Linux 计算机基础01-工作模式

计算机的工作模式

对于一个计算机来讲，最核心的就是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)。这是这台计算机的大脑，所有的设备都围绕它展开。CPU和其他设备连接，要靠一种叫作总线(Bus)的东西，其实就是主板上密密麻麻的集成电路，总线东西组成了CPU和其他设备的高速通道。这些设备中，最重要的是内存(Memory)。因为单靠 CPU是没办法完成计算任务的，很多复杂的计算任务都需要将中间结果保存下来，然后基于中间结果进行进一步的计算。CPU本身没办法保存这么多中间结果，这就要依赖内存了。

平时我们说计算机的"计算"两个字，其实说的是两个方面，第一，进程和线程对于CPU的使用，第二，对于内存的管理。

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CPU结构

CPU 其实也不是单纯的一块，它包括三个部分，运算单元、数据单元和控制单元。

• 运算单元：只管算，例如做加法、做位移等等，它不知道应该算哪些数据，运算结果应该放在哪里。

• 数据单元：暂时存放运算数据和运算结果

• 控制单元：控制单元是一个统一的指挥中心，它可以获得下一条指令，然后执行这条指令。指令会指导运算单元取出数据单元中的某几个数据，计算出个结果，然后放在数据单元的某个地方。

进程内存结构

执行的一个程序，需要依赖操作系统为其分配内存，用来加载binary file和存储程序运行的过程中要操作的数据和产生的计算结果，加载到内存中运行起来的程序在操作系统中被称为进程。不同的进程，会有独立的内存空间，互相隔离。

在进程的内存大致可以分为2块，"代码段","数据段"。

• 代码段：用来存储程序的二进制文件，里面包含CPU能识别的指令。
• 数据段：用来存放程序运行的过程中要操作的数据和产生的计算结果。

CPU内存运行程序原理

1 获取进程代码段中指令

CPU 的控制单元里面，有一个指令指针寄存器，它里面存放的是下一条指令在内存中的地址。控制单元会不停地将代码段的指令拿进来，先放入指令寄存器。

2 执行指令的执行

指令分两部分，一部分是做什么操作（例如是加法还是位移），一部分是操作哪些数据。要执行这条指令，就要把第一部分交给运算单元，第二部分交给数据单元。

• 1 数据单元 根据数据在进程数据段的地址，从进程内存数据段里读取计算需要的数据放入到数据寄存器里。

• 2 运算单元 执行运算。

• 3 控制单元，将做完运算产生的结果会暂存在数据单元中

• 4 最终，会有指令将数据写回进程内存中的数据段。

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总线（Data Bus）

CPU 和内存来来回回传数据，靠的都是总线。其实总线上主要有两类数据，

数据总线：表示总线一次从物理内存中访问数据大小，位数越大一次拿的数据就越多，访问速度也就越快。

地址总线：也被称为“段”，表示操作系统一次访问数据大小，位数越多，能够访问的位置就越多，能管理的内存的范围也就越广。

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