计算机操作系统01

1、计算机操作系统,第一章 绪论,本章主要内容,1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的历史 1.3 操作系统的基本类型 1.4 操作系统的特性和功能 1.5 计算机硬件简介,学习要点,操作系统的定义和功能 操作系统的基本类型及其特点 多道程序设计技术,1.1操作系统概念,1.1.1计算机系统的组成 1.1.2研究操作系统的几种观点 1.1.3操作系统的定义,1.1.1计算机系统的组成,计算机系统的组成：计算机硬件和计算机软件。 计算机硬件：通常是由中央处理机CPU（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。 计算机软件：包括系统软件和应用软件。,计算机系统的层次结构图,经过操作系统把裸机改造成为功能更强、使用更为方便的机器，通常称之为虚拟机。,1.1.2研究操作系统的几种观点,从系统管理人员的观点来； 从用户的观点来； 从进程管理的观点。,1.1.3操作系统的定义,操作系统是计算机系统软件中的重要组成部分，它管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而建立起计算机与其用户之间

2、的接口。,定义中的要点,系统软件 管理系统资源 组织工作流程 提供用户界面,1.2 操作系统的历史,1.2.1手工操作阶段 1.2.2早期批处理阶段 1.2.3多道程序系统 1.2.4分时操作系统 1.2.5实时操作系统 1.2.6通用操作系统,操作系统的发展历史,1.2.1手工操作阶段,系统结构: (电子管) 操作过程: 将程序穿孔到卡片或纸带; 由引导程序将卡片或纸带读入内存储器; 程序员用控制台开关来调试和控制程序运行; 程序运行结束取走结果;,操作系统的发展历史,手工操作阶段,特点: 串行工作方式; 资源独占; 全手工控制; 缺点: 资源利用率低下; 手工控制麻烦、容易出错;,操作时间与运行时间的关系,把计算机完成用户算题任务所需进行的各项工作称为一道作业,操作系统的发展历史,1.2.2早期批处理阶段,联机批处理系统 系统结构: 系统带:编译程序、装配程序、监督程序 目标带:编译后的目标程序、装配形成的可执行文件,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,联机批处理系统 系统流程(监督程序处理流程):,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,联机批处理系统 缺点 作业成批处理,造成短作业

3、等待时间过长; 主机和外设串行工作,资源利用率低下;,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,脱机批处理系统 系统结构:,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,脱机批处理系统 缺点: 增加一台卫星机,价格昂贵; 磁带人工搬运,费时又易出错; 作业周转时间太长;,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,执行系统阶段 通道: 特点:它一旦被启动就能独立于CPU运行，这样可使CPU和通道并行操作，也即CPU和多种输入输出设备能并行操作。,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,中断: 定义:中断是指当主机接到外部信号(如输入输出设备完成信号)时，马上停止原来工作，转去处理这一外部信号对应事件，处理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。,操作系统的发展历史,早期批处理阶段,系统结构: 执行系统的功能: 作业的自动调度 输入输出控制 中断处理,操作系统的发展历史,1.2.3多道程序系统,多道程序系统(单CPU)的特点: 多道 宏观上并行 微观上串行,操作系统的发展历史,多道程序系统,多道程序系统的功能 处理机管理 内存管理 I/O设备管理 文件管理,操作系统的发展历史,多道程序系统,优点 提高CPU的利用率。

4、提高内存和I/O设备利用率。 增加系统吞吐量。,单道和多道程序运行情况,示例,操作系统的发展历史,多道程序系统,缺点: 平均周转时间长。 无交互能力。,操作系统的发展历史,1.2.4分时操作系统,分时技术 所谓分时技术，就是把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一作业使用，等待下一轮时再继续其运行。,分时技术,由于计算机速度很快，作业运行轮转得很快，给每个用户的印象是好像他独占了一台计算机。 每个用户可以通过自己终端向系统发出各种操作控制命令，完成作业的运行。 多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。,操作系统的发展历史,1.2.5实时操作系统,所谓“实时”，是表示“及时”，实时系统(Real-Time System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。 能实现: 实时控制 实时信息处理,操作系统的发展历史,通用操作系统可同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，或其中

