[Linux] Arquitectura de software y hardware de computadora

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Arquitectura von Neumann

La composición de la arquitectura von Neumann.

La mayoría de las computadoras modernas cumplen con la arquitectura von Neumann, el diagrama esquemático de la arquitectura von Neumann es el siguiente:

La computadora de arquitectura von Neumann consta de cinco componentes principales:

1. dispositivo de entrada

2. dispositivo de salida

3. memoria (memoria)

4. operador

5. controlador

   Nota: La mayoría de las computadoras hoy en día integran unidades aritméticas y controladores, que se denominan unidades centrales de procesamiento o, para abreviar, CPU.

Las funciones de cada componente en la arquitectura von Neumann.

Las funciones de cada componente en la arquitectura von Neumann son las siguientes:

1. Dispositivo de entrada: acepta datos del exterior y los pasa a la computadora. Los dispositivos de entrada comunes incluyen: teclado, micrófono, cámara, tarjeta de red y disco.
2. Dispositivo de salida: acepta los resultados de los cálculos de la computadora. Los dispositivos de salida comunes incluyen: monitores, parlantes, tarjetas de red y discos.
3. Memoria: precarga datos para mejorar la eficiencia de toda la máquina.
4. Calculadora: Complete varias operaciones aritméticas y operaciones lógicas.
5. Controlador: Controla toda la computadora para que funcione de manera ordenada y ejecute programas automáticamente.

Comprensión del almacenamiento (memoria)

Antes de hablar sobre la comprensión de la memoria, primero debemos conocer los siguientes conceptos:

• Los dispositivos de entrada y los dispositivos de salida se denominan colectivamente dispositivos periféricos o, para abreviar, periféricos.
• Los periféricos son muy lentos en comparación con los componentes de la CPU.

Debido a que las velocidades de la CPU y los periféricos varían mucho, las computadoras no se pueden diseñar de la siguiente manera:

Debido a la gran diferencia de velocidad entre la CPU y los periféricos, la CPU completa rápidamente el cálculo de los datos y los transfiere al dispositivo de salida, luego la CPU tiene que esperar a que se transfieran los datos del dispositivo de entrada. Habrá muchos espacios innecesarios en la CPU, por lo que se reduce en gran medida la eficiencia de la CPU, que es como el principio del barril :

Debido a que la velocidad periférica es demasiado lenta, se reduce la velocidad de toda la máquina.

Para mejorar la eficiencia de toda la máquina, la arquitectura von Neumann agrega componentes de memoria. La memoria es mucho más rápida que los periféricos y tiene una cierta capacidad. Antes de que la CPU funcione, la memoria precargará una gran cantidad de datos. Finalmente Cuando la CPU quiere realizar cálculos, solo necesita obtener datos de la memoria. Dado que la memoria almacena una gran cantidad de datos por adelantado, la CPU puede obtener datos de la memoria continuamente. No hay período de intervalo, por lo que la CPU No puede sentir la diferencia en la velocidad, mejorando así el rendimiento general.Eficiencia de la máquina.

Resumir:

• A nivel de transmisión de datos, la CPU sólo interactúa con la memoria.

• A nivel de transmisión de datos, los periféricos sólo interactúan con la memoria.

Con base en la comprensión anterior de la arquitectura, podemos saber que para que una computadora ejecute un programa, primero debe cargarlo desde un periférico, como un disco, en la memoria, y luego la CPU obtiene datos de la memoria para ejecutar. el programa.

Comprensión del flujo de datos

El diagrama esquemático de la transmisión de datos entre dos computadoras es el siguiente:

Proceso de transmisión de datos entre dos computadoras: el dispositivo de entrada del dispositivo 1 recibe datos y solicitudes y luego los transfiere a la memoria. La CPU procesa los datos y solicitudes en la memoria, y luego transfiere los datos y solicitudes de regreso a la memoria. La memoria transfiere los datos y las solicitudes a la salida. En el dispositivo, el dispositivo de salida transmite datos y solicitudes al dispositivo de entrada del dispositivo 2. El dispositivo 2 y el dispositivo 1 pasan los datos y las solicitudes a través del dispositivo de entrada a la memoria, a la CPU, al área de almacenamiento y finalmente al dispositivo de datos para su salida.

Aprende sobre sistemas operativos

concepto de sistema operativo

El sistema operativo es un software que gestiona los recursos de software y hardware .

concepto de gestión

Para comprender mejor el concepto de gestión, veamos los siguientes escenarios:

Se va a realizar un concurso de programación en una escuela. Hay tres roles en la escuela: director, consejero y estudiantes.

• El director decidió que la competencia de programación se llevará a cabo el próximo mes, lo que requerirá que todos los estudiantes participen y se contarán los resultados de todos los estudiantes.

• Después de que el consejero recibió la decisión del director, convocó una reunión con todos los estudiantes para informarles sobre la competencia de programación escolar, prepararse para la competencia y completar las estadísticas de puntuación posteriores.

