目录

一.计算机硬件结构——冯诺依曼体系

1.组成：

2.工作流程和关系

二.操作系统的概念

1.组成

2.定义

3.如何管理各种资源

4.系统调用和库函数的理解

---

一.计算机硬件结构——冯诺依曼体系

1.组成：

1.组成部件

运算器（ALU）：算术运算（加减）、逻辑运算（与或非）。

控制器（CU）：取指令→译码→发控制信号，协调全机；含程序计数器 PC（存下条指令地址）。

存储器（主存）：即内存，统一存程序 + 数据；一维线性地址空间，按地址访问。

输入设备：键盘、鼠标、网卡、磁盘等，将信息转为二进制。

输出设备：显示器、打印机、网卡、磁盘等，结果转出。

2.组成链接部件的总线

分类（按照总线的功能）

数据总线 DB传真实数据、指令，双向传输

地址总线 AB传内存地址，找数据放哪，单向

控制总线 CB传控制命令（读、写、启停、同步）

各部件依赖的总线：

1.控制器依靠控制总线指挥所有设备，发命令

2.运算器靠数据总线拿数据、传结果 

3.主存储器（内存）同时连数据 + 地址 + 控制三大总线，总枢纽
4.输入/输出设备靠数据总线从内存输入/输出数据

简化一下：

 CPU（运算器 + 控制器） ←三总线→ 内存内存 ←数据总线→ 输入 / 输出设备

我们根据总线的位置来分类：

外部：IO总线

内部：系统总线

2.工作流程和关系

结构关系特征：

我们可以根据冯诺依曼系统的结构特点可以得出：内存将计算机分割为计算机内部——cpu和计算机外部——外设。现在有一个问题是:为什么要这样分割？为什么直接不让外设直接和cpu交互？

1. 速度差距天差地别（最主要）

CPU：纳秒级，运算极速 

外设：毫秒 / 微秒级，慢到极致如果外设直接连 CPU，CPU 会全程等待外设，99% 性能直接废掉

内存做缓冲：CPU 全速跑，外设慢慢传，互不耽误

2.次原因

外设太多，线太多太复杂，直接连cpu上会爆炸。。。

信号电压、频率、通信规则不一样，无法直接对接

外设只是负责录入 / 输出，无权直接指挥 CPU 执行指令（不能让手脚指挥大脑）

而且为了让外设跟上cpu的速度，单纯的内存是不够的，我们还需要寄存器——CPU 三级高速缓存 L1/L2/L3，层层逐级提速、逐级缓冲

寄存器特点就是：空间小，速度快，价格贵

工作流程：
数据传输：数据在内外部流动

二.操作系统的概念

1.组成

两大组成部分

1. 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）

2. 其他程序（例如函数库，shell程序等等）

2.定义

操作系统是管理计算机软硬件资源、控制程序运行、为用户和应用程序提供服务接口的系统软件，是硬件与应用软件之间的中间层。

• 对下，与硬件交互，管理所有的软硬件资源
• 对上，为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

1.软硬件体系结构层状结构

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，只要你判断出它访问了硬件，那么它必须贯穿整个软硬件体系结构

4. 函数库可能在底层封装了系统调用      

3.如何管理各种资源

1.管理目标：

对内：

 进程管理 

 存储管理（内存）

 设备管理 

 文件管理 

对外： 用户管理

2.管理方式：

其实就是先把软硬件各种核心属性用一个结构体 “打包”，就可以对应填入各种数据了，然后将所有的软硬件各自的结构体组织起来（可以用不同高效合适的数据结构组织），就可以实现统一管理了。

抽象出来就是：先根据其数据进行描述其属性，再使用合适的数据结构将其组织起来，这样就方便增删查改（管理）了。阶段说就是：先描述，再组织。

4.系统调用和库函数的理解

1. 系统调用

 定义：操作系统内核向用户程序暴露的、访问硬件 / 系统资源的唯一接口，是用户态进入内核态（切换系统操作的对象（对用户（shell），还是对硬件（IO）））的 “入口”。

功能：整理所有资源，方便用户使用并且更加高效，防止用户直接接触设备，造成混乱，就像是银行不会让客户自己去金库取钱。

2.函数调用

定义：更加便利的使用工具（系统调用还是太复杂了）

分类：

1.封装了系统调用的库函数：比如 C 标准库的printf、fopen，底层会调用write、open系统调用

2. 纯用户态的库函数：比如strlen、memcpy，完全在用户态执行，不触发系统调用