5、两种以上的功能。,1.2.6通用操作系统,操作系统的发展历史,通用操作系统,经典通用操作系统: UNIX操作系统是一个通用的多用户分时交互型的操作系统。目前广泛使用的各种工作站级的操作系统如SUN公司的Solaris，IBM公司的AIX等都是基于UNIX的操作系统。Windows系列操作系统，其主要原理也是基于UNIX系统。linux系统也是从UNIX演变而成的。,操作系统发展的动力,提高计算机资源利用率 硬件的不断更新换代 方便用户,操作系统的发展历史,1.3操作系统的基本类型,1.3.1批处理操作系统 1.3.2分时操作系统 1.3.3实时操作系统 1.3.4个人计算机操作系统 1.3.5网络操作系统 1.3.6分布式操作系统,操作系统的基本类型,1.3.1批处理操作系统,现代操作系统大都具有批处理功能。图中给出了批处理系统中作业处理步骤及状态。 批处理系统中作业处理及状态,操作系统的基本类型,批处理操作系统,主要特征： 用户脱机使用计算机。 成批处理。 多道程序运行。,操作系统的基本类型,批处理操作系统,优点:提高了系统资源的利用率和作业吞吐量。 缺点:失去了控制能力；作业周转时

6、间长，用户使用不方便。,操作系统的基本类型,批处理操作系统,多道程序系统和多重处理系统的区别: 多重处理系统配制多个CPU，因而能真正同时执行多道程序。 多道程序设计原则不一定要求有多重处理系统的支持。 多重处理系统比起单处理系统来说，虽增加了硬件设施，却换来了提高系统吞吐量、可靠性、计算能力和并行处理能力等好处。,操作系统的基本类型,1.3.2分时系统,分时系统一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端用户服务。对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。 分时操作系统是一个联机的多用户交互式的操作系统。UNIX是最流行的一种多用户分时操作系统。,操作系统的基本类型,分时系统,主要特征： 交互性 多用户同时性 独立性,操作系统的基本类型,1.3.3实时系统,实时系统主要随着计算机应用于实时控制和实时信息处理领域中而发展起来。 主要特征: 提供即时响应和高可靠性。,实时系统,设计实时操作系统要考虑这样一些因素： 实时时钟管理。 连续的人-机对话 要求采取过载保护措施。 高度可靠性和安全性需采取冗余措施。,操作系统的基本类型,1.3.4个人计算机上的操作系统,要求有一个具

7、有高速数据处理能力的实时多任务操作系统。 目前在个人计算机上使用的操作系统以Windows系列和Linux系统为主。,操作系统的基本类型,1.3.5网络操作系统,计算机网络 网络操作系统,操作系统的基本类型,1.3.6分布式操作系统,分布系统 通过通信网络将物理上分布的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来，实现信息交换和资源共享，协作完成任务。 分布式操作系统与网络操作系统的区别。,操作系统的基本类型,1.4操作系统的特性和功能,操作系统的特性 操作系统的功能,1.4.1操作系统的特性：,并发 共享 不确定,1.4.2操作系统的功能,从资源管理和用户接口的观点出发, 操作系统有如下五个基本功能:1.处理机管理 2.存储管理3.设备管理4.文件管理5.用户接口,1. 处理机管理,在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，就要解决对处理机分配调度策略、分配实施和资源回收等问题。这就是处理机管理功能。,操作系统的功能,2.存储管理,存储管理的主要工作是对内部存储器进行分配、保护和扩充。 内存分配。 存储保护。 内存扩充。,操作系统的功能,3.设备管理,实现通道、控制器、输

8、入输出设备的分配和管理。 设备管理应为用户提供一个良好的界面，而不必去涉及具体的设备特性，以使用户能方便、灵活地使用这些设备。,操作系统的功能,4.文件管理(信息管理),文件管理实现系统的软件资源的管理。 文件管理实现信息的共享、保密和保护。,操作系统的功能,5.用户接口(两种),程序接口 命令接口,操作系统的功能,用户接口,操作系统的功能,1.5计算机硬件,构成计算机的基本硬件元素有：处理器、存储器、输入输出控制器与总线、外部设备等。,计算机硬件,计算机的基本硬件元素,几种主要寄存器,寄存器按功能分为二类: (1)用户可编程的寄存器 (2)控制与状态寄存器,计算机硬件,存储器,存储器件包括：可移动存储介质，例如光盘、磁盘和磁带等；硬盘，磁盘缓存内存，高速缓存以及寄存器等。 一般来说，容量越大的存储介质，访问速度会越慢，但单位存储的成本越低。反过来说，如果存储介质的访问速度越高，则它的成本也会越高。,计算机硬件,计算机硬件,存储介质的访问速度,存储器,具有中断功能的处理机,指令的执行过程: 无中断的指令执行过程,计算机硬件,具有中断功能的处理机,具有中断处理的指令执行过程,计算机硬件,

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