Linux操作系统预备 —— 冯·诺伊曼体系结构

2024-05-01 03:04

本文主要是介绍Linux操作系统预备 —— 冯·诺伊曼体系结构,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一,什么是冯·诺伊曼体系结构?(是什么?)

 上面的图就是冯·诺伊曼体系结构的总体简略图,不着急,我们一个一个来看:

1.1 输入输出设备

人们要想用计算机处理数据,首先就要把要处理的数据交给计算机,所以输入设备就是干这个的。而在计算机处理完数据之后,需要把处理完的数据以人类能够理解的方式返回给人类,输出设备就是干这个的。所以我们可以得到计算机的最早期设计的流程图,如下:

1.2 控制器

由于算数运算和逻辑运算只有运算功能,是不可控的,所以需要有控制功能。打个比方,就是可以把算数运算和逻辑运算看作是C语言中的加减乘除,而控制器就相当于for循环,if判断等C语言语法,语法是用来规范运算的,那么控制器也是这个功能

 然后,由于运算器和控制器结合都非常高,于是设计的先辈们把这两个东东搞成了一个东西,就是我们现在经常说的中央处理器,简称CPU

1.3 存储器(内存)

输入设备和输出设备相对于CPU来说是很慢的,打个比方,CPU每秒可以进行一百万个加法运算,但是输入设备每秒只能给你提供几万个加法式子,然后根据木桶原理,整个系统运行的快慢不是取决于最快是多少,而是最慢是多少。

所以当前设计显然不合理,于是就在输入输出设备中间加入了内存,不让输入输出设备和CPU直接交互。而且内存的特点是:比输入输出设备快很多,但是比CPU慢,这样内存就处于快慢设备之间,作为缓冲区间存在于该体系结构中,如下图

1.4 总结 

所以现在的体系运行流程就是:用户输入的数据先放到内存中,CPU读取数据的时候去CPU中找,读取完数据后返回给内存,然后内存再把数据交给输出设备,这样就完成一次数据处理

 二,内存是如何提高该体系结构效率的?

①我们可以把内存比喻成我们社会的菜鸟驿站,我们网购付款后,商家都是先把货物交给对应的快递公司,然后快递公司把多个目的地相近的快递统一用个大车运往当地的菜鸟驿站等快递点,然后快递点安排快递员派送或者我们自己前往快递点拿快递。

②通过快递的例子,我们可以看出菜鸟驿站和内存有个相同的功能,就是 “ 可以存储数据(快递) ” ,如果快递公司直接把快递交给货车司机,如果货车司机再根据地址一个个去找的化,不难看出效率是非常非常低下的,所以可以存储数据是内存提高整体效率的秘诀。

③并且根据统计学的“局部性原理”,当一个数据正在被访问时,那么下次访问时有很大可能会访问其周围的数据,而CPU处理数据和加载数据是可以同时进行的,比如驿站安排大车司机赶路的同时还可以同时收发快递,这样就能更好地发挥CPU地功能,提高整体效率

④输出数据的时候也一样,CPU处理完数据后直接将数据放到内存中,然后输出设备再去内存中拿,就和快递被放到驿站,我们可以让快递员派送,也可以自行去拿

三,QQ聊天时数据的流动

 首先需要联网,这里我们忽略网络的各种层次设计和各种协议,单纯地把网络当成传输数据的媒介,这里我们也忽略对数据的各种封装,这些都是以后的计算机网络才考虑的东西。

首先键盘充当输入设备,把你输入的数据放到内存里,CPU处理完后再放进内存,然后网卡作为输出设备从内存里拿数据,然后通过网线和网络找到对方的设备;这时候对方电脑的网卡做为输入设备,拿到数据后放到内存里,然后老一套的,CPU处理完放回内存,最后就成功输出到了对方的显示器上。

四,一些问题解答

4.1 程序运行前为什么要先加载到内存?

由体系结构决定的。因为可执行程序或者文件是存在于硬盘或者外设上的,而CPU只能从内存中读取数据,所以必须先将程序加载到内存中,才能被CPU运行。

4.2 为什么冯·诺伊曼体系结构为成为现代计算机的总体设计思路?

