现代的ARM Linux开发者往往面对的是一块开发板，一个SOC，什么都看不到，让人往往难以理解电脑究竟是如何构成的……当我们面对“计算机”的时候，一定要时刻记得，你的“计算机”是台遵守存储程序原理的冯诺依曼机器——运算器，控制器（这两样合起来是CPU），存储器，输入设备，输出设备。你所面对的一切SOC也好单板电脑也好，都是高度集成在一起的冯诺依曼机
现代的电脑虽然已经缩小了n多倍，性能强了n多倍，但它们和50年代的IBM机器在结构上是一样的。思考题：试着找出上面和下面照片里的运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备。
要解释什么是文件系统，要先解释什么是“文件”（File），有时“文件系统”也被翻译为“档案系统”。那么这个“文件”或“档案”是什么呢？看图说话：
一摞打孔卡片，就是一个“文件”它可以是一段程序，也可以是一段程序需要使用的数据。
上面的图是一段Fortran Monitor System（monitor可以理解为原始的“操作系统”）的“作业”（job，批处理batch系统的术语，你可以理解为一个可执行的程序），包含起始卡片，程序逻辑，程序数据，结束卡片，其实和今天的可执行文件的结构非常相似。
除了穿孔卡片之外，还有穿孔纸带，你把一张一张卡片头尾相接，就构成了一个（超宽的）纸带。在逻辑上，它就是一个一维数组。
思考题：文件读取进来为什么是byte array？
纸带在70年代还很流行，当年比尔盖茨的BASIC语言解释器，就是存在纸带上的，现在已经成文物了。
纸带时代的遗产到现在还能在C语言里看到，这段代码来自：Read a file as byte array
FILE *fileptr;
char *buffer;
long filelen;
fileptr = fopen("myfile.txt", "rb"); // Open the file in binary mode
fseek(fileptr, 0, SEEK_END); // Jump to the end of the file
filelen = ftell(fileptr); // Get the current byte offset in the file
rewind(fileptr); // Jump back to the beginning of the file
buffer = (char *)malloc((filelen+1)*sizeof(char)); // Enough memory for file + \0
fread(buffer, filelen, 1, fileptr); // Read in the entire file
fclose(fileptr); // Close the file
fseek：快进，ftell：当前纸带的位置，rewind：倒带，filelen：纸带的长度，你看到文件操作的代码，想着打孔纸带卷来卷去，就形象了。磁带的原理和纸带类似，但是用磁信号代替了物理打孔，记录密度更高也更容耐用，还可以重新磁化擦除改写。
不过纸带也好磁带也好受制于物理结构都只能线性读写，不能随机读写，如果你生活在1950年代，你会想到什么？对了！黑胶唱机！
不对，是这个
此处该有音乐！Daft Punk: Random Access Memories
IBM 350“统计控制随机存取法”（Random Access Method of Accounting and Control）使用了50张磁性“唱片”和机械手臂控制的“唱针”（磁头）
后来，人们为了纪念IBM 350对计算机工业的巨大启发，为它树立了巨大的纪念性建筑——Oracle总部
思考题：数据库图标的圆柱是什么？
上面的IBM 350有5MB，磁盘在当时属于容量很大的存储器，能够存储许多许多穿孔卡片和纸带的数据了，因此就必须对磁盘进行索引，1964年的文件 Disc File Applications: Reports Presented at the Nation's First Disc File Symposium 《磁盘文件应用：递交给第一届磁盘文件研讨会的报告》展示了1960年代主要的若干电脑系统对磁盘的使用。
http://www.bitsavers.org/pdf/informatics/Disc_File_Applications_1964.pdf
其中的插图展示了硬盘“格式化”的概念，将磁盘划分为若干较小的块，方便检索和操作。
看图说话：磁盘分区软件的“柱面”是什么？
Bryant 4000是一款容量和体积都非常巨大的硬盘，直径1米的大圆盘以1200转每分的速度运行，充满了机械美学。
http://s3data.computerhistory.org/brochures/bryant.model2.1965.102646212.pdf
文件系统解决的问题，就是如何在磁盘上定位和索引文件的问题——怎么在大转盘里找到自己想要的那卷纸带，像这样。
早期的文件系统是扁平的，没有文件层次（hierarchy）的概念，Linux的前身Unix的前身Multics——爸爸的爸爸叫爷爷，总之，Linux的“爷爷”在1965年的时候成为第一个有文件层次的系统。当年的论文我们还能看到。
A General-Purpose File System For Secondary Storage
设计文件层次系统所要解决的问题，是多程序（multiprogramming）环境下的次要（Secondary）在线存储器的可用问题（主要存储器用来加载系统，不放用户程序和数据），利用树状文件系统和权限管理，可以实现程序和用户一定程度上的隔离，提升分时系统的可用性，其中CHANGEDIRECTORY命令的简写cd命令直到今天仍然是几乎所有命令行系统中都最为常用的命令之一。
CHANGEDIRECTORY PATHNAME
1970年代，Linux的“爸爸”Unix设计的时候，人们对电脑的应用更加丰富，许多新的需求被提出来，比如
- 如何让不同的程序交流数据？
- 如何让程序方便的操作不同外设？
- 如何利用脚本实现复杂的工作流程？
这些需求带来了Unix系统最为重要的特征——统一的文件系统和管道，Unix的文件包括三类：
- 普通的文件
- 目录
- 特殊文件——输入输出设备
此外Unix还设计了三个独特的文件系统机制
- 可移动的文件系统
- 10bit权限保护系统
- 统一的输入输出调用
为什么要设计可移动（挂载）的文件系统，因为我们有移动硬盘了呀，decpack了解一下，把磁盘挂载到电脑上有几个步骤？把硬盘放进洗衣机（驱动器）里，关上洗衣机门，开动洗衣机，然后mount，就可以用了。反之停掉“洗衣机”之前，要umount（unmount，卸载），才能保证没有程序占用硬盘。
思考题：图中的妹子在干什么？
1978年发表的《The UNIX Time-Sharing System》一文，介绍的就是Unix运行在上面图中同款的PDP-11电脑上的情况，也介绍了Unix文件系统的设计需求和基本概念
https://archive.org/details/bstj57-6-1905
Unix提供了统一的设备文件，抹平了不同类型的输入输出设备的差异，你可以把一个文件输出到串口，也可以把它输出到打印机，还可以把它存储到硬盘或者磁带上，而程序可以完全不用改，只要重定向输出设备就好，简直太方便了有木有，这些特性一直沿用到今天。
Device file - Wikipedia
Linux在设计时就是为了尽可能和Unix兼容，所以保留了几乎全部的Unix特性，虽然基于NAND的闪存开始在很多领域取代硬盘，巨大的CPU也被微处理器广泛替代，但对于Linux软件来说，它们面对的API仍然是一部抽象了的PDP小型机。
RAM disk出现的比较晚，1980年出现在运行在CP/M的微机上，之后也出现在DOS上，用软件机制模拟了一张磁盘来提供高速的临时存储空间，数据确实不是持久的，它的作用一般只是用来放临时数据，减少低速磁盘的读写次数，提高软件运行速度。