Sistema operativo
1. Arquitectura Von Neumann
Entre los muchos libros relacionados con la informática, se debe mencionar la arquitectura de von Neumann, que todavía se usa en las computadoras de hoy.
Cinco miembros del hardware de la computadora:
- dispositivo de entrada
- dispositivo de salida
- memoria
- controlador
- Si una computadora
quiere funcionar, estas cinco partes son indispensables. Los datos procesados por la computadora se ingresan desde el dispositivo de entrada y fluyen hacia la memoria. La CPU lee los datos de la memoria y devuelve el resultado procesado a la memoria. Salida el resultado procesado a través del dispositivo de salida.
El importante papel de la memoria.
La memoria también es la memoria, que juega un papel muy importante, sirve de puente entre la CPU y los periféricos. (Los periféricos se refieren a dispositivos de entrada, dispositivos de salida, como discos, tarjetas gráficas, tarjetas de red, teclados, monitores, etc.)
Dado que la velocidad de cálculo de la CPU es muy rápida, que es muchas veces mayor que la de los periféricos generales, si los periféricos se comunican directamente con la CPU, es concebible que los periféricos reduzcan en gran medida la velocidad de la CPU, al igual que el efecto barril. La cantidad de agua que puede contener un barril está determinada por la tabla más corta.
La memoria actúa como un búfer entre la CPU y los periféricos. En comparación con los periféricos, la velocidad de la memoria es muy rápida. En comparación con la CPU, sigue siendo relativamente lenta, pero al menos es mucho más rápida que los periféricos. Al procesar datos, la memoria precargará parte de los datos de los periféricos en la memoria para que los procese la CPU.
Lo que tengo que decir aquí esPrincipio de localidad:De acuerdo con el principio de las estadísticas, cuando se accede a un dato, existe una gran posibilidad de que se acceda a los datos circundantes la próxima vez. Entonces, cuando la CPU necesita obtener una fila de datos, la memoria puede cargar los datos alrededor de la fila de datos juntos, yLos datos de procesamiento de la CPU y los datos de carga de la memoria se pueden llevar a cabo al mismo tiempo, para que la próxima vez que la CPU pueda obtener directamente los datos en la memoria.
Algunos puntos a destacar sobre el sistema de von Neumann:
- El almacenamiento aquí se refiere a la memoria.
- Independientemente del caché, la CPU aquí puede y solo puede leer y escribir memoria, y no puede acceder a los periféricos.
- Para ingresar o enviar datos, los periféricos solo pueden escribir o leer desde la memoria
- En resumen, todos los dispositivos solo pueden manejar la memoria.
Ahora debe comprender por qué el programa ejecutable que escribimos debe cargarse en la memoria antes de ejecutarse, porque la ejecución del programa debe ser procesada por la CPU, y la CPU solo se ocupa de la memoria.
En segundo lugar, el concepto del sistema operativo.
Cualquier sistema informático incluye una colección básica de programas llamada sistema operativo (SO).
Una comprensión general del sistema operativo incluye:
- Kernel (gestión de procesos, gestión de memoria, gestión de archivos, gestión de controladores)
- Otros programas (como bibliotecas de funciones, programas de shell, etc.)
En tercer lugar, el propósito de diseñar el sistema operativo
- Interactuar con el hardware y administrar todos los recursos de hardware y software
- Proporcionar a los usuarios un buen entorno de ejecución.
En tercer lugar, el posicionamiento del sistema operativo en el sistema informático.
Un sistema operativo es una pieza de software que administra los recursos de hardware y software.
En primer lugar, la capa inferior de la computadora es algo de hardware, que forma la arquitectura de von Neumann entre ellos.
Sin embargo, ellos solos no pueden hacer el trabajo, se necesita un software para administrarlos.
Por ejemplo: la memoria que introdujimos anteriormente cargará los datos en el dispositivo de entrada, pero ¿cuándo se carga? ¿Cuánto está cargado? No puede hacer su trabajo sin que algo lo maneje, y el software que los maneja esSistema operativo(Sistema Operador).
Sin embargo, el sistema operativo no se comunica directamente con el hardware subyacente. Por ejemplo, si el sistema operativo completa la operación de lectura del teclado, siempre que se cambie el método de lectura del teclado, es necesario volver a compilar el código fuente del kernel del sistema operativo. que es demasiado caro de mantener para el sistema operativo.