首先理清一个基本事实:凡是被广泛传播和大众喜欢的产品,一定是价格便宜质量OK,这个道理适用于几乎所有产品。有了内存的加入,既可以引入软件层的概念,比如引入操作系统,对整体的资源进行统筹规划和管理,而且有了OS的引入,机器的整体效率就会飞跃提升,达到需要四五个内存条或者其他更多运算设备的速度,大大降低成本

这篇关于Linux操作系统预备 —— 冯·诺伊曼体系结构的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/950582

相关文章

Linux使用fdisk进行磁盘的相关操作

《Linux使用fdisk进行磁盘的相关操作》fdisk命令是Linux中用于管理磁盘分区的强大文本实用程序,这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用fdisk进行磁盘的相关操作,需要的可以了解下... 目录简介基本语法示例用法列出所有分区查看指定磁盘的区分管理指定的磁盘进入交互式模式创建一个新的分区删除一个存

Linux使用dd命令来复制和转换数据的操作方法

《Linux使用dd命令来复制和转换数据的操作方法》Linux中的dd命令是一个功能强大的数据复制和转换实用程序,它以较低级别运行,通常用于创建可启动的USB驱动器、克隆磁盘和生成随机数据等任务,本文... 目录简介功能和能力语法常用选项示例用法基础用法创建可启动www.chinasem.cn的 USB 驱动

高效管理你的Linux系统: Debian操作系统常用命令指南

《高效管理你的Linux系统:Debian操作系统常用命令指南》在Debian操作系统中,了解和掌握常用命令对于提高工作效率和系统管理至关重要,本文将详细介绍Debian的常用命令,帮助读者更好地使... Debian是一个流行的linux发行版,它以其稳定性、强大的软件包管理和丰富的社区资源而闻名。在使用

龙蜥操作系统Anolis OS-23.x安装配置图解教程(保姆级)

《龙蜥操作系统AnolisOS-23.x安装配置图解教程(保姆级)》:本文主要介绍了安装和配置AnolisOS23.2系统,包括分区、软件选择、设置root密码、网络配置、主机名设置和禁用SELinux的步骤,详细内容请阅读本文,希望能对你有所帮助... ‌AnolisOS‌是由阿里云推出的开源操作系统,旨

五大特性引领创新! 深度操作系统 deepin 25 Preview预览版发布

《五大特性引领创新!深度操作系统deepin25Preview预览版发布》今日,深度操作系统正式推出deepin25Preview版本,该版本集成了五大核心特性:磐石系统、全新DDE、Tr... 深度操作系统今日发布了 deepin 25 Preview,新版本囊括五大特性:磐石系统、全新 DDE、Tree

Linux Mint Xia 22.1重磅发布: 重要更新一览

《LinuxMintXia22.1重磅发布:重要更新一览》Beta版LinuxMint“Xia”22.1发布,新版本基于Ubuntu24.04,内核版本为Linux6.8,这... linux Mint 22.1「Xia」正式发布啦!这次更新带来了诸多优化和改进,进一步巩固了 Mint 在 Linux 桌面

LinuxMint怎么安装? Linux Mint22下载安装图文教程

《LinuxMint怎么安装?LinuxMint22下载安装图文教程》LinuxMint22发布以后,有很多新功能,很多朋友想要下载并安装,该怎么操作呢?下面我们就来看看详细安装指南... linux Mint 是一款基于 Ubuntu 的流行发行版,凭借其现代、精致、易于使用的特性,深受小伙伴们所喜爱。对

什么是 Linux Mint? 适合初学者体验的桌面操作系统

《什么是LinuxMint?适合初学者体验的桌面操作系统》今天带你全面了解LinuxMint,包括它的历史、功能、版本以及独特亮点,话不多说,马上开始吧... linux Mint 是一款基于 Ubuntu 和 Debian 的知名发行版,它的用户体验非常友好,深受广大 Linux 爱好者和日常用户的青睐,

Linux(Centos7)安装Mysql/Redis/MinIO方式

《Linux(Centos7)安装Mysql/Redis/MinIO方式》文章总结:介绍了如何安装MySQL和Redis,以及如何配置它们为开机自启,还详细讲解了如何安装MinIO,包括配置Syste... 目录安装mysql安装Redis安装MinIO总结安装Mysql安装Redis搜索Red

Linux中Curl参数详解实践应用

《Linux中Curl参数详解实践应用》在现代网络开发和运维工作中,curl命令是一个不可或缺的工具,它是一个利用URL语法在命令行下工作的文件传输工具,支持多种协议,如HTTP、HTTPS、FTP等... 目录引言一、基础请求参数1. -X 或 --request2. -d 或 --data3. -H 或