linux_進程概念——理解馮諾依曼體系結構

? ? ? ? 前言： 本篇內容是為了讓友友們較好地理解進程的概念，而在真正了解進行概念之前，要先了解一下馮諾依曼體系結構。所以博主會先對馮諾伊曼體系結構進行解釋，然后再講解進程的概念。?

? ? ? ? ps：本篇內容適合了解一些linux指令地友友們進行觀看

馮諾依曼體系結構硬件

馮諾依曼的存儲

存儲等級?

存儲器的作用

馮諾依曼的數據流動??

程序的運行

數據的打印

網絡交互數據的流動

馮諾依曼體系結構硬件

下面是整個馮諾依曼體系結構

????????儲存器：友友們第一眼看到儲存器，可能認為儲存器就是我們電腦上面的內存、磁盤、u盤這種存儲設備，但是其實存儲器其實只是電腦上面的內存。而磁盤， u盤這種其實是輸入輸出設備。?

????????輸入輸出設備：計算機是為了幫助人們進行計算的，而我們要進行某個數據地計算，就要能夠將這個數據寫入計算機的內存中，然后計算機還能將結果反饋給我們。但是我們的計算機只能夠認識0101這種二進制文字，而我們人是不能夠識別這些文字的。所以我們就很難直接訪問內存，必須要借助一些輸入輸出設備。通過這些設備將我們人的文字轉化為二進制文字輸入給計算機，然后通過輸出設備將這些二進制文字轉化為人的文字反饋給我們。?

? ? ? ? 常見的輸入設備有：鍵盤、鼠標、磁盤、u盤、網卡、攝像頭、話筒等等

? ? ? ? 常見的輸出設備有：顯示器、播放器硬件、磁盤、網卡等等

? ? ? ? 通過上面的輸入輸出設備我們可以發現，有的硬件是純的輸入設備，有的硬件是純的輸出設備。有的硬件既是輸入設備，又是輸出設備。?

? ? ? ? 比如說網卡和磁盤，我們有時候需要從磁盤中讀取數據進行計算，那么它就是輸入設備。當我們需要從磁盤中輸出數據進行計算，那么他就是輸出設備；又比如網卡，我們需要從網絡中獲取資源時，那么網卡就是輸入設備。?我們需要在網絡中發送資源時，那么網卡就是輸出設備。??

? ? ? ? 運算器：運算器是計算機中對數據進行計算的，計算分為兩種——算術運算和邏輯運算。?

? ? ? ? 控制器：對于計算機來說，什么時候將輸入設備的數據放入到存儲器。什么時候將存儲器的數據放到運算器。什么時候將運算器的數據取出再放回到存儲器中，是由控制器控制的。

? ? ? ? 注：上面的輸入輸出設備被稱為外設。上面的運算器和控制器也就是中央處理器被稱為cpu。?

? ? ? ? 我們也要知道，計算機的本質就是一堆硬件的集合，并且這些硬件之間有協同的能力。?

? ? ? ? 硬件也就是組件，組件和組件之間需要使用某種方式傳遞信號， 當代計算機的組成，都是由馮諾依曼體系結構構成的。?

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? ? ? ? 上面那些硬件——存儲器、輸入輸出設備、運算器、控制器等都是獨立的個體，但是各個硬件單元必須要用“線”連接起來，這些線叫做總線。總線分為兩類——IO總線、系統總線。

? ? ? ? 其中cpu和存儲器，也就是和內存中進行交互的叫做系統總線。外設和存儲器交互的叫做IO總線。

馮諾依曼的存儲

注意，是存儲，不是存儲器。

存儲等級?

? ? ?首先這里要對上面這張圖進行解釋。對于計算機整個結構來說，一共有這么多層存儲結構。第一層是寄存器，然后是一級存儲，二級存儲，三級存儲，內存以及磁盤。這些存儲結構，從上到下容量越來越大，速度越來越慢，價格越來越低。?

? ? ? ?對于寄存器和內存以及磁盤的存儲速度來說：寄存器的速度可以達到納秒級別，然后內存的速度可以達到微妙級別，外存的速度可以達到毫秒級別。也就是說，三個存儲結構的相差級次達到了10的三次方。?? ? ??

存儲器的作用

? ? ? ? 那么進入主題，我們思考一下對于馮諾依曼體系結構來說，不能將存儲器直接去掉。讓輸入設備直接通向中央處理器再前往輸出設備，這是為什么？答案是因為輸入輸出設備的速度和cpu的差距太大了。下面對細節進行解釋：?

