冯诺依曼体系|操作系统

一、硬件：冯诺依曼体系

1.冯诺依曼体系结构

2.冯诺依曼体系结构组成

3.内存的重要性

（1）提升运行速度

（2）提升运行效率

二、软件：操作系统

1.什么是操作系统

（1）内部理解

（2）外部理解

2.设计操作系统的目的

3.操作系统如何管理

（1）管理的本质

（2）计算机硬件管理

三、总结

1.冯诺依曼体系

2.操作系统

一、硬件：冯诺依曼体系

1.冯诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构，又称为普林斯顿体系结构，是现代计算机的基础。这一体系结构的提出归功于数学家冯·诺依曼，他提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）

2.冯诺依曼体系结构组成

存储器指内存

外设

输入设备：鼠标、键盘、摄像头、磁盘、网卡
输出设备：显示器、播放器

中央处理器（CPU）

运算器：对数据进行运算任务（算数运算、逻辑运算）
控制器：对计算机硬件流程进行控制

硬件具有独立性，但它们每个硬件之间都会通过线连接起来，CPU与内存之间交互的线叫做系统总线，内存和外设之间交互的线叫做IO总线

3.内存的重要性

（1）提升运行速度

CPU是运行速度是纳秒级别的硬件，而外设是运行速度毫秒级别的硬件，如果让CPU和外设直接进行交互，那CPU需要花很多时间等待外设处理完才能对数据进行处理，会大大浪费时间，数据处理的速度也主要由外设决定。

运行速度为毫秒级别

所以可以使用内存作为一个媒介，将输入数据交给内存，CPU从内存中读取数据，等待CPU处理完数据再将数据交还给内存，内存再将数据输出到输出设备。

这样就可以将运行速度提升至微秒级别

（2）提升运行效率

在实际的计算机体系中，存在一个预加载的过程，就是将数据提前加载到内存中，当CPU读取内存中的数据时，就可以实现数据加载到内存和CPU从内存中读取数据的并行实现方式，从而提高运行效率。

二、软件：操作系统

1.什么是操作系统

（1）内部理解

操作系统由内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）和其他程序（函数库、shell）构成

硬件资源访问：

通常情况下，操作系统内核是可以直接访问硬件资源的。内核通过特定的系统调用接口（System Call Interface, SCI）或直接硬件访问指令来管理CPU、内存、I/O设备等

用户资源访问：

用户空间的应用程序无法直接访问内核空间的数据和函数，必须通过系统调用接口来请求内核服务

（2）外部理解

操作系统属于系统软件部分、其上层是用户部分、下层是硬件部分

用户操作接口：用户操作接口是计算机系统中用于实现用户与计算机之间交互的接口，它允许用户通过特定的方式（如键盘、鼠标、触摸屏等）输入指令和数据，并接收计算机系统的反馈
系统调用接口：系统调用接口是操作系统内核与用户空间进程之间的桥梁，通过这组接口，用户进程可以请求操作系统内核提供的各种服务
驱动程序：一种使计算机能够与外部设备进行通信的软件组件，是硬件的接口，操作系统通过它来控制硬件设备的工作
底层硬件：冯诺依曼体系