冯诺依曼体系和操作系统简单介绍

冯诺依曼体系

• 输入设备：键盘，话筒，摄像头，usb，鼠标，磁盘/ssd，网卡等等
• 输出设备：显示器，喇叭，打印机，磁盘，网卡，显卡等等
• 存储器就是内存

所有的设备只能直接和内存打交道，计算机几乎所有设备都有存储能力
CPU是纳秒级别的，内存是微秒/纳秒级别，输入输出单元是毫秒/微秒级别的

程序在运行之前，必须先加载到内存。因为，程序=代码+数据，最终都要CPU处理，CPU需要先读取这些代码和数据，而CPU只和内存有**数据（二进制）**层面的交互，编译完代码形成的exe文件在磁盘（外设）中保存

• 以CPU为中心，距离CPU越近存储效率越高，造价越贵
• 数据层面上CPU不直接和外设进行交互（因为外设速度太慢），CPU和内存直接交互
• 基于冯诺依曼体系结构的计算机。本质：用比较少的钱，做出来效率不错的计算机

操作系统

• 任何一个计算机系统包含一个基本的程序集合，称为OS

  • 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
  • 其他程序（例如函数库，shell程序等等）

• 操作系统是一款软件，电脑启动时除BIOS外第一个加载的软件，进行软硬件资源管理的软件

• 操作系统将软硬件资源管理好，给用户提供良好的（稳定，高效，安全）使用环境（目的）

​ 那么操作系统是如何管理硬件资源的呢？

比如学校，校长将每个学生的数据通过辅导员总结出来，校长做决策，辅导员做执行，实际上管理的本质不是管人，而是管理数据，对每一个学生建模，用一个对象./结构体保存学生的属性（学号，成绩，姓名，手机号，家庭住址等等）这个很重要，就是先描述，再组织（任何管理工作都可以经过六个字进行计算机建模），然后用一种数据结构（hash，堆，搜索二叉树，链表等）管理起来，对结构化的数据进行管理。

这种方式就是面向对象，把相关数据和方法组织为一个整体，人是通过属性认识世界的任何事物，重要属性的集合就代表这个人或事物

所以本质上图中的操作系统用对象保存着硬件的各种属性/信息，通过驱动程序得到硬件实时数据然后写入对象中，再用一种数据结构链接起来，即可对硬件进行管理

​ 操作系统是如何和用户进行交互的呢？

用户不能直接和操作系统进行交互，在其之间还有一层，就是系统调用接口，操作系统不相信用户，所以特地封装了一层接口来给用户使用，而让用户学习系统调用接口成本有些高，所以在此之上又封装了一层shell，用户就通过学习成本更低的shell指令来和操作系统交互。以及一些库函数也调用了系统调用接口，比如C/C++的printf cout函数。库函数和系统调用是上下层的关系

一个用户想要访问非常底层的OS数据或者访问硬件必须贯穿整个层状结构，也就是一定要调用系统调用接口

• 狭义上的操作系统就是内核（操作系统+系统调用），广义上的操作系统就是在狭义的基础上加上了shell外壳，或者库