计算机与操作系统知识要点解析

在计算机技术不断发展的今天，深入了解计算机组成、操作系统相关知识，对我们更好地使用和探索计算机世界有着重要意义。接下来，就让我们一同深入探讨这些知识要点，这也是对鸟哥的私房菜课后题回答的整理。

一、计算机概论基础

1. 计算机组成的五大单元

计算机组成的五大单元分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器负责算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥中心，控制各部件协调工作；存储器用于存储数据和程序；输入设备将外部信息转换为计算机能接受的形式；输出设备则把计算机处理的结果以人们能识别的形式输出。

2. CPU 主要包含的单元

CPU 主要包含运算器和控制器这两个单元。运算器执行具体的运算操作，控制器则根据指令的要求，协调和控制计算机各部件的工作，二者协同工作，使得 CPU 能够高效地处理各种任务。

3. I/O bound 与 CPU bound

I/O bound 指的是输入 / 输出受限，意味着在这种情况下，计算机系统的性能瓶颈在于输入 / 输出设备，即输入输出设备部分比较忙碌。例如，当程序需要频繁地从硬盘读取大量数据或向硬盘写入大量数据时，硬盘的读写速度较慢，导致整个系统的运行速度受到限制，此时系统处于 I/O bound 状态。

CPU bound 则是指 CPU 受限，表明系统的性能瓶颈在于 CPU，即 CPU 单元比较忙碌。比如在进行复杂的科学计算、图形渲染等任务时，CPU 需要进行大量的计算工作，若 CPU 性能不足，就会使任务处理速度缓慢，系统处于 CPU bound 状态。

4. 物品、汇流排相关速度

DDR5 5600：DDR5 5600 的数据传输速率为 5600 MT/s（Mega Transfers per second，每秒百万次传输）。由于每个传输周期传输 2 字节数据（DDR 技术的特性），其理论频宽的传输速度为 5600×2÷8 = 14000 Mbytes/s。
SSD SATA 3：SATA 3 的理论最大传输速率为 6 Gbps（Gigabits per second，每秒吉比特），换算成 Mbytes/s 为 6×1024÷8 = 768 Mbytes/s。不过，实际的 SSD SATA 3 硬盘受多种因素影响，其实际传输速度会低于这个理论值。
使用 4x PCE - E 4.0 的 NVMe M2 固态硬盘：PCIe 4.0 每个通道的带宽为 16 Gbps，4 个通道则为 4×16 = 64 Gbps，换算成 Mbytes/s 为 64×1024÷8 = 8192 Mbytes/s 。
USB4：USB4 的理论带宽最高可达 40 Gbps，换算成 Mbytes/s 为 40×1024÷8 = 5120 Mbytes/s 。

5. 提升传统网络服务器效能的方法

对于一般传统网络服务器，大多是 I/O bound。为了让此服务器效能较好：

(a) 加大元件：加大内存。更大的内存可以缓存更多的数据，减少对磁盘 I/O 的依赖，提高数据的读取和写入速度。
(b) 加快元件：加快硬盘读写速度，例如使用性能更好的 SSD 硬盘替换传统的机械硬盘，或者采用磁盘阵列技术提高存储系统的 I/O 性能。

6. 消费性市场常用的 CPU 类型

(a) 台式电脑：台式电脑常用的 CPU 类型主要是 Intel 的 x86 架构 CPU 和 AMD 的 x86 架构 CPU。这两种 CPU 在性能和性价比方面各有优势，广泛应用于台式电脑领域。
(b) 手机：手机常用的 CPU 主要是基于 ARM 架构的 CPU。ARM 架构具有低功耗、高性能的特点，非常适合移动设备的使用场景，像高通骁龙系列、联发科天玑系列、苹果的 A 系列等手机 CPU 都采用 ARM 架构。

二、Unix 基础

1. Oracle Solaris、GNOME、POSIX、SPARC 工作站所属层次

Oracle Solaris：是一种操作系统，属于系统软件层，它基于 Unix 技术开发，提供了强大的系统管理、网络服务和应用程序支持功能。
GNOME：是一个桌面环境，属于应用层软件。它为用户提供了图形化的操作界面，方便用户与操作系统进行交互，包含了各种应用程序和工具。
POSIX：是一种标准，不属于具体的软件或硬件层，它定义了操作系统的接口标准，旨在实现不同操作系统之间的兼容性和可移植性。
SPARC 工作站：属于硬件层，是一种基于 SPARC 架构的计算机硬件设备，可以运行 Unix 等操作系统。

2. 编写第一版 Unix 操作系统的黑客

贝尔实验室的肯・汤普逊（Ken Thompson）和丹尼斯・里奇（Dennis Ritchie）用 C 编写了第一版的 Unix 操作系统。他们的这一成果对计算机操作系统的发展产生了深远的影响，C 语言和 Unix 操作系统的结合也为后来众多软件和操作系统的开发奠定了基础。

