Comprendre l'architecture von Neumann (systèmes d'exploitation et processus)

1. Architecture Von Neumann

• Caractéristiques de l'architecture Von Neumann :
  • Dans l'architecture von NeumannmémoireFait référenceMémoire--Une sorte deEspace de cache au niveau matériel(entre le périphérique IO et la CPU, uniquementStockage des données et fonctions de lecture et d'écriture, et avoirVitesse de lecture et d'écriture élevée des donnéesdeunité indépendante) (stocke les données binaires en mémoire)
  • Entre CPU et périphérique IOpas de transfert direct de données, transfert de données entre la CPU et le périphérique IOil faut passer par la mémoire
  • données qui décrivent les propriétés des chosesetInstruction d'opération(Les deux sont essentiellement des données binaires) seront chargés en mémoire
• Avantages de l'architecture Von Neumann :
  • Séparation des CPU et des périphériques IOCela rend la conception et l'utilisation de l'ordinateur très flexibles (le coût est également considérablement réduit) et il n'est pas nécessaire de compter surPériphériques IO spécifiques et instructions de fonctionnement spécifiquesPour concevoir le circuit de la carte mère autour du CPU,Instruction d'opérationetdonnées descriptives associéessont uniformément chargés en mémoire pour formerprogramme par programme, faisant la même choseMécanisme mémoire + CPUpeut être utilisé pourS'adapter à divers périphériques IOpour réaliser diverses fonctions
  • En même temps, l'architecture de von Neumann peutFaites jouer pleinement les performances de calcul du CPU

2. Architecture Von Neumann et effet tonneau

• système de von Neumannl'essenceréside dansMémoire
• Avant l'avènement de l'architecture von Neumann, sur une carte mère CPU spécialisée, le CPU requisLire les données directement à partir du périphérique d'entrée, après avoir effectué des opérations sur les données, nous avons besoinÉcrire des données directement sur un périphérique de sortie:
• Limité par le coût de conception,La vitesse de lecture et d'écriture des données du périphérique IO est très lente,CependantLa vitesse de calcul du processeur est très rapide, dans un projet de calcul de données, le CPU va souventAprès un rapide calculsera enétat de repos, donc même si le CPU est très puissant, l'efficacité de l'ensemble du système informatique seraLimité par l'efficacité de lecture et d'écriture des périphériques IO, qui est l'architecture deeffet tonneau:
  • Dans un système étroitement lié, chacunstructure partiellepeut faire face àun problème courant, qui constitue le systèmeStructure de chaque partieSouventBon et mauvais,etLa partie défavorisée détermine souvent le niveau de l’ensemble du système:
• L'émergence de la mémoire a très bien résolu les problèmes ci-dessus. Une fois que l'ordinateur d'architecture von Neumann commence à fonctionner, les périphériques IO (y compris certains périphériques de mémoire externes) peuvent êtreÉcrivez ou lisez des données binaires en mémoire à tout moment, formant unÉléments de calcul (programmes) à exécuter, à certains moments et sous des instructions spécifiques, le CPU récupère des données de la mémoire pour effectuer des calculs. Les raisons de la grande efficacité de cette architecture sont :
  • Le processus d'interaction des données entre la mémoire et le périphérique IO estPeut être fait à tout moment (tant que l'ordinateur est en marche), lorsque le processeur doit extraire des données de la mémoire pour effectuer des calculs, de nombreuses données ont été chargées dans la mémoire (c'est-à-dire que le système von Neumann profite pleinement deIntervalle de temps entre les opérationsÊtre faitchargement des données)
  • La mémoire elle-même est une unité matérielle spécialement conçue pour le stockage, la lecture et l'écriture de données (Physiquement lié au processeur),L'efficacité de l'échange de données avec le CPU est relativement élevée.

3. Système d'exploitation et processus

système opérateur

• Les ordinateurs dotés d'une architecture von Neumann présentent les caractéristiques suivantes :
  • Un ensemble de structure mémoire + CPU peut être utilisé pour s'adapter à divers périphériques IO (il vous suffit de charger le jeu d'instructions et les données dans la mémoire avant de réaliser la fonction), il peut donc y avoirDivers périphériques IO, il faut à ce momentGérer ces périphériques IO(gestion du matériel)
  • Lorsque l'ordinateur est en marche, un grand nombre deAlgorithme(données et jeu d'instructions (essentiellement également des données)), à ce momentCes programmes doivent également être gérés(gestion des logiciels)
• Complexité des ordinateurs du système Von NeumannLe système d'exploitation est né et le système d'exploitation est dédié à la gestion du matériel et des logiciels.Une série de données spéciales et de jeux d'instructions, le système d'exploitation, en tant que logiciel spécial, est le premier à être chargé dans la mémoire lorsque l'ordinateur du système Von Neumann est en cours d'exécution.
• Système d'exploitation et système informatique :
  
• Le système d'exploitation est implémenté en langage C et avant de gérer les ressources matérielles et logicielles, il doit gérer chaque objet matériel et logiciel.décrire et organiser(C'est la prémisse de tous les comportements de gestion), la soi-disant description estDéfinir une structure décrivant l'objet géré, et puisUne structure décrivant les objets gérésorganisés en structures de données individuelles.
• Gestion du système d'exploitation du matérielL'essence estgérer ses chauffeurs, on peut donc considérer que le système d'exploitationEn substance, les objets gérés sont des programmes
• système opérateurLa nature de la gestion des ordinateursest vraiUne structure de données composée de structures décrivant des objets de ressources matérielles et logiciellesOpérations d'ajout, de suppression, de vérification et de modification
  
• PCB --> bloc de contrôle de processus (bloc de contrôle de processus)

Processus dans un système Linux

• Lorsqu'un programme (données binaires) est chargé dans le système Linux, le système Linuxtask_structcréer automatiquement une structure décrivant le programme(bloc de contrôle de processus) et l'organiser en diverses structures de données du noyau ;
  • en mémoirestructure tâche_structEt == son programme correspondant (données binaires) == constitue un processus dans le système Linux (les deux sont indispensables)
• Blocs de contrôle de processus sous Linux
• Contenu du bloc de contrôle de processus Linux