【Linux系统】—— 冯诺依曼体系结构与操作系统初理解

1 冯诺依曼体系结构

  我们的计算机是由硬件构成的，但各种硬件如：显示器、键盘、网卡、磁盘等硬件设备并不是杂乱无法揉在一起就能成为计算机的，所有的计算机都需要按照一定的组织结构将所有的硬件划分在一起，而当前最常见的计算机组织结构就是冯诺依曼体系结构。

  

1.1 基本概念理解

对上图各个部分的介绍

• 输入设备：
    键盘、鼠标、话筒、摄像头、网卡、磁盘……

• 输出设备：
    显示器、磁盘、网卡、打印机……

• CPU（中央处理器）：主要由运算器和控制器组成。
  运算器主要是用来进行运算的，我们所做的运算主要分为两种：算术运算(加减乘除)和逻辑运算（真假、位运算）
  控制器主要是用来控制CPU去取指令、分析指令、执行指令等工作

• 存储器：现阶段理解存储器就是内存！

  
其他概念介绍：

• 外设： 输入输出设备我们统称为外设。外设需要做的是：将输入设备的数据读到内存里，将内存中的数据输出到外设中。
    磁盘和网卡比较特殊，他们既是输入设备又是输出设备。网卡因为网络我们还没学习，暂时先不做介绍。

• IO： 之前我们写C/C++程序进行文件读取时，读文件就是将磁盘中的文件读到内存里，写文件就是将内存中的文件写到磁盘中。我们将这种读写的动作称为 input/output，即IO。
    理解IO应站在内存的角度，输入设备把数据交给你（内存）就是input；你（内存）把数据给输出设备就是output

  

1.2 CPU只和内存打交道

  我们都知道，我们写的程序要运行，必须先将生成的可执行文件加载到内存中，那么程序运行之前放在哪里？
  答案是在磁盘。
  程序本质就是一个文件，它就是我们编译好的，在特定路径下的二进制文件。

  为什么程序要运行必须先加载到内存中呢？
  上面的冯诺依曼体系结构图中，红色箭头表示数据的流动方向。从图中不难看出：CPU只能从内存中读写数据！ 在数据层面上，CPU只认内存，压根不认什么输入输出设备。
  那我们的软件运行，是谁在运行我们的软件呢？正是CPU，是CPU执行我们的代码，访问我们的数据
  可是CPU无法读取外设，所以我们必须把程序加载到内存，如此才能被CPU访问到。
  这是由冯诺依曼体系结构规定的。

  在冯诺依曼体系结构中，数据的流动方向永远是：输入设备 -> 内存 -> CPU -> 内存 -> 输出设备
  但"流动"这个词太抽象，我们换句话：数据流动的本质是从一个设备 “拷贝” 到另一个设备

  所以可以推导出：冯诺依曼体系结构的效率取决于设备的"拷贝"效率决定

小结：
  CPU在数据层面，只和内存打交道；外设只和内存打交道。

  

1.3 为什么冯诺依曼是这种结构

  所以冯诺依曼为什么是上图的结构呢？可不可以不要内存，直接：输入设备 -> CPU ->输出设备 这种结构呢？