3. 支持 x86 个人电脑的 Unix 版本

从 Unix System V 版本开始，Unix 终于可以支持 x86 个人电脑。这使得 Unix 操作系统能够在更广泛的硬件平台上运行，扩大了其应用范围。

4. “自由软件之父” 及 “自由软件” 授权名称

理查德・斯托曼（Richard Stallman）是 “自由软件之父”。“自由软件” 对应的授权名称是 GNU 通用公共许可证（GNU General Public License，GPL）。GPL 许可证规定了自由软件的使用、修改和分发的规则，保障了用户自由使用、修改和分享软件的权利。

5. 纯种的 UNIX 系统

我们开玩笑说的纯种的 UNIX 系统，指的是 Solaris 和 AIX 这两个操作系统。它们在 Unix 系统家族中具有较高的专业性和稳定性，广泛应用于企业级服务器和大型系统中。

三、Linux 基础

1. Linux 参考的 Unix - like 系统

Linus Torvalds 是参考 Minix 这个 Unix - like 的系统而撰写 Linux 的。Minix 是一个用于教学目的的小型操作系统，Torvalds 在其基础上，结合自己的想法和需求，开发出了具有强大功能和高度可定制性的 Linux 操作系统。

2. 三种以上的开源授权

GNU 通用公共许可证（GPL）：如前面提到的，它保障了用户自由使用、修改和分享软件的权利，并且要求基于 GPL 许可证的软件在分发时也必须使用 GPL 许可证。
MIT 许可证：相对宽松，允许他人自由使用、修改和分发软件，只需在软件的副本中包含原版权声明和许可声明即可。
Apache 许可证：同样较为宽松，允许商业使用、修改和分发，并且对专利授权等方面有明确的规定，保障了软件开发者和使用者的权益。

3. Linux 发行版包含的四个元件

Linux 发行版大概包括 Linux 内核、系统库、系统工具和桌面环境这四个元件。Linux 内核是操作系统的核心，负责管理硬件资源、提供进程管理、内存管理等功能；系统库提供了各种函数和工具，供应用程序调用；系统工具用于系统的安装、配置、维护等操作；桌面环境则为用户提供了图形化的操作界面。

4. Raspbian 基于的 Linux 发行版

Raspberry Pi 的主要操作系统名称为 Raspbian，这个操作系统是基于 Debian Linux distribution 改版而来。Debian 以其稳定性和丰富的软件包资源而闻名，Raspbian 在继承 Debian 优点的基础上，针对 Raspberry Pi 的硬件特点进行了优化和适配。

四、RockyLinux 9 的基本操作

1. 查询目录下文件的指令

除了使用图形界面的文件管理器之外，若要查询 /home/student 底下有哪些文件（列出目录下文件名），在终端机可以使用 ls /home/student 指令。即使不在 student 的家目录底下，通过指定完整路径也能实现文件列表的查询。

2. 列出所有隐藏文件的指令及参数

想要列出所有隐藏文件的文件名时，可以使用 ls -a /home/student 命令。其中，-a 选项表示列出所有文件，包括以点（.）开头的隐藏文件。

3. 进入不同终端界面的组合按键

在默认情况，可以使用 Ctrl + Alt + F[数字] 组合按键来进入不同的终端界面（TTY）。例如，要进入 tty4 ，则使用 Ctrl + Alt + F4 组合按键。

4. 终端机提示字符中 $ 与 #的含义

终端机的提示字符中，最后一个字符是 $ 代表普通用户身份登录；而 #则代表 root 用户（超级用户）身份登录。root 用户具有最高的系统权限，可以对系统进行各种配置和管理操作。

5. ~ 符号的意义及 student 与 root 的～位置

终端机的提示字符内，『~』符号代表用户的家目录。对于 student 用户来说，其～目录在 /home/student；而对于 root 用户，其～目录在 /root 。

6. 查询历史命令的指令

想要查询自己输入的历史命令，可以使用 history 指令。该指令会列出用户在当前会话中输入过的所有命令，方便用户查看和重复使用之前的命令。

7. clear 指令的效果

在终端机界面中输入『clear』会清除当前终端屏幕上显示的内容，使终端界面看起来更加整洁，方便用户继续输入新的命令和查看输出结果。

8. 查询当前在线登录者的指令

在终端机查询当前在线登录者，可以使用 who 指令。该指令会显示当前登录系统的所有用户的用户名、登录终端、登录时间等信息。

9. 离开终端机的指令或组合按键

登录获取终端机后，要离开终端机可以使用 exit 指令，或者使用 Ctrl + D 组合按键。

10. 关机 Linux 的命令

在终端机中想要关机 Linux 时，可以用 root 身份执行 shutdown -h now 命令，该命令会立即关闭系统；也可以使用 poweroff 命令，同样能实现关机操作。如果是网络端远程操作，则会提示没有权限无法关机。