操作系统第1章(New).

计算机操作系统主讲教师：刘咏梅白翔宇斯勤夫内蒙古大学计算机学院计算机操作系统参考书：1、《计算机操作系统》（汤子瀛著）西安电子科技大学2、《现代操作系统》（陈向群译）机械工业出版社3、《操作系统精髓与设计原理》（WilliamStallings著）清华大学出版社4、《实用操作系统概念》（AbrahamSilberschatz著）高等教育出版社5、《操作系统原理教程》（孟静著）清华大学出版社第一章操作系统引论1.1什么是操作系统1.2操作系统的发展1.3操作系统的特征和功能1.4操作系统的结构1.1什么是操作系统一、计算机系统组成中央处理机（CPU）硬件内存I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）外部设备存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）其它设备（MODEM、通信口）系统软件（操作系统、Turbo-C、数据库管理系统）软件应用软件（CAD、游戏、用户自己开发的系统等）一个现代计算机系统CPU磁盘驱动器打印机驱动器磁带驱动器存储器驱动器磁盘磁盘打印机磁带存储器系统总线1.1什么是操作系统二、操作系统在计算机系统中的地位应用软件其它系统软件操作系统计算机硬件（裸机）操作系统的地位：配置在硬件之上的第一层软件；对硬件功能的第一次扩充。1.1什么是操作系统应用软件其它系统软件操作系统计算机硬件（裸机）普通用户操作系统开发人员三、用户使用操作系统的途径1.1什么是操作系统1.方便性：使计算机系统更容易使用。2.有效性：提高计算机系统的资源利用率；提高系统的吞吐量。3.可扩充性：允许改进老的功能及增加新的功能。四、设置操作系统的目标1.1什么是操作系统五、操作系统的作用作用1(服务):操作系统是用户与计算机硬件系统之间的接口。操作系统为用户和程序员提供的服务：1.负责程序的创建、启动、执行和结束处理。2.访问I/O设备。3.控制文件存取。4.通信。5.差错检测。接口类型：1.命令接口：例如DOS命令。2.程序接口：即系统调用，例如编程中使用的read命令。3.图形接口：例如WINDOWS图标。1.1什么是操作系统包括：1.CPU管理；2.存储器管理；3.I/O设备管理；4.文件管理。五、操作系统的作用作用2(管理)：操作系统是计算机系统的资源管理者，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。1.1什么是操作系统五、操作系统的作用作用3(虚拟机)：操作