操作系统（1）——学习导论（Ⅰ）

小程一言

本操作系统专栏，是小程在学操作系统的过程中的第一步，是在学习操作系统的笔记的前提下，加上自己的心得，以及资料的搜集，共同整合而成。小程在学习过程中，难免疏漏，希望各位前辈批评指正。

最主要参考书籍：现代操作系统
书中内容有些生硬，so小程参考其他书籍内容进行了一些加工
这本书饱受诟病的原因是流传思想有些过时，但是计算机有过时的思想吗？，底层逻辑的稳定是整个计算机的基石。现在的所有思想都是在基石之上。

面向群体：在校大学生，想要补齐基础知识短板的在职人员

大家看看我这排版是不是又进步了，哈哈哈。

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学习导论

什么是操作系统

操作系统是计算机系统中的一个重要软件，它是连接硬件和应用程序的桥梁，负责管理和控制计算机系统的各种资源，提供用户和应用程序访问这些资源的接口。

主要功能

资源管理：操作系统负责管理计算机系统的各种资源，包括处理器、内存、硬盘、网络等。它通过调度算法和资源分配策略来合理地分配和管理这些资源，确保它们能够有效地被应用程序和用户利用。
进程管理：操作系统负责管理计算机系统中的进程（即正在运行的程序），包括进程的创建、调度、终止等操作。通过进程管理，操作系统能够确保多个程序能够同时运行，并且能够有效地共享计算机系统的资源。
内存管理：操作系统负责管理计算机系统中的内存资源，包括内存的分配、回收、虚拟内存管理等。通过内存管理，操作系统能够有效地管理内存资源，确保应用程序能够正常运行并且不会发生内存溢出等问题。
文件系统管理：操作系统负责管理计算机系统中的文件系统，包括文件的创建、读写、删除等操作。通过文件系统管理，操作系统能够将文件组织起来，方便用户和应用程序对文件进行访问和管理。
设备管理：操作系统负责管理计算机系统中的各种设备，包括输入输出设备、网络设备等。通过设备管理，操作系统能够提供统一的接口，方便用户和应用程序与设备进行交互。

强调

操作系统是非常重要的、承担着管理和控制计算机系统各种资源的、提供一个友好、高效的工作环境的软件

操作系统历史

这个内容就不细说了，学操作系统的各种书籍，包括其他博客都有介绍，这里就不占用篇幅了

硬件层面

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软件都是以硬件为载体的，这里我们应该了解一下，后面我会写一个组成原理的专栏，哪里我们在深入研究

处理器

处理器，也称为中央处理器（CPU），是计算机系统中的核心组件之一，负责执行计算机程序中的指令并处理数据。处理器通常由控制单元、算术逻辑单元和寄存器组成，它们协同工作以完成计算机程序的执行过程。

重要特点and功能

控制单元：控制单元负责从内存中获取指令、解码指令并执行指令。它通过时钟信号来同步处理器内部各个部件的操作，确保指令按照正确的顺序被执行。
算术逻辑单元：算术逻辑单元负责执行算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非异或等）。ALU根据控制单元发出的指令来执行相应的计算操作。
寄存器：寄存器是处理器内部的存储单元，用于暂时存储指令、数据和中间结果。常见的寄存器包括程序计数器、指令寄存器和通用寄存器等。
时钟频率：时钟频率指的是处理器每秒钟执行的时钟周期数，通常以Hz为单位。时钟频率越高，处理器执行指令的速度越快。
多核处理器：多核处理器包含多个独立的处理核心，每个核心可以同时执行不同的任务。多核处理器能够提高计算机系统的性能和并行处理能力。
缓存：缓存是一种高速存储器，用于暂时存储处理器频繁访问的数据和指令，以提高数据访问速度。处理器通常包含多级缓存，如一级缓存、二级缓存等。
指令集架构：指令集架构定义了处理器支持的指令集合和指令的格式。常见的指令集架构包括x86、ARM、MIPS等。

处理器是计算机系统中最重要的硬件组件之一，它的性能和功能对计算机系统的整体性能和效率有着重要的影响。随着技术的不断发展，处理器的性能、能效和功能不断提升，以满足日益增长的计算需求。
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存储器

计算机中的存储器是用于存储数据和指令的硬件设备，它分为主存储器（内存）和辅助存储器（外部存储器）两种类型。存储器在计算机系统中扮演着至关重要的角色，它影响着计算机系统的运行速度、数据存储容量和数据的持久性。

