1、计算机的组成功能和内核的作用

概述

在我们现代的生活当中，越来越离不开计算机类设备。计算机存在形态也越来越多样化，包括台式机、笔记本、平板电脑、手机、服务器等等很多。借助计算机可以帮助我们人类完成很多方面的工作。所以作为一个新时代的人，不管从事何种工作，对计算机有一个基本的认识和使用，已经越来越重要。

计算机的组成：

在我们使用的计算机中，主要有硬件系统和软件系统组成。
硬件是我们看见摸得着的部分，而软件则是依赖硬件而存在的一堆0/1数据。

核心硬件系统主要分为五个部分：

1. 控制器(Control): 是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内存与外设的访问等。
2. 运算器(Datapath)：运算器的功能是对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工处理。
3. 存储器(Memory)：存储器的功能是存储程序、数据和各种信号、命令等信息，并在需要时提供这些信息。
4. 输入(Input system)：输入设备是计算机的重要组成部分，输入设备与输出设备合称为外部设备，简称外设，输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。
5. 输出(Output system)：输出设备与输入设备同样是计算机的重要组成部分，它把外算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输出出来。微机常用的输出设备有显示终端CRT、打印机、激光印字机、绘图仪及磁带、光盘机等。（cpu=控制器+运算器主板=I/O总线，输入输出系统存储器=内存+硬盘I/O设备：键盘,鼠标，扫描仪，显示器等等。

软件主要分为两大部分：

1. 系统软件：系统软件是指控制和协调计算机及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统， 是无需用户干预的各种程序的集合，主要功能是调度，监控和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。系统软件使得计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。（如Windows、Linux、Dos、Unix等操作系统都属于系统软件。）

2. 应用软件：应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，供多用户使用。计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的那部分软件。 它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。（如Word、Excel、QQ等都属于应用软件）

如图所示：

计算机的功能：

1、数值计算
2、数据处理
3、 自动控制
4、 辅助设计
5、 辅助教学
6、 人工智能
7、 娱乐活动

内核的功能及作用：

内核概述

内核指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。内核是一个操作系统的核心，是操作系统最基本的部分。它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统等，决定着系统的性能和稳定性。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简洁，统一的接口，使程序设计更为简单。 一个内核不是一套完整的操作系统。比如一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统，或是GNU/Linux。

内核作用

1、进程管理：内核负责创建和销毁进程, 并处理它们与外部世界的联系(输入和输出)，不同进程间通讯(通过信号，管道，或者进程间通讯原语)对整个系统功能来说是基本的，也由内核处理。 另外， 调度器， 控制进程如何共享CPU，是进程管理的一部分。更通常地，内核的进程管理活动实现了多个进程在一个单个或者几个CPU 之上的抽象。

2、内存管理：计算机的内存是主要的资源， 处理它所用的策略对系统性能是至关重要的。内核为所有进程的每一个都在有限的可用资源上建立了一个虚拟地址空间。内核的不同部分与内存管理子系统通过一套函数调用交互，从简单的malloc/free对到更多更复杂的功能。

3、文件管理：Linux 在很大程度上基于文件系统的概念;几乎Linux中的任何东西都可看作一个文件。内核在非结构化的硬件之上建立了一个结构化的文件系统，结果是文件的抽象非常多地在整个系统中应用。另外，Linux 支持多个文件系统类型，就是说，物理介质上不同的数据组织方式。例如，磁盘可被格式化成标准Linux的ext3文件系统，普遍使用的FAT文件系统，或者其他几个文件系统。

4、驱动管理：几乎每个系统操作终都映射到一个物理设备上，除了处理器，内存和非常少的别的实体之外，全部中的任何设备控制操作都由特定于要寻址的设备相关的代码来进行。这些代码称为设备驱动。内核中必须嵌入系统中出现的每个外设的驱动，从硬盘驱动到键盘和磁带驱动器。

5、网络管理：网络必须由操作系统来管理，因为大部分网络操作不是特定于某一个进程： 进入系统的报文是异步事件。报文在某一个进程接手之前必须被收集，识别，分发，系统负责在程序和网络接口之间递送数据报文，它必须根据程序的网络活动来控制程序的执行。另外，所有的路由和地址解析问题都在内核中实现。