的
• 整体效率就以外设为主，外设的速度非常慢，就导致整体效率非常慢

2. 若内存存在

• 内存的速度比外设快的多，又比内存速度慢 若内存存在，进行计算时，若只包CPU与内存，则整体效率以内存为主
• 内存可以实现对数据的预加载(提前将数据放入内存中)，
  CPU进行计算时直接在内存中取数据，不需要访问外设了

结论1

在数据层面上，一般CPU不和外设直接沟通，而是和内存打交道

2.在硬件层面，单机和跨单机之间数据流是如何流向的？

你和你的朋友，聊qq，你发送一个在吗？整个信息是如何在体系结构中流动的?(在不考虑网络的情况下，即发出去就能收到)

• 你从键盘打出"在吗"输入qq里，数据"在吗"到内存，然后数据要做计算，因为数据在发送时不止一条，同时数据需要加密，
  把计算完的结果写回内存，将该数据显示到输出设备，将数据显示到本地的显示框中， 同时把数据发送到网卡上，对应的输入设备就是网卡
• 同样把数据"在吗"交给内存，把数据读到CPU中，执行解密操作，把数据写回内存，再将数据刷新到输出设备中，即将"在吗”显示到你朋友的显示器中
  

结论2

外设只会和内存打交道(数据层面)

2. 操作系统(Operator System)

1. 概念

操作系统是一个进行软硬件资源管理的软件

2.如何理解操作系统对硬件管理？

• 例如把学校中的人分为 校长、辅导员、学生 而管理者是谁呢？
  初次看，我认为管理者是辅导员，因为平时都是辅导员在管理我们
• 而管理者的定义是：大部分情况下拥有做决策的能力

• 所以真正意义的管理者是校长，所有的命令都是由校长发出的， 而辅导员只是按照校长的指令办事，最后辅导员带着学生完成任务

结论1

• 校长可能只在开学典礼见过，或者平时偶尔见到一次，只是你认识他，他不认识你，但还可以安排我去那间宿舍，安排什么时候上课、什么时候吃饭

• 管理者和被管理者，不需要直接沟通

3.管理者和被管理者没有直接沟通，他是如何管理我的呢？

• 在上初中的时候，你经常跟你的同学抱怨，我的爸爸妈妈天天跟在屁股后面，天天管着我
  等上了大学后，你认为你终于脱离了父母的管控了，此时你的父母确实不在你的身边，但若你的父母有一种能力，
  按照天为单位，获取到你这一天都干了什么，通过这些数据掌握了你的行踪，第二天就给你打电话了，一顿说你。 说明你的父母不在你的身边，但若拿到数据照样可以管理你
• 管理的本质： 对被管理对象的数据做管理

3.管理者是如何拿到被管理者的数据的呢？

• 校长是如何拿到我的数据的呢？校长不用跟我直接接触，但辅导员通过他旗下的爪牙跟我直接接触
  辅导员 拿到了我的各科考试成绩，姓名籍贯等数据交给了校长

4.对管理做建模

• 假设校长是一个程序员，要每一个学生的数据， 由于基本属性都是一样的，都包括(姓名、性别、考试成绩)，由于linux内核使用c语言写的，所以设定一个结构体 s 包含这些基本信息

struct s

   //姓名
    //性别
    //考试成绩
;

• 由于学生数量太大，有上万名，所以使用execl表格太麻烦了 所以我用单链表把各个学生的信息连接起来
  

• 我想寻找学校中数学成绩最高的同学，代表学校参加竞赛 作为校长，要决策谁去参加
  可以使用链表进行遍历，以数学成绩为判断条件，找到数学成绩最高的同学，通过结点找到姓名等信息

• 校长的行为转化为对链表的遍历动作

• 上述的整个过程完成了对管理进行建模(将具体的场景转化为计算机语言）

• 描述：如果要对特定的学生做管理，需要先将每一名同学结构体描述起来，采集信息，用结构体构建对象形成某种结构，
  组织： 再将每一名学生对应的结点组织起来

• 管理的本质：先描述，在组织

5. 相互关系

• 驱动去和硬件交互，从交互的层面上拿到相关的数据，操作系统拿到数据做决策，将决策交给驱动做执行

6.操作系统为什么要对软硬件资源做管理？

• 操作系统对下通过管理好软硬件资源(手段)，对上给用户提供良好(安全、稳定高效、功能丰富)的执行环境(目的)
  
• 以银行系统为例，行长能通过IT部门对银行的电脑、服务器进行管理，也能对银行内的人员进行管理
• 说明操作系统既能对硬件做管理，也能对软件做管理
  
• 行长对下要管理好员工和软硬件资源，对上给用户提供良好的执行环境

银行会相信我们么？

• 不相信，因为我们存钱不可能让你自己进入金库
  
• 为了保护自身安全,设置银行柜台的存在,给我们提供窗口服务
  
• 操作系统给我们提供良好的服务，并不代表OS会相信我们，反而，操作系统不相信任何人

系统调用

• 类似于银行柜台的存在，操作系统的特定功能以接口的方式给我们提供出来，接口被称作操作系统的系统调用
• linux系统本身是用c语言写的 ，系统指的是操作系统，调用指的是操作系统设计的c函数