一、冯·诺依曼体系结构

1. 外部设备（外设）：

分为输入设备和输出设备

输入设备：键盘、网卡、鼠标、网卡、磁盘（外存）、摄像头等

输出设备：显示器、磁盘、网卡、打印机等

2. 存储器

内存

3. 中央处理器（CPU）

运算器 + 控制器

CPU在数据层面，不会和外设直接互动，而只和内存进行交互

场景：（scanf / printf）→ 二进制文件 → 文件 → 磁盘 → 外设

任何程序在执行之前，都需要从磁盘上被加载到内存中，以便CPU能够访问并执行其指令

当数据在计算机间流转时，本质上是在不同的设备间进行拷贝

→ 设备的拷贝效率本质就是计算机的效率

二、操作系统（OS）

1. 一种进行 软硬件资源 管理 的 软件

内核（kernel）：进程/任务/线程管理，文件系统，内存管理，驱动管理

其他程序：shell，glibc，原生库，预装软件

2. 设计OS的目的

注：每一种硬件都要有自己对应的驱动程序

手段：操作系统有效地管理底层软硬件资源，确保其稳定运行、高效利用及安全性，以此为手段保障系统正常工作

目的：操作系统为上层用户提供了一个稳定、高效且安全的运行环境，以满足用户的需求和使用体验

3. OS管理

任何计算机对象的管理思路都遵循【先描述，再组织】的原则

【Q】为什么现在所有主流的面向对象的编程语言，都要提供：1）面向对象 2）标准库？

【A】面向对象对应“先描述”，标准库对应“再组织”

【Q】程序能直接向硬件写入吗？

【A】不能，必须要通过操作系统

操作系统在设计上遵循最小权限原则，默认不信任任何用户进程，因此其核心功能被严格封装和保护，以维护系统的稳定性和安全性。

为了使上层应用程序能够利用操作系统的服务，操作系统必须暴露一系列精心设计的接口，这些接口即系统调用接口。这些接口是操作系统与用户空间应用程序之间的唯一正式交互通道，且这些接口通常以C语言的形式提供，以确保跨平台和跨编程语言的兼容性以及高效的性能。

所有软件的底层，都必须和C语言直接或间接相关！

系统调用接口是操作系统提供的一种机制，它允许上层应用程序与操作系统内核进行交互。对于一般程序员而言，直接使用系统调用接口进行开发确实存在一定难度，因为这要求开发者具备较为深厚的操作系统知识，以及对底层硬件和系统资源的深入理解。

图形化用户界面（GUI）则通常与特定的图形库或框架相关联，它为程序员提供了一套更为直观的开发工具集，使得应用程序的交互设计更加简便。

三、进程

进程管理 —— 先描述，再组织

PCB（Process Control Block）：转化成对某种数据结构的管理

内核观点：担当分配系统资源（CPU时间、内存）的实体

操作系统通过进程的属性数据来管理

struct task_struct{
    int pid;
    int status;
    int prio;
    void* memptr;
    上下文;
    struct task_struct* next;
}

进程 = 内核数据结构（Linux下的PCB是task_struct）+ 程序的代码和数据

运行起来的程序 → 根据 task_struct 属性，进程会被OS调度器调度，运行

【Q】为什么要有PCB？

【A】因为需要先把对象描述起来，再才能组织管理