主存储器（内存）：
- 作用：主存储器用于存储当前正在运行的程序、数据和操作系统等信息。处理器从主存储器中读取指令和数据进行处理，并将处理结果写回主存储器。
- 特点：主存储器具有较快的访问速度，但是断电后数据会丢失，因此主存储器属于易失性存储器。
- 类型：主存储器通常分为随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，ROM）两种类型。RAM用于存储运行时的数据和指令，而ROM用于存储固化的程序和数据，通常不可修改。
辅助存储器（外部存储器）：
- 作用：辅助存储器用于长期存储数据和程序，以便在断电后数据不丢失。它通常具有较大的存储容量，但访问速度较主存储器慢。
- 类型：常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、固态硬盘、光盘、闪存驱动器等。
- 特点：辅助存储器通常是非易失性存储器，数据在断电后不会丢失。它们提供了长期存储数据的能力，并且可以作为备份媒介。
存储器层次结构：
- 存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器之间的组织和管理关系。通常分为多级缓存、主存储器和辅助存储器等层次。
- 存储器层次结构的设计旨在充分利用各种存储器的特点，提高数据访问速度和系统性能。

存储器在计算机系统中扮演着数据存储和传输的重要角色，不同类型的存储器在计算机系统中各司其职，共同协作以满足计算机系统对数据存储和访问的需求。存储器的性能和容量对计算机系统的整体性能和功能有着重要的影响。

磁盘

计算机中的磁盘是一种常见的辅助存储器，用于长期存储数据和程序。磁盘通常包括硬盘驱动器和固态硬盘两种类型，它们在工作原理、性能和特点上有所不同。

硬盘驱动器（HDD）：
- 工作原理：硬盘驱动器通过旋转磁盘（盘片）和移动磁头的方式，将数据存储在磁性表面上。数据的读写是通过磁头在磁盘上寻道和旋转的方式实现的。
- 特点：硬盘驱动器具有较大的存储容量和相对较低的成本，适合用于存储大量数据。然而，由于机械运动的特性，硬盘驱动器的读写速度相对较慢。
- 优势：存储成本低、容量大、适合存储大容量数据。
- 劣势：读写速度较慢、易受机械损坏、噪音较大、发热较多。
固态硬盘（SSD）：
- 工作原理：固态硬盘使用闪存存储芯片来存储数据，数据的读写是通过电子信号的方式实现的，不需要机械运动。
- 特点：固态硬盘具有较快的读写速度、低延迟、抗震动、低功耗等优点。它们适合用于提高系统性能和响应速度。
- 优势：读写速度快、低延迟、抗震动、低功耗、无噪音。
- 劣势：相对较高的成本、容量相对较小。
磁盘的使用：
- 磁盘通常用于存储操作系统、应用程序、用户数据等长期存储的内容。
- 计算机系统中通常会同时使用主存储器（内存）和磁盘来进行数据存储和传输，主存储器用于临时存储当前运行的程序和数据，而磁盘用于长期存储数据。

磁盘作为计算机系统中重要的辅助存储器之一，不仅提供了大容量的数据存储能力，还影响着系统的性能和响应速度。选择适合的磁盘类型和配置方式对于系统的整体性能和用户体验至关重要。

I/O设备

计算机中的I/O设备（Input/Output devices）是指用于与计算机进行输入和输出操作的各种外部设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、网络适配器等。这些I/O设备在计算机系统中扮演着重要的角色，使用户能够与计算机进行交互，并实现数据的输入、输出和传输。

小程常用的I/O设备及其特点

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键盘：
- 功能：用于输入文本、命令和控制信息。
- 特点：键盘是计算机最基本的输入设备之一，通过按键输入字符和命令，是用户与计算机进行交互的重要工具。
鼠标：
- 功能：用于控制光标的移动、点击和拖拽等操作。
- 特点：鼠标通常用于图形用户界面（GUI）下的操作，提供了更直观、便捷的交互方式。
显示器：
- 功能：用于显示计算机处理的图形和文本信息。
- 特点：显示器是计算机输出设备的主要形式之一，不同类型的显示器有不同的分辨率、色彩深度和显示技术。
打印机：
- 功能：用于将计算机中的文档、图像等信息输出到纸张上。
- 特点：打印机通常分为喷墨打印机、激光打印机、针式打印机等类型，具有不同的打印速度、质量和成本。
扫描仪：
- 功能：用于将纸质文档、照片等信息转换为数字化的电子文件。
- 特点：扫描仪可以将纸质信息转换为计算机可识别的数字化数据，方便存储和处理。