2026/1/2 15:47:15
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我们常见… 个人主页Vect个人主页 GitHubVect的代码仓库 个人专栏: 《数据结构与算法》《C学习之旅》《Linux》⛺️Per aspera ad astra.文章目录1. 冯诺依曼体系结构2. 操作系统相关概念1. 冯诺依曼体系结构我们常见的计算机都遵循冯诺依曼体系结构输入设备键盘、鼠标、网卡、磁盘、话筒…输出设备显示器、磁盘、网卡、打印机…存储器内存和磁盘外存相对应所有的数据流转都遵循以下原则CPU在数据层面不和外设直接交互只能和存储器即内存交互举个例子一个二进制文件运行在显示器上显示的过程二进制可执行文件–磁盘–存储器–CPU–存储器–显示器任何程序要运行必须从磁盘加载到内存之后经过CPU处理才能运行——这是冯诺依曼体系结构决定的为什么要设计存储器外设IO处理效率极低CPU处理效率极高二者运行效率不是一个量级的内存作为链接二者的巨大缓存如果跳过内存根据木桶效应整个系统效率取决于效率低的模块而这样设计不合理再来看一下存储金字塔为什么不投入设计CPU呢对于上层寄存器和三级缓存制造成本极高造假昂贵而对于内存、硬盘价格就会越来越便宜所以冯诺依曼体系结构是个伟大的发明让普通人也能用上计算机。我们再举个例子理解一下冯诺依曼体系结构的数据流向从登录上qq开始和某位朋友聊天开始数据的流动过程假设发送“hehe”此时不考虑网络层键盘键入消息“hehe”经过输入设备输入到存储器存储器将消息“hehe”传输到CPUCPU经过处理解密翻译重新输出到存储器内存储器将处理过的数据输出到网卡此时发送消息完成经过网络层到达某位朋友的网卡网卡接收到“hehe”数据输入到存储器中存储器将消息“hehe”传输到CPUCPU经过处理解密翻译重新输出到存储器内存储器将处理过的数据输出到显示器上2. 操作系统相关概念广义上来讲OS包括外壳程序和内核两部分狭义上来讲OS一般只谈内核这样设计的目的是对上层给用户程序提供稳定、高效、安全的运行环境对下层能稳定、高效、安全地管理硬件设备所以操作系统的核心是管理管理好上层和下层围绕先描述再组织的核心思想对上层用户/应用不会直接操作OS的内部模块二通过OS提供的简化接口来提需求比如开发者在代码里调用lib的“文件读取函数”这些操作会通过“系统调用接口”传给OS简单来说OS把进程、内存分配等复杂逻辑藏起来给上层用户/应用提供简单易懂的操作入口对下层不同硬件的工作逻辑差异很大OS不直接操作硬件而是通过调用对应的驱动程序来控制硬件比如要保存文档到硬盘OS的文件管理模块不会直接和硬盘交互而是调用“硬盘驱动”让驱动按照硬盘的设计完成数据写入简单来说OS把“不同硬件的复杂操作”抽象成统一的管理逻辑向下统一管理各种硬件根据上述OS是中间连接层向上通过 “接口封装”把复杂的系统功能简化成用户 / 应用能轻松用的操作向下通过 “硬件抽象”把多样的硬件操作统一成系统能管控的资源最终实现的效果是用户不用懂 OS 内部逻辑硬件不用管上层需求OS 靠 “上下管理” 让整个系统有序运行