硬件层
计算机由何组成？
我们现在手中的计算机，无论配置如何，是笔记本还是台式，都由三部分构成：
- 输入设备：键盘，鼠标...
- 中央处理器：cpu，显卡，磁盘...
- 输出设备：显示器...
在这三个设备里，已经有两个设备是我们天天看到使用的，输入设备和输出设备，但是我们了解甚少的，也就是中央处理器，是我们今天的主要话题：计算机是怎么通过这些中央处理器，操控我们的电脑的？
冯诺依曼体系
为了方便大家理解，我们用三体中的冯诺依曼来作为例子：三体中的冯诺依曼-CSDN博客
https://blog.csdn.net/qq_74260823/article/details/139362105?spm=1001.2014.3001.5501 （一个关于三体冯诺依曼的扩写，详细讲了冯诺依曼体系的原理和构成，有兴趣可以看看帮助理解）
- 记录方阵，用来记录数据，我们把他叫做内存。
- 计算方阵，用来计算数据，我们把他叫做运算器。
- 皇帝，用来翻译指令，然后转化成机器指令，告诉内存和cpu应该干什么，cpu应该从内存的哪里拿什么数据，我们把他叫做控制器。
这些，便构成了现代的冯诺依曼体系：
但是我们很容易发现，所有的人干的事情，输入和输出，都只能和内存相互交流，没办法去直接和cpu交流，因为cpu听不懂你的话，你也看不懂cpu说的啥，就算你们直接交流了，也是语无伦次不了了之。
就像，你想和霍金说说话，直接找他是没办法的，你必须要通过其他渠道：
并且，这也是出于对cpu的一种保护机制，如果我们直接操作cpu里的数据，一会就给cpu干烧了
比如我们的数组越界，或者是野指针等问题，都是因为操作系统只允许我们操作安全范围内的内存。我们访问内存，实际上是操作系统在帮我们找内存，而非直接访问到cpu内的真实内存。当操作系统发现这个内存在安全范围内，我们便把数据首先交给操作系统，然后操作系统再把数据交给cpu，从而保护cpu内的数据不是被乱修改的。
软件层
什么是操作系统
操作系统是一款软件，要钱的。
我们为什么要选择Linux？因为Linux免费的。
但是，不同的操作系统，价格不同，其实现的基本准则是相同的。操作系统的任务和目标都只有一个：管理好所有的软硬件，只要能完成这个任务，无论这个操作系统是谁做的要多少钱，他都是一个好操作系统。
除了要钱以外，操作系统是一款专门负责管理的软件，他负责管理两件事：
- 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
- 与用户交互，为用户的程序提供运行环境。
但是光凭这两句话，操作系统还是不知道要干什么。我们再把软硬件交互和用户交互细分，慢慢看看操作系统的管理原理：
硬件交互
键鼠硬盘
一个优秀的计算机，自然要有这几个熟知的硬件：
- 键盘
- 鼠标
- 网卡
- 硬盘
- ...
但是，计算机怎么知道，这些硬件被安装在了哪里，又怎么知道，这些硬件分别是干什么的？
cpu是没有办法直接读取这些信息值的，这些硬件也没有办法把内存里的二进制数01翻译成给人能看的懂的东西。所以，这个时候就必须要有一个翻译官：操作系统。
操作系统负责切换机械语言和偏人类语言：
当你在键盘敲下d的时候，由操作系统把d翻译成机器二进制码01放在内存的某个安全的位置，然后告诉显示器，从内存的哪个位置（具体的指针地址）拿到这个d，用哪种方式哪种语言打印在显示器的哪个位置，这便是操作系统对底层的任务。
不过，总有些神经病，喜欢改键位。R是放大招，可他偏不，他就喜欢A放大招，R改成平A，享受那种边走边R的快感。这个时候，键位发生了变化，如果直接去操作系统里改文件，
比如把#define R 大招 改成 #define A 大招
首先要找到键位对应的代码文件，然后找到某个键位对应的那一行，最后看看改了这些之后会不会对其他的代码产生影响，那也太麻烦了。
就算改了，对操作系统的负担也是相当大：
“原本我都写死了，现在你说要可修改，那我又要新加一堆功能，新写一堆接口，这个钱谁给我补呢？”
所以，为了避免这些麻烦，操作系统和硬件之间还有一层软件：驱动
驱动
