计算机系统与操作系统入门指南

计算机系统与操作系统入门指南

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，软件则分为系统软件和应用软件。操作系统作为系统软件的核心部分，负责管理计算机的硬件资源和软件资源，为用户提供良好的使用环境。本文将从计算机系统的组成结构、硬件架构到操作系统的基本概念和管理方式，为大家详细介绍计算机系统的基础知识。

1. 计算机系统简介

1.1 组成结构

计算机系统主要由硬件和软件两大部分组成。硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；软件则分为系统软件和应用软件两大类。

1.2 系统软件与应用软件

• 系统软件：是人与计算机之间进行交互的基础，负责管理计算机的硬件和软件资源。系统软件主要包括语言处理系统、操作系统和服务性程序等。
• 应用软件：是用户直接使用的软件，如各种游戏、办公软件等。

1.3 冯诺依曼计算机特点

冯诺依曼计算机结构的主要特点是采用存储程序和程序控制原理，即将程序和数据一起存储在存储器中，由控制器顺序执行指令。

1.4 硬件架构

计算机的硬件架构主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分。其中，运算器和控制器组成了CPU，存储器分为主存和辅存，CPU和主存组成了计算机的主机，输入输出设备和辅存组成了IO设备。

2. 硬件的进一步认识

2.1 存储器

存储器分为内存和外存两部分。内存主要负责存储当前正在运行的程序和数据，而外存则用于长期存储数据，如硬盘、U盘等。

2.2 输入设备

输入设备负责将外部信息输入到计算机中。常见的输入设备包括键盘、鼠标、摄像头、话筒等。

2.3 输出设备

输出设备负责将计算机处理的结果输出给用户。常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。有些设备如磁盘和网卡既可以作为输入设备也可以作为输出设备。

2.4 CPU组成

CPU由运算器和控制器两部分组成。运算器负责执行各种算术和逻辑运算，控制器则负责指挥和控制程序的执行。

2.5 线的概念引入

计算机的各个硬件单元需要通过总线进行连接。总线分为系统总线和IO总线，用于实现数据的传输和控制信号的传递。

3. 操作系统

3.1 操作系统简介

操作系统是管理计算机硬件和软件资源的系统软件。它通过驱动程序与硬件设备进行交互，为用户提供良好的使用环境。操作系统不相信任何用户，所有的访问行为都需要通过系统调用完成。

3.2 操作系统如何管理

操作系统通过驱动程序间接管理硬件资源。驱动程序相当于操作系统与硬件设备之间的桥梁，负责将操作系统的指令转换为硬件可以理解的信号。这种管理模式类似于学校中的校长通过辅导员来管理学生。

3.3 库函数和系统调用

库函数是对系统调用的封装，提供了更高级别的接口供用户使用。用户通过调用库函数间接使用系统调用，从而实现对硬件资源的访问和控制。