一. 冯诺依曼体系结构
1. 冯诺依曼体系结构图
2. 特点：
冯诺依曼体系结构也是现代计算机的硬件体系结构，它包括五大硬件单元
- 输入单元：包括键盘、鼠标、扫描仪、写板等
- 输出单元：显示器、打印机等
- 存储器：内存
- 运算器：用于完成 算术运算 和 逻辑运算
- 控制器：
其中 运算器 和 控制器 组成中央处理机 ，即 CPU
3. 注意：
- 这里的存储器指的是内存，不能是磁盘类的设备
- 不考虑缓存情况，这里的CPU 能且只能对内存进行读写，不能访问外设
- 外设（输入输出设备）要输入或输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取
- 所有设备都只能直接和内存打交道
4. 工作流程：
输入设备获取数据，将数据存储到内存中，CPU（中央处理机）从内存中取出数据并进行加工处理，处理完毕后将数据写回到内存中，内存将CPU 处理过的数据交给 输出设备，由输出设备将数据输出。
二. 操作系统（Operator System）
2.1 概念
- 软硬件结合部；
- 是个做管理的软件，管理计算机硬件与软件资源；
- 通过记录信息并组织信息进行管理（先描述后组织）；
- 承上启下。
上面关于 OS 的样例，我们能得出以下结论：
- 管理者的任务种类分为两种：硬件管理和软件管理
- 按照目标对象分为两种：一种对内的管理，一种对外业务进行管理。
三. 进程
3.1 概念：
- 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序
- 内核观点：担当分配系统资源（CPU 时间，内存）的实体。进程是系统进行资源分配的最小单位。
- 自己理解：程序的一次执行过程，一个程序可以同时起多个进程，每个正在运行的程序都是一个进程。
进程是具有动态特性的。
张三在办理转账业务期间，这样任务一直都是存在且状态变更的，张三去银行转账也不是立马就能进行，需要先抽号，在大厅等待，因为当时可能会有很多人在大厅等待，所以就有了进程等待队列。而张三抽到的号，可以称之为进程ID（PID）。
3.2 时间片
- 要理解时间片首先要明白，现代的操作系统都是支持”多任务“操作，所谓多任务操作就是操作系统可以同时运行多个任务。
- 然后要知道操作系统的任务调度就是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停，CPU 去执行下一个任务，每个任务轮流执行。
- 每个任务执行的一小段时间叫做时间片。任务正在执行时的状态叫做运行状态，任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务，被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片到来。（此处的状态在后边讲）
- （有了时间片这样的机制）这样每个任务都能得到执行，由于CPU的执行效率非常高，时间片非常短暂，在各个任务之间切换的速度非常快，给人的感觉就是多个任务在”同时进行“，着也就是我们说的并发。
3.3 进程的上下文
上下文简单来说就是一个环境，进程在时间片轮转切换时，由于每个进程运行环境不同，就涉及到转换前后的上下文环境的切换。
- 就是一个进程在执行的时候，CPU 的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容。
- 切换时需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，能够回复切换时的状态。
为什么要有上下文保护和恢复？
因为进程的运行是在 CPU 上的，CPU 有寄存器，保存的是进程运行的各种临时数据，为了达到和便于恢复的目的，就有了将CPU寄存器保存和恢复的做法，归根结底是为了接着上次的位置继续运行。
进程的上下文 与 时间片 一起理解的案例：
假设张三准备办理转账业务，当他把所有资料给工作人员之后，被告知现在不能办理需要填写申请表，此时，工作人员将他的资料保存起来，让他去一边填写资料，填写完毕后再回来继续办理，同时工作人员继续给别人提供服务，这是一个进程切换的过程。张三填完表继续回到柜台后，工作人员拿出他之前的材料，继续给他办理业务，这就叫做进程的上下文保护与恢复。
3.4 并发与并行
并发是假同时，并行是真同时。
- 并发：多个进程在一个CPU 下采用时间片轮转的方式，在一段时间内，让多个进程都得以推进，称之为并发。
- 并行：多个进程在多个CPU 下分别同时进行运行，这称之为并行。
3.5 内核态与用户态
针对操作系统的执行权限进行分级：用户态 和 内核态
- 操作系统内核作为直接控制硬件设备的底层软件，权限最高，称为内核态 或 和心态；
- 用户程序的权限最低，称为用户态。
3.6 进程状态
