news 2026/5/5 13:32:37

计算机是如何工作的

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张小明

前端开发工程师

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计算机是如何工作的

一.冯诺伊曼体系

CPU 中央处理器: 进⾏算术运算和逻辑判断.

存储器: 分为外存和内存, ⽤于存储数据(使⽤⼆进制⽅式存储)

输⼊设备: ⽤⼾给计算机发号施令的设备.

输出设备: 计算机个⽤⼾汇报结果的设备.

二.指令

1.概念

所谓指令,即指导 CPU 进⾏⼯作的命令,主要有操作码 + 被操作数组成。

2.指令表(简易)

3.CPU执行指令步骤

1)取指令:把指令从内存中读取出来,放到CPU上专门的寄存器中

2)解析指令:把指令解析一下,和指令表对照一下,理解要做什么

3)执行指令:将理解出来的工作内容执行

三.操作系统进程管理

1.描述

操作系统引入了“PCB”(进程控制块)结构体表示一个进程的各种属性

2.组织

操作系统使用双向链表结构,组织这些PCB结构体

任务管理器看到进程的信息,就是在遍历链表

创建新的进程=>创建PCB,添加到链表上

销毁旧的进程=>把PCB从链表上删除,并释放

四.PCB核心信息

1.PID

进程的身份标识

每个进程需要一个唯一的身份标识

PID的具体数字不重要,系统随机分配

2.内存指针

类似于“地图”,表示了当前进程使用到的内存资源

操作系统运行进程需要分配资源,内存就是最重要的资源

对于一个进程的的内存,需要保留两部分核心信息

1/进程执行的指令

2/进程执行时依赖的数据

3.文件描述符表

文件在操作系统中是一个广义的概念,其中最典型的就是硬盘上的文件

一个进程可以同时操作多个文件

文件操作符表每次操作一个文件,都需要“打开文件”,就会往文件操作符表(顺序表)放一个结构体

4.进程的状态

就绪状态:进程随时可以到CPU上执行/正在CPU上执行

阻塞状态:进程暂时不方便去CPU执行

5.进程的优先级

进程和进程之间的优先级是不一样的

6.上下文

就是进程执行到的“当前状态”

时间片轮转

进程在CPU执行过一段时间后切换走,过一段时间在切换回来

一个进程在切换走之前叫“保存进度”

下次切换到之后“恢复进度”

7.记账信息

统计每个进程在CPU上执行的时间,避免某个进程太久吃到资源

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