(四)核心 記憶體 快取 CPU 暫存器等基本概念

2022-06-19 17:45:10 字數 2641 閱讀 1013

linux系統主要組成:應用程式、shell、檔案系統、核心;

核心作用:負責管理系統的程序、記憶體、裝置驅動、檔案系統和網路系統等,是作業系統的核心。

核心組成:

記憶體管理

程序管理

檔案系統

裝置驅動管理

網路管理

核心實現:通過系統呼叫介面來完成使用者和核心之間的互動

記憶體:優點:訪問速度遠高於硬碟的速度

缺點:斷電丟失資料,不能持久化資料

作用:交換資料

暫時存放cpu中的運算資料,與硬碟外部儲存器交換的資料(相當於乙個倉庫)

儲存從硬碟讀取的資料,提供給cpu進行運算

儲存cpu運算的臨時執行結果,以便cpu下次使用或儲存到硬碟中

硬碟:

優點:持久化儲存資料(磁碟、光碟等)、儲存容量大

缺點:速度慢

電腦工作時,會把要用的東西先從硬碟呼叫到記憶體中(記憶體比硬碟速度快,如果每次訪問硬碟太慢了)

當我們在計算機上執行乙個程式時,首先由輸入裝置向cpu發出操作指令,cpu接收到操作指令後,硬碟中對應的程式指令被直接載入到記憶體中,此後,cpu再對記憶體進行定址操作,將載入到記憶體中的指令翻譯出來,而後傳送操作訊號給操作控制器,實現程式的執行或資料的處理

cpu:

作用:處理指令、執行操作、控制時間、處理資料(即資料運算)等

組成:暫存器、控制單元、邏輯運算單元等

cpu執行指令過程:

程式實際上就是一條條指令,程式的執行過程就是指令一步步的執行起來,cpu本質上就是

執行指令

;1. cpu先讀取【程式計數器】的值即指令的記憶體位址,cpu的【控制單元】操作【位址匯流排】指定需要訪問的記憶體位址,通知記憶體準備資料,資料準備好後通過【資料匯流排】

指令資料傳給cpu,cpu收到傳來的資料,將指令資料存入到【指令暫存器】;

2. cpu分析【指令暫存器】中的指令,確定指令的型別和引數,如果是計算型別的指令,就把指令交給【邏輯運算單元】運算,如果是儲存型別的指令,則交由【控制單元】執行;

3.  cpu執行完指令後,【程式計數器】的值自增,表示指向下一條指令;

快取:位置:快取是cpu的一部分,位於cpu中

理解:假設乙個8核的cpu,每個核都有自己獨立l1 cache(1級快取)、l2 cache(2級快取),而l3 cache(3級快取)是8核共享的;

快取大小:離核心越近、等級越高越小、速度越快、l1 cache快取最小,速度最快;

記憶體的資料會先載入到共享的l3 cache中,再載入到每個核心獨有的l2 cache,最後進入到最快的l1 cache,之後才被cpu讀取;

虛擬記憶體是windows作業系統用來管理記憶體的一種方法,虛擬記憶體說穿了就是把記憶體中的資訊分出去

一部分存在硬碟上,

這樣從表面上看就擴大了記憶體容量(難怪記憶體中存了這麼多東西,原來有一部分被轉到了硬碟上)

快取是一種硬體,而虛擬記憶體是存在硬碟上的檔案,快取的目的是加快系統的速度,而虛擬記憶體技術是為了使更多的程式能夠在有限的記憶體中執行。

暫存器:

作用:暫時存放參與運算的資料和運算結果

位置:是cpu內部元件,其讀寫速度非常快

種類:通用暫存器:儲存需要進行運算的資料(需要加減等運算的兩個資料)

指令暫存器:儲存程式計數器指向的指令,指令被執行完之前都放在這裡

cpu中的暫存器主要是儲存計算時的資料,為什麼有了記憶體還需要暫存器?因為記憶體離cpu太遠了,而暫存器就在cpu裡,

就比如,將100元放在口袋(暫存器), 和放在書包(記憶體)裡,你(cpu)當然從口袋裡取是最快的,並且暫存器離控制和邏輯運算單元都很近,速度可想而知;  

各個程序間共享cpu資源

程序間的記憶體是共享的

速度:暫存器 > 快取 > 記憶體 > 硬碟

關係:暫存器儲存在cpu中,快取是cpu劃分的一片區域,cpu從記憶體中獲取資料,記憶體是從硬碟中獲取資料,

cpu從記憶體中拿到資料後,在cpu內部開闢一片儲存空間,即快取,將資料儲存在快取中,

以後cpu就從快取中讀取頻繁使用的資料,減少cpu與記憶體的頻繁互動,cpu從快取中拿到資料後,

再將資料放入暫存器中,cpu對暫存器的資料進行計算,計算完後再將資料放到記憶體中

注:1.當快取中沒有cpu所需要的資料,cpu會從記憶體中讀取資料,再放到快取中,再從快取中讀取資料;

2.當cpu需要將資料寫入到記憶體中,會先存入到快取,再找合適的機會寫到記憶體中;

記憶體 快取 暫存器

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