Por lo tanto, se agrega una capa de controlador de hardware entre el hardware y el sistema operativo.El trabajo principal de la capa de controlador es controlar solo el hardware subyacente. Por ejemplo: el teclado tiene un controlador de teclado, la tarjeta gráfica tiene un controlador de tarjeta gráfica, la tarjeta de red tiene un controlador de tarjeta de red y el disco duro tiene un controlador de disco duro. Simplemente hablando, el controlador es para acceder a cierto hardware, acceder al estado de lectura, escritura y hardware del hardware, etc. La capa del controlador trata directamente con el hardware. El controlador generalmente lo proporciona el fabricante del hardware o lo desarrolla el módulo relacionado con el sistema operativo.
En este punto, el sistema operativo solo debe preocuparse por cuándo leer los datos, no cómo leer los datos, lo que completa el desacoplamiento entre el sistema operativo y el hardware.
El trabajo principal del sistema operativo:
- gestión de proceso
- gestión de la memoria
- gestión de archivos
- gestión de conductores
El sistema operativo gestiona la parte inferior de esta manera, pero ¿qué hace con la parte superior?
¿El sistema operativo permitirá directamente a los usuarios operarlo para administrar el hardware? La respuesta es definitivamente no.
Un sistema operativo es una pieza discreta de software que no se expone al usuario, pero a través deinterfaz de llamada al sistemaEsto es muy similar a un banco en la vida real. Habrá una gran pared de vidrio en el banco y habrá muchas ventanas de servicio a través de las cuales el banco brinda servicios al mundo exterior.
El banco hace esto porque necesita brindar servicios al mundo exterior, pero también necesita proteger su propia seguridad ¿Qué pasa si la persona que va al banco para manejar el negocio es una mala persona?
Lo mismo es cierto para el sistema operativo.Para evitar daños de otros, la forma en que proporciona servicios al mundo exterior es exponer algunosinterfaz del sistema.
Solo un pequeño número de profesionales puede usar la interfaz del sistema, por lo que hay otra capa sobre la interfaz del sistema, como: intérprete de línea de comandos de shell, interfaz gráfica GUI, biblioteca de funciones, etc., para ayudar a las personas a llamar al programa de la interfaz del sistema. .
Basado en tal base, los usuarios pueden usar computadoras con facilidad y los usuarios son la capa superior.
Se puede ver que el sistema informático es en realidad una estructura en capas.
Cuarto, cómo se gestiona el sistema operativo
Cuando se trata de cómo el sistema operativo administra los recursos de hardware y software, comencemos con un ejemplo: ¿Cómo administran los líderes escolares a los estudiantes?
Hay por lo menos 10.000 estudiantes en una universidad, si el rector se comunica directamente con cada estudiante para la gestión, habrá que gestionar hasta el año del mono, esto no es realista.
El director tiene los datos de cada uno de nosotros, y nos maneja a través de nuestros datos, por ejemplo, un día el director se encontró con el instructor de la Escuela de Informática y le dijo que felicitara a los mejores alumnos de la escuela. el director ¿Irás a ver los resultados de todos uno por uno y descubrirás los primeros? Obviamente no, tiene los datos del estudiante en su mano, si el director es un director que entiende de computadoras, crea tal estructura basada en las características comunes de los estudiantes, que incluye nombre, número de estudiante, créditos, calificaciones, etc. , entonces, a los ojos del director, cada estudiante es una estructura. Con tantas estructuras, ¿cómo verificar a los mejores estudiantes? La respuesta es organizar estas estructuras, por ejemplo, almacenarlas en una estructura de datos de lista enlazada y luego encontrar a los estudiantes a los que felicitar recorriendo la lista enlazada.
La administración de estudiantes del director en realidad administra los datos de los estudiantes. Los estudiantes son como el hardware en la computadora, el director es el sistema operativo y el controlador de hardware es el consejero. Al director no le importa cómo se implementan sus órdenes, solo le importa su toma de decisiones. En cuanto a cómo implementarlo. , eso es asunto del consejero.
El sistema operativo es en realidad el papel del director y un administrador. No se comunicará directamente con el hardware, sino con los datos del hardware en sus manos. Administra el hardware a través de los datos del hardware. En cuanto a la implementación específica, el Los pasos los realizan los controladores de hardware.
Para resumirlo en una frase:La gestión del sistema operativo se lleva a cabo primero describiendo y luego organizando, la descripción consiste en describir cada software y hardware como una estructura, y luego organizar estas estructuras para la gestión.