? ? ? ? 首先木桶原理告訴我們，木桶的存水量由最短的那個短板所決定。那么對于計算機來說，寄存器的存儲速度最快。而磁盤也就是輸入輸出設備的存儲速度最慢。那么也就是說，磁盤決定了整個馮諾依曼體系的運行速率。那么去掉存儲器也就是內存后，整個計算機體系的運行速率仍然由輸入和輸出設備進行決定。那么去掉存儲器的意義就不會太大。

????????那么友友們就會疑惑了，那么既然去掉存儲器和不去掉存儲器。?根據木桶效應計算機體系的效率都是由輸入輸出設備進行決定，那么為什么還要加存儲器增加計算機的成本呢？

? ? ? ? 這個問題很重要很重要，為什么？原因就是“緩存原理”——這個詞不是官方，這個詞是博主為了好理解，自己說的。佬們笑一笑就好。

? ? ? ? 首先我們要知道，內存的存儲空間一般都在1g到32g（目前一般的電腦都在16g，有可能有的電腦更多，而且也很少有1， 2g的電腦了）。那么我們的內存就可以在cpu沒有工作的時候，先將輸入輸出設備的數據預緩存到自己里面。等到cpu開始工作的時候，就將這些預先緩存好的數據再放到cpu中解析與處理。這個時候內存還能基于預緩存輸入輸出設備輸送過來的其他數據。這就是IO，系統兩條總線并行。可以大大加快整個系統的工作效率。??

? ? ? ? 那么，有的友友可能又會問。博主，那既然cpu里面的存儲那么快，為什么不將計算機的內存，磁盤，這些存儲設備都換成cpu這樣的呢？

? ? ? ? 對于這個問題，首先我們要重新知道， cpu的存儲空間，其實就是寄存器。那么我們知道，寄存器的造價非常昂貴，可使用的內存非常小。要想造出一臺幾百個g寄存器的計算機，成本非常高。一般群眾用不起——要知道，計算機造出來，就是要給群眾使用的，計算機之所以能發展的這么好，就是因為它還算便宜。如果一臺計算機幾十幾百萬，那么沒有多少人會用。當然有人會用，但是還是在少數。所以，現在有一套成本低，效率不錯的計算機體系結構——馮諾依曼，為什么不用。所以，馮諾依曼，我們的現在的計算機還在使用它。?

馮諾依曼的數據流動??

程序的運行

? ? ? 那么，關于為什么不去掉存儲器的問題我們想清楚后，再來思考一個問題：一個程序要運行，為什么要加載到內存中呢？（這里可能有點友友不知道程序要運行必須加載到內存中，這里記住就可以）

? ? ? ?那么，我們就要知道，對于內存來說，內存是一個斷電易丟失數據的存儲空間。那么一個程序我們能夠長久地保存在計算機中，那么它勢必是存儲在磁盤中。也就是說，程序是放到輸入設備中的，而cpu只從內存中拿數據。所以，一個程序想要被cpu計算，那么這個程序就要被放到內存中。所以，程序在運行之前，一定要先將程序緩存到內存中，然后cpu再從內存中拿到數據。這個過程，是由馮諾依曼體系決定的。所以，軟件在執行的時候，必須遵守硬件的規則。硬件就是底層和下限，軟件就是上層和天花板。?

數據的打印

????????第二個問題：為什么對于打印一行的數據來說，默認的數據，是可能被緩存起來的？在哪里緩存呢？

? ? ? ? 首先，數據是默認緩存到內存的某個區域，如果這時緩存區沒有滿或者沒有換行符，那么這個緩存區就不會刷新，只有刷新后，那么才會將緩沖區的數據全都打印出來。這就是為什么我們經常看到一行一行的打印數據。?

網絡交互數據的流動

????????第三個問題，我們在網絡上發送文件，發送消息聊天的時候。數據是怎么流動的呢？

現在我們有張三和李四兩個人，兩個都登錄了qq，?并且兩個人還在聊天。

????????那么假如張三給李四發了一條消息。首先，張三從鍵盤上輸入，然后輸入的內容進入到了存儲器之中進行緩存，然后這些內容有傳送到了cpu之中進行計算，然后返回到內存之中，又從內存之中輸送到張三的顯卡之中。?李四的電腦上面的網卡接收到張三網卡中傳送過來的信息后，將數據緩存到內存中，然后放到cpu中進行計算放回內存，最后從內存取出放到李四的顯示屏上。這就是聊天時的數據流動。?

? ? ? ? 那么發送文件是類似的。假如張三給李四發了一個文件，首先，張三的電腦要從磁盤里拿到這個文件放到存儲器中進行緩存，然后內存中的文件放到cpu中進行解析和計算。完成之后放回存儲區，然后輸送到網卡中，進而輸送到李四的網卡中。那么李四的網卡接受到文件之后就將文件放到存儲區，然后經過cpu的解析與計算放回存儲區，再從存儲區輸送到李四電腦的磁盤中。這就是傳送文件時的流動。?

綜上，我們其實可以發現，在馮諾依曼體系中的數據傳送，歸根結底就是就是兩臺馮諾依曼依靠輸入輸出設備，網卡等硬件，將數據進行傳送的過程。?

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