驱动是介于操作系统和硬件之间的一个软件。有了驱动，操作系统就不再直接去硬件上读然后翻译了，他直接读取驱动已经翻译好了的东西，然后直接拿给内存。
比如还是放大招的问题。
按照原先的逻辑，操作系统首先看输入的是什么，是R，然后看R对应的是什么，是大招，于是就知道，我要放大招了。这用了两步翻译。
而有了驱动，驱动直接告诉操作系统，现在有一个大招的输入，操作系统就不再去看用户输入了哪个键，而是直接拿驱动告诉他的大招信息，然后知道，我要放大招了。只用了一步翻译。
但是，驱动什么时候向操作系统发出大招信息呢？这个就是驱动的实现，和操作系统没有关系了，操作系统只负责写出函数声明，然后让每家硬件公司在生产硬件的时候，必须配套一个驱动，驱动里要补充完整这些函数接口，让操作系统直接调用。至此，操作系统只负责接受各种已被驱动处理过的信息，而这些信息怎么来，怎么和用户进行交互，那就变成了驱动的事情。
但是，有人就要问了：
话是这个话，但是，驱动不是我操作系统写的，我只负责写好我的逻辑，当你一个公司产生一个产品的时候，你就把对应的驱动给写好给我，我直接用你的驱动，这样我的锅就变成了你的锅，岂不是完美？
用户交互
我们最直观的用户交互，便是我给钱，你给我发个安装包
太有交互了，我的Windows！
除此之外，我们按下CTRL+ALT+.，会蹦出来个任务管理器，这便是我们第二直观可以看到操作系统的交互：告诉我们每个进程的详细信息，杀掉一个进程，或是创造一个进程。
可是，我们有没有想过，为什么我们可以杀掉这些进程？为什么我们可以创建这些进程？
我们告诉操作系统这些任务，然后操作系统权量这些任务是否合理，合理的操作系统就帮我们完成，不合理的操作系统就会给我们警告，并不会实施这些操作。我们可能很疑惑，难道还有什么任务，是对操作系统不合理的吗？
要不你去直接修改cpu的数据试试？
要不你去直接修改操作系统的数据试试？
操作系统，同样对着底层和自身有着保护机制。我们能用操作系统去完成一些操作，完全是因为，操作系统给了我们一些操作指令，告诉我们那些是可以帮我们做的，这些指令叫做系统调用。比如printf，比如scanf，便是被封装起来的系统调用，我们可以用这些指令去访问底层，但是却无法直接访问底层的数据，因为他们都是被操作系统保护起来的。
所以，整个计算机的管理结构，可以用一张图来概括起来：
怎么管理？
对操作系统来说，所有的管理只遵从一句话：
先描述，再组织。
先描述，再组织。
先描述，再组织。
啥意思？
湖人球队
就比如你想管理湖人球队，此时来了一位年轻的球员，叫做科比，你对他并不熟悉，第一步应该干什么？把他的特点描述出来：
然后第二步，根据你的描述，把被描述的对象组织起来
而对所有球员，我们都这样安排，最后用一个册子把他们包含在内：
我们就完成了对一个球队的管理，需要的时候，我们从名单中一个个分析，一个个拿取，而球队中坠机了某位之后，我们只要把球员的信息表从册子里抽出来就可以了。
操作链表
而操作系统对任何东西的管理，也是通过此完成的。我们接下来要讲进程，就以进程举例，我们首先去描述一个进程，而在C语言中，描述一个进程最好的方法自然是结构体：
struct task//进程
{
char* name;//进程名
int pid;//进程id
...
}而组织，便是把所有的进程串起来。完成这一操作，最简单的方法，自然也是链表：
struct task_listnode//进程链表
{
task* task;//指向的进程
task_listnode* next_task;//下一个进程
}对一个进程的增删查改，就变成了对链表结点的增删查改，进程相当于球队的球员，而链表就相当于球队的名单，我们利用先描述再组织这一准则，完美把所有进程管理了起来。
当一个进程被创建的时候，我们把他放在链表的尾部；当一个进程退出的时候，我们直接用O(1)的时间把他删除掉。而在链表中的所有进程，便是正在运行的进程，我们想查看和管理进程的时候，直接遍历链表就可以找到这个进程。
而对文件，对内存，也都是先用结构体描述起每一个对象的特征，然后用链表把所有对象串起来，整个计算机也就通过这种巧妙的方法，完美地用几张链表管理了起来。
