[Linux]Arquitetura de software e hardware de computador

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Arquitetura de Von Neumann

A composição da arquitetura von Neumann

A maioria dos computadores modernos está em conformidade com a arquitetura von Neumann. O diagrama esquemático da arquitetura von Neumann é o seguinte:

O computador de arquitetura von Neumann consiste em cinco componentes principais:

1. dispositivo de entrada

2. dispositivo de saída

3. memória (memória)

4. operador

5. controlador

   Observação: a maioria dos computadores hoje integra unidades aritméticas e controladores, que são chamados de unidades centrais de processamento ou, abreviadamente, CPUs.

As funções de cada componente da arquitetura von Neumann

As funções de cada componente da arquitetura von Neumann são as seguintes:

1. Dispositivo de entrada: aceita dados externos e os repassa para o computador. Dispositivos de entrada comuns incluem: teclado, microfone, câmera, placa de rede e disco.
2. Dispositivo de saída: aceita os resultados dos cálculos do computador. Os dispositivos de saída comuns incluem: monitores, alto-falantes, placas de rede e discos.
3. Memória: pré-carrega dados para melhorar a eficiência de toda a máquina.
4. Calculadora: Complete várias operações aritméticas e operações lógicas.
5. Controlador: Controla todo o computador para funcionar de maneira ordenada e executar programas automaticamente.

Compreensão do armazenamento (memória)

Antes de falar sobre a compreensão da memória, primeiro precisamos conhecer os seguintes conceitos:

• Dispositivos de entrada e dispositivos de saída são chamados coletivamente de dispositivos periféricos ou, abreviadamente, periféricos.
• Os periféricos são muito lentos em comparação com os componentes da CPU.

Como as velocidades da CPU e dos periféricos variam muito, os computadores não podem ser projetados da seguinte forma:

Devido à grande diferença de velocidade entre a CPU e os periféricos, a CPU conclui rapidamente o cálculo dos dados e transfere os dados para o dispositivo de saída, e então a CPU tem que esperar que os dados do dispositivo de entrada sejam transferidos. haverá muitas lacunas desnecessárias na CPU, o que reduz bastante a eficiência da CPU, que é como o princípio do barril :

Como a velocidade periférica é muito lenta, a velocidade de toda a máquina é reduzida.

Para melhorar a eficiência de toda a máquina, a arquitetura von Neumann adiciona componentes de memória. A memória é muito mais rápida que os periféricos e tem uma certa capacidade. Antes de a CPU operar, a memória irá pré-carregar uma grande quantidade de dados. Finalmente , quando a CPU deseja realizar cálculos, ela só precisa obter dados da memória. Como a memória armazena uma grande quantidade de dados com antecedência, a CPU pode obter continuamente dados da memória. Não há período de intervalo, então a CPU não consegue sentir a diferença na velocidade, melhorando assim o desempenho geral.

Resumir:

• No nível de transmissão de dados, a CPU interage apenas com a memória.

• Ao nível da transmissão de dados, os periféricos interagem apenas com a memória.

Com base no entendimento da arquitetura acima, podemos saber que para que um computador execute um programa, ele deve primeiro carregá-lo de um periférico, como um disco, na memória, e então a CPU obtém dados da memória para executar o programa.

Compreensão do fluxo de dados

O diagrama esquemático da transmissão de dados entre dois computadores é o seguinte:

Processo de transmissão de dados entre dois computadores: O dispositivo de entrada do dispositivo 1 recebe dados e solicitações e depois os transfere para a memória. A CPU processa os dados e solicitações na memória e, em seguida, transfere os dados e solicitações de volta para a memória. A memória transfere os dados e solicitações para a saída. No dispositivo, o dispositivo de saída transmite dados e solicitações para o dispositivo de entrada do dispositivo 2. O dispositivo 2 e o dispositivo 1 passam os dados e solicitações através do dispositivo de entrada para a memória, para a CPU, para a área de armazenamento e, finalmente, para o dispositivo de dados para saída.

Aprenda sobre sistemas operacionais

conceito de sistema operacional

O sistema operacional é um software que gerencia recursos de software e hardware .

conceito de gestão

Para entender melhor o conceito de gestão, vejamos os seguintes cenários:

Uma competição de programação será realizada em uma escola.Existem três funções na escola: diretor, conselheiro e alunos.

• O diretor decidiu que a competição de programação será realizada no próximo mês, exigindo a participação de todos os alunos, e os resultados de todos os alunos serão computados.

• Depois que o conselheiro recebeu a decisão do diretor, ele convocou uma reunião com todos os alunos para informá-los sobre a competição de programação escolar, preparar-se para a competição e completar as estatísticas de pontuação subsequentes.

• Depois que os alunos souberam da decisão do diretor, começaram a se preparar para a competição de programação.

