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理解Linux中的进程基础:由硬件系统出发

最编程 2024-07-23 12:05:10
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1.1 冯诺依曼体系结构

数学家冯·诺依曼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),这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。
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1.2 外部设备

输入设备和输出设备统称为外部设备,也叫做外设。这类设备的特点就是访问速度比较慢。

  • 常见的输入设备:麦克风,网卡,磁盘,键盘,鼠标…
  • 常见的输出设备:显示器,网卡,磁盘…
1.3 *处理器
*处理器(Central Processing Unit,简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元,它由运算器和控制器组成。它的存取数据速度非常快。

1.4 存储器-内存

计算机的本质是计算,那么一定需要输入设备输入数据,cpu进行对数据的计算和加密…,输出设备输出运算结果。那么存储器有什么用呢?
如果计算机硬件结构只有外设和cpu,一定是可以的,但是由于外设的访问速度和cpu的存取速度差距太大, 最后计算机的速度就取决于外设的速度了,参考木桶原理。存储器的引入就是为了提高计算机的运行速度。

  • 内存可以预加载一些程序/数据,这也可以提高计算机的运行速度-局部性原理。
  • 在数据层面上,cpu只和内存进行沟通,外设也只和内存进行沟通

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由于体系结构的规定,我们所编写的程序,一定要先加载到内存中,才会执行。

  • 程序就是二进制文件,文件存储在磁盘上,而磁盘只能与内存进行沟通。

一台计算机只有硬件系统是无法正常运行的。比如:内存满了怎么办,预加载哪些程序和数据,输出的数据需要写到磁盘的哪个位置,这些问题是硬件系统无法解决的。此时就需要一个软件来管理这些硬件,解决这些问题。这个软件就是操作系统。

1.5 数据的流向

数据在一台计算机中的流向,一定是从输入设备到内存,内存到cpu,cpu运算结束后返回到内存,然后从内存到输出设备。

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