计算机组成体系

冯诺依曼体系结构

运算器

存储器

控制器

输入设备

输出设备

CPU

体系特点

实例分析

总结

操作系统

什么是操作系统

理解操作系统的管理特性

什么是管理

驱动层

管理方式

操作系统接口即系统调用接口

用户操作接口

总结

冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构一共分为五个部分：运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备

运算器

运算器负责运算从内存读取到寄存器中的数据，可将其看做一个数据加工场，即对寄存器中的数据做运算，这些运算分为算数运算和逻辑运算

存储器

这里的存储器指的是内存，内存具有掉电易失的特点。与内存相对应的是外存，具体就是指磁盘，磁盘具有永久的存储能力，一般我们创建的文件都是在磁盘中，常见有C盘和D盘。磁盘又属于外设，外设分为输入设备和输出设备，常见的外设包括磁盘和网卡。

控制器

产生指令所需要的控制信号，控制相关功能部件执行相应操作。

控制器和运算器再加上其他一些部件共同组成CPU。

输入设备

用来将人们熟悉的信息形式转化为机器能够识别的信息格式，常见的有磁盘和鼠标

输出设备

可以将机器结果转化为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示屏输出

CPU

一般我们认为CPU是就相当于人的大脑，进行着精确的计算和分析，其实这种观点是不对的，真实的cpu是一个很傻的设备，它只能被动的接受传来的指令，然后进行运算，达到计算别人数据的目的。

所以cpu需要认识其他设备传来的指令，所以，cpu中有自己的指令集。所以代码编译的本质是什么？代码编译的本质就是将代码编程计算机能看懂并可以执行的指令。

体系特点

一般认为CPU的运算速率非常快，一秒钟可以计算上万次。然后内存的速度比较快，一秒钟可以达到上百次。然而，外设却非常慢，一秒钟仅可以运行十余次。

如果cpu直接从磁盘中获取数据的话，可想而知，计算机运行效率一定会失配。就像木桶原理所说的一样：决定CPU运效率的是读取数据的效率。

所以为了提高整机运行的效率，CPU仅从内存中读取数据，然后内存从外设中读取数据，这样既可以很好的解决CPU和外设速度不匹配的问题。

关系图如下：

、

其中：内存和磁盘之间数据的传输的过程，我们称之为IO的过程。

实例分析

假如我在山东，用QQ给远在北京的同学发信息，数据是怎样传输的（忽略网络）？

如图所是：

数据从键盘（输入设备）中写入，被写进内存，与此同时QQ程序被加载到内存中，CPU通过QQ将消息进行处理（加密等等），加密后的消息经过内存到达网卡（外设），然后进过网卡传输到网络中。消息被网络传输到同学的电脑的网卡（外设）上，然后数据来到对端电脑的内存中，对端电脑的QQ程序同时被加载到内存中，CPU通过QQ程序对接收到的消息进行处理（解密等等），经过解密后的消息经过内存显示在显示器（输出设备）上。

总结

1.CPU不和外设直接打交道，只和内存打交道。

2.在外设中，有数据需要载入，只能载入到内存中。

操作系统

什么是操作系统

操作系统是一个管理软件和硬件的软件。

理解操作系统的管理特性

什么是管理

在学校里，我们是被管理者，校长是管理者，但是我们见过校长吗？

相信很多人都谁说：no！那么，校长是如何对学生进行管理的呢？答案应该是通过数据对学生进行管理的吧！！！

但是，有同学会问：在家，我妈也管理我，但是她没有通过数据的方式来管理我。这里，我想说：那是父母在监管我们，而不是管理我们，管理的本质是对重大的事务具有决定权。

因而，我们得出结论：管理的本质是对数据进行管理。

而且，我们知道：真正的管理者是不需要和被管理者直接交互的。但是，管理者如何拿到做管理所需的数据的呢？

驱动层

在学校中，校长是管理者，我们是被管理者，校长和我们学生之间还有辅导员，辅导员负责获取学生的数据，然后传递给校长，校长通过辅导员传递过来的数据指示管理工作，然后辅导员落实校长的指示。

同样，类比计算机系统。我们知道：计算机底层是由一些硬件根据冯诺依曼体系结构组成的。操作系统就是用来管理这些软件和硬件的，但是，操作系统（管理者）并不和底层硬件（被管理者）直接交互的，所以在底层和操作系统之间，还存在着驱动层。驱动层的作用就类似于学校中的辅导员，负责将硬件所产生的数据传输给操作系统，然后根据操作系统的指令进行工作。

我们都知道：在学校中，每个学校都由不同的学院组成，每个学院都有辅导员。同样，我们的计算机也是由不同的硬件组成的，所以，不同的硬件就会存在不同的驱动程序，常见的有：磁盘驱动，鼠标驱动等等。

其中，如果你使用的是那种老式的鼠标，当刚插入到电脑时，电脑的右下角就会弹出一个窗口，这个窗口就是告诉我们用户：正在安装驱动程序。

接下来，我们用一张图来总结驱动层，底层，操作系统之间的关系：

管理方式

我们还是用校长的这个例子来说明问题：假如学校的学生很少，只有10多个人，那么，校长管理起来就很方便。但是，如果学校学生很多，有数千人，校长每天要做的就是学生各种各样的数据，长此下去，非常辛苦。但是，校长在当校长之前，是一个优秀的程序员！！校长通过分析数据发现：几乎每个学生的信息都是一样的，包括：姓名，性别，籍贯，学号，高考成绩，期末成绩等等！！于是，校长就发挥他程序员的优势：将这些数据组织起来。

校长先是把这些属性封装成一个类，如下所示：

struct student_ag
{char name[64];int age;char address[64];int telephone[13];int score;
}stu_eg;

然后，校长想：我可不可以把这个弄成一个链表

所以，校长就加了下一个节点的指针

struct student_ag
{char name[64];int age;char address[64];int telephone[13];int score;struct student_ag* _nect;
}stu_eg;

就这样，一个链表出现了，校长的管理成本也随之降低，只需要在链表中进行增删查改查改即可！！

这种管理数据的方式叫做：先描述，再组织；即先把对象用语言描述出来，然后再用数据结构将这些对象进行有效的组织。在我们学习Linux的过程中，先描述，再组织这六个字以后会经常出现

操作系统管理硬件的方式也是一样的。操作系统先把要原理的硬件属性描述起来，然后进组织。达到安全，高效的管理的目的。

操作系统对硬件的管理方式采取先描述，再组织的方式。对硬件的管理方式如此，对软件的管理方式亦是如此。

操作系统接口即系统调用接口

不知道大家有没有取银行办理业务的经历

我们来到银行，先去拿号，然后排队。排到我们时，我们做到窗口前，递过去我们的资料，然后开始办理业务。如果资料没问题，工作人员就为我们办理；如果资料存在问题，工作人员就认为不能为我们提供办理业务，就驳回我们的办理请求。

其实，银行是一个非常私密的机构，它本质上不相信任何人（因为它分不清谁是好人和坏人，所以它不相信任何人）但是，它也要对人民提供服务。这本是矛盾的两面，但是，我们可以通过窗口来实现银行对外的工作。

操作系统和银行是非常相似的。操作系统本质上是不相信任何用户的，不允许任何用户进入操作系统，但是操作系统并不能完全封闭自己而不对外提供服务。所以，操作系统设立了专门的接口用来和用户进行交流。用户通过接口来向操作系统发送请求，如果这个请求是合法的，那么操作系统就执行这个请求；但是如果是违法的，就把这个请求拦截在操作系统之外！！