No cenário acima, o que o diretor faz é tomar decisões, o que o orientador faz é implementar a decisão, ou seja, implementar a decisão, e o que os alunos fazem é participar da execução da decisão.

Quando uma escola realiza uma competição de programação, a principal tarefa do diretor como gestor é tomar decisões sobre as tarefas. Decida quando a competição de programação será realizada, quem participará da competição e que trabalho precisa ser feito em relação à competição. Portanto, podemos ver que o cerne da gestão é tomar decisões sobre as partes relevantes das coisas.

a natureza da gestão

É também um cenário escolar.Existem três funções na escola: diretor, conselheiro e alunos.

Nas escolas, o diretor tem que gerenciar o processo de admissão dos alunos quando eles são admitidos, recompensar os alunos com notas excelentes, abandonar os alunos com notas não qualificadas, etc. Ao gerenciar cada aluno, o diretor não precisa se comunicar com todos os alunos. Mas o diretor pode gerenciar bem cada aluno. A base para o diretor gerenciar cada aluno são as informações do aluno. Por exemplo, ao se matricular, as informações do aluno são registradas na escola, as informações de desempenho do aluno são visualizadas e os alunos com excelente desempenho são recompensado. Verifique o desempenho do aluno. As informações são usadas para processar a desistência de alunos com notas baixas. As informações dos alunos acima podem ser chamadas de dados, portanto, a essência do gerenciamento é o gerenciamento de dados . Entre eles, o diretor é o gerente, e a fonte dos dados é o conselheiro que coleta as informações do aluno e depois as envia ao diretor.Depois que o diretor toma uma decisão, é também o conselheiro quem implementa a decisão.

A essência da gestão é “descrever primeiro e depois organizar”.

Como a essência do gerenciamento é o gerenciamento de dados, para melhor gerenciar os dados, os dados precisam ser modelados. Por exemplo, para um aluno, uma estrutura pode ser criada para descrevê-lo. A estrutura contém várias informações sobre o aluno. Atributos. Como há muitos alunos para gerenciar, é necessário organizar a estrutura que descreve os alunos para facilitar o gerenciamento, como uma estrutura de lista vinculada:

O método acima para descrever os alunos com estruturas e depois organizá-los com estruturas de lista vinculada é **"descrever primeiro e depois organizar"**.

Depois de primeiro descrever e depois organizar, quando o diretor quiser expulsar o aluno com pior desempenho, ele só precisa percorrer a lista vinculada para encontrar o nó do aluno com pior desempenho, e então deletar o nó, para que o aluno não está mais no âmbito da gestão escolar, ou seja, foi demitido.

Arquitetura de software e hardware de computador (parte)

Na cena escolar acima, o diretor, o orientador e os alunos correspondem ao sistema operacional, driver de hardware e hardware do computador.Essas partes participam da composição do software do computador e da arquitetura de hardware:

• Sistema Operacional – O hardware é descrito, organizado e gerenciado por meio da modelagem de dados do hardware.
• Driver de hardware (software) – transmite as decisões do sistema operacional para o hardware, permite que o hardware as execute e obtém as informações e solicitações de dados do hardware e as envia ao sistema operacional.
• Hardware – Execute a decisão emitida pelo sistema operacional e envie a solicitação ao driver de hardware.

Estratégias de gerenciamento de sistema operacional

O objetivo do gerenciamento do sistema operacional é fornecer aos usuários de nível superior um ambiente de execução seguro, estável, eficiente e rico em recursos.

Os usuários podem ter diversas necessidades de hardware de computador, como amplificar o volume de áudio do computador. Podem ocorrer problemas se os usuários operarem diretamente o hardware. Portanto, o sistema operacional, como gerenciador do hardware, não permitirá que os usuários acessem diretamente o hardware. Em vez de hardware, ele fornece uma variedade de interfaces de sistema. Os usuários podem obter as funções desejadas chamando interfaces de sistema. Dessa forma, o sistema operacional pode considerar o comportamento do usuário como controlável, proporcionando assim um melhor ambiente de execução.

A relação entre linguagens de programação e arquitetura de computadores

O uso de linguagens de programação está no nível superior do sistema operacional na arquitetura do computador - a camada do usuário. A fim de reduzir o custo para os usuários usarem as interfaces do sistema, as linguagens de programação encapsulam as interfaces do sistema na biblioteca funções para os usuários usarem:

Arquitetura de software e hardware de computador (geral)

A arquitetura de software e hardware do computador é dividida em camadas, incluindo camada de usuário, camada de interface de operação do usuário, camada de interface de chamada de sistema, camada de sistema operacional, camada de driver de hardware e camada de hardware:

Qualquer operação executada pelo programa precisa ser continuamente passada da camada superior da arquitetura de software e hardware do computador para a camada inferior para ser concluída.