一.馮諾依曼體系結構

馮諾依曼體系結構（Von Neumann Architecture）是計算機的基本設計理念之一，由美國數學家約翰·馮·諾依曼于1945年提出，也被稱為“馮諾依曼模型”或“馮諾依曼計算機體系結構”。它的核心思想是將程序和數據存儲在計算機的內存中，并通過中央處理單元（CPU）執行程序。馮諾依曼體系結構至今仍然是大多數計算機的基礎架構。

• 中央處理器（CPU）：

  • 控制單元（CU）：負責指揮計算機各部分的工作。

  • 算術邏輯單元（ALU）：進行算術和邏輯運算。

  • 寄存器：用于暫時存儲數據和指令。

• 內存（RAM）：

  • 存儲程序和數據。馮諾依曼結構中的程序和數據都存儲在同一內存中。

• 輸入設備：用于向計算機輸入數據，例如鍵盤、鼠標等。

• 輸出設備：用于輸出處理結果，例如顯示器、打印機等。

• 總線：用于在各個組件之間傳輸數據和指令的通道。

注意：

1. 上面的存儲器指的就是內存

2. 不考慮緩存的情況下這里的CPU只能對內存中的數據進行操作，不能從外設 （輸入和輸出設備）中獲取數據

3. 外設（輸入或輸出設備）要輸入或輸出數據，只能從內存中獲取

4. 總的來說，所有設備都只能與內存打交道

1.1 為什么體系結構中要存在內存？

CPU處理速度非常快，但是輸入數據的速度相較于CPU的速度是非常慢的，這就導致了很多時候CPU都在等待數據的輸入，嚴重浪費了CPU的性能，所以增加內存，讓CPU直接跟內存交換數據，充分發揮CPU的性能。（內存輸入輸出的數據的速度是非常快的）

計算機存儲金字塔：

1.2 馮諾依曼瓶頸

馮諾依曼架構存在一個著名的問題，即“馮諾依曼瓶頸”（Von Neumann Bottleneck）。這是由于程序和數據共享同一個內存系統，CPU在執行指令時需要頻繁地從內存讀取指令和數據，導致內存的讀寫速度成為限制計算機性能的瓶頸。隨著計算機硬件的不斷發展，解決馮諾依曼瓶頸的問題成為計算機體系結構研究的一個重要方向。

總的來說，馮諾依曼體系結構讓計算機保持一定處理速度的同時，降低了計算機的成本，使得計算機能夠進入各家各戶，為之后互聯網的發展奠定了基礎。

二.操作系統

操作系統（Operating System，簡稱OS）是管理計算機硬件與軟件資源的系統軟件，它為應用程序提供了一個運行環境，并為用戶提供與計算機硬件交互的接口。

操作系統包括：

1. 內核（進程管理，內存管理，文件管理，驅動管理）

2. 其他程序（例如函數庫，shell程序等等）
   

一般而言，操作系統指的是內核。

2.1 設計目的

1. 操作系統對下與硬件交互，進行軟硬資源的管理（手段）

2. 操作系統對上為用戶程序（應用程序）提供?個良好的執行環境（目的）

軟硬件體系結構是層狀結構

• 訪問操作系統，其實就是系統調用（系統提供的函數）

• 只要程序運行訪問了硬件，那么必須貫穿整個軟硬件體系結構

• 函數庫在底層封裝了系統調用

2.2 系統調用與庫函數

1. 操作系統會暴露部分接口供上層開發者使用，這部分接口就是系統調用。

2. 系統調用的功能比較基礎，對使用者要求較高，所以一部分開發者將系統調用的接口進行封裝，從而形成了庫，有利于開發者進行二次開發。

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