• Después de que los estudiantes se enteraron de la decisión del director, comenzaron a prepararse para la competencia de programación.

En el escenario anterior lo que hace el director es tomar decisiones, lo que hace el consejero es implementar la decisión, es decir implementar la decisión, y lo que hacen los estudiantes es participar en la ejecución de la decisión.

Cuando una escuela organiza un concurso de programación, la tarea principal que debe realizar el director como gerente es tomar decisiones sobre las tareas. Decida cuándo se llevará a cabo el concurso de programación, quién participará en el concurso y qué trabajo se debe realizar en relación con el concurso. Entonces podemos ver que el núcleo de la gestión es tomar decisiones sobre las partes relevantes de las cosas.

la naturaleza de la gestión

También es un escenario escolar, hay tres roles en la escuela: director, consejero y estudiantes.

En las escuelas, el director tiene que gestionar el proceso de admisión de los estudiantes cuando son admitidos, recompensar a los estudiantes con calificaciones excelentes, abandonar a los estudiantes con calificaciones no calificadas, etc. Al gestionar a cada estudiante, el director no necesita comunicarse con todos los estudiantes. Pero el director puede administrar bien a cada estudiante. La base para que el director administre a cada estudiante es la información del estudiante. Por ejemplo, al inscribirse, la información del estudiante se registra en la escuela, se ve la información de desempeño del estudiante y los estudiantes con excelente desempeño son recompensado. Verifique el desempeño del estudiante. La información se utiliza para procesar el retiro de los estudiantes con malas calificaciones. La información del estudiante anterior se puede llamar datos, por lo que la esencia de la gestión es la gestión de datos . Entre ellos, el director es el administrador y la fuente de los datos es el consejero que recopila la información de los estudiantes y luego la envía al director. Después de que el director toma una decisión, también es el consejero quien implementa la decisión.

La esencia de la gestión es "describir primero, luego organizar"

Dado que la esencia de la gestión es la gestión de datos, para gestionar mejor los datos, es necesario modelarlos. Por ejemplo, para un estudiante, se puede crear una estructura para describir al estudiante. La estructura contiene diversa información sobre el estudiante. Atributos. Dado que hay muchos estudiantes que administrar, es necesario organizar la estructura que describe a los estudiantes para facilitar la administración, como una estructura de lista vinculada:

El método anterior para describir a los estudiantes con estructuras y luego organizarlos con estructuras de listas vinculadas es **"describir primero, luego organizar"**.

Después de describir primero y luego organizar, cuando el director quiere expulsar al estudiante con el peor desempeño, solo necesita recorrer la lista vinculada para encontrar el nodo del estudiante con el peor desempeño y luego eliminar el nodo, para que el estudiante Ya no está dentro del ámbito de la gestión escolar, es decir, fue despedido.

Arquitectura de software y hardware de computadora (parte)

En la escena escolar anterior, el director, el consejero y los estudiantes corresponden al sistema operativo, el controlador de hardware y el hardware de la computadora, estas partes participan en la composición de la arquitectura de software y hardware de la computadora:

• Sistema operativo: el hardware se describe, organiza y luego administra a través de este modelado de datos del hardware.
• Controlador de hardware (software): transmite las decisiones del sistema operativo al hardware, permite que el hardware las ejecute y obtiene la información de datos del hardware, las solicita y las envía al sistema operativo.
• Hardware: ejecute la decisión emitida por el sistema operativo y envíe la solicitud al controlador de hardware.

Estrategias de gestión del sistema operativo.

El propósito de la administración del sistema operativo es proporcionar a los usuarios de nivel superior un entorno de ejecución seguro, estable, eficiente y rico en funciones.

Los usuarios pueden tener diversas necesidades de hardware de computadora, como amplificar el volumen de audio de la computadora. Pueden ocurrir problemas si los usuarios operan directamente el hardware. Por lo tanto, el sistema operativo, como administrador del hardware, no permitirá a los usuarios acceder directamente al hardware. En lugar de hardware, proporciona una variedad de interfaces del sistema. Los usuarios pueden lograr las funciones deseadas llamando a las interfaces del sistema. De esta manera, el sistema operativo puede considerar que el comportamiento del usuario es controlable, proporcionando así un mejor entorno de ejecución.

La relación entre los lenguajes de programación y la arquitectura informática.

El uso de lenguajes de programación se encuentra en el nivel superior del sistema operativo en la arquitectura de la computadora: la capa de usuario. Para reducir el costo para los usuarios de usar las interfaces del sistema, los lenguajes de programación encapsulan las interfaces del sistema en una biblioteca. funciones para que los usuarios utilicen:

Arquitectura de software y hardware (general)

La arquitectura de software y hardware de la computadora está dividida en capas, incluida la capa de usuario, la capa de interfaz de operación del usuario, la capa de interfaz de llamada del sistema, la capa de sistema operativo, la capa de controlador de hardware y la capa de hardware:

Cualquier operación realizada por el programa debe pasarse continuamente desde la capa superior de la arquitectura de software y hardware de la computadora a la capa inferior para completarse.