1.计算机和操作系统

墨七2024年11月12日大约 6 分钟约 1900 字...

注意

注意：本文中的一些超链接你可能会打不开，那很可能是因为需要科学上网。

一、计算机的基本组成和工作原理

先来一段计算机导论节选：

原件链接 https://file.mo7.cc/static/book/basic-computers.pdf

当然，我知道你一定没耐心看完。

现代的大部分计算机基本都是采用的冯·诺依曼结构，虽然计算机架构经过了多年的改良和优化，但实际上都没有跳脱出这个结构。

冯.诺依曼确定了 计算机结构 中的 5 大部件：

输入设备: 如键盘、鼠标、触摸屏、游戏手柄、麦克风、摄像头等。
输出设备: 显示器、打印机、扬声器、投影仪、手机屏幕等。
存储器: 如内存条、硬盘、SD 卡、寄存器等，分为内存和外存。
运算器: 计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件，又叫做算术逻辑部件（ALU）。
控制器: 计算机的神经中枢，指挥全机中各个部件自动协调工作。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”。

现如今为了方便，运算器和控制器全部集成到同一个芯片上，统称为中央处理器(CPU),其功能是从寄存器中取出指令、解释指令并执行指令。所以下面这张图更符合当下市场情况:

如果自己亲手组装过电脑主机的话你应该知道，你最少需要购买CPU、主板、内存、电源、硬盘。
除此之外如果想让这些部件良好的运行，还需要散热器、机箱。如果想运行一些高画质的游戏，还需要GPU。其中主板上会包含 HDMI 接口，外设控制器，甚至是 蓝牙和 Wi-Fi 模块。

如果我们进一步把 CPU、GPU、外设控制器，内存，网络连接模块等硬件功能集中到一块芯片上，那么这块芯片就被称为 SOC (System on a Chip)，如高通骁龙、Apple M1等。

CPU，存储器，外设控制器等模块都是无法独立运行的，模块之间的协作都是需要数据传递和能量消耗的，所以SOC把这些模块都集中在一个芯片上，信息之间的传递路径就会变得非常短。所以 SOC的运行能效比传统的 CPU 要高很多，非常适合电源局促的移动设备。

这就是苹果M系列芯片笔记本电脑续航牛逼的核心原因。

CPU 读取存储器中的程序和数据，完成一系列计算后再传递给外设控制器，然后对应的输出设备再做出相应的反应。我们生活中，大到火箭空间站，小到电视遥控器，路由器，电视机，手机。任何带有芯片控制的机器，其工作原理都基本类似。

对，没错，任何传统物件只要带上一颗芯片，就能被称为智能设备，这块芯片如果还能联网，就变成了物联网

这里有一个视频讲解:

以上的这些部件都被称之为硬件，硬件是软件运行的基础，也决定了一个设备能力的上限。如果对应的硬件能力不存在，则功能就无法实现。比如你下载了一个音乐播放器，如果扬声器损坏或没有，你也是无法播放音乐的。

课外阅读

但是，如果没有对应的软件，再牛逼的芯片也无法发挥作用，就像一个年轻力壮的植物人一样。
接下来我们要认识一下，世界上最复杂的软件之一: 操作系统

这里放上一篇写的非常好的文档

操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源分配；以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；它是硬件基础上的第一层软件，是硬件和其它软件沟通的桥梁。

操作系统会控制其他程序运行，管理系统资源，提供最基本的计算功能，如管理及配置内存、决定系统资源供需的优先次序等，同时还提供一些基本的服务程序，例如:

用户接口
操作系统需要为用户提供一种运行程序和访问文件系统的方法。如常用的 Windows 图形界面，安卓和 iOS 的触控式反馈等，可以理解为一种用户与操作系统交互的方式。
用户接口还包含一个重要的分类: shell。
如最常见的 Windows Explorer 就是一种 图形界面shell；还有 Linux 上默认的 Bash shell，一般也被称作文字界面；MacOS 上默认的Zsh shell；当然还包括 Windows 上的 PowerShell等。
文件系统
提供计算机存储信息的结构，信息存储在文件中，文件主要存储在计算机的内部硬盘里，在目录的分层结构中组织文件。文件系统为操作系统提供了组织管理数据的方式。
进程管理
当计算机启动时，会自启动许多系统服务程序，执行安装文件、启动网络服务、运行预设任务，启动驱动程序等，进程管理可以很方便的去管理这些进程。
安装和卸载程序
提供软件的卸载和安装服务，让用户可以随心所欲的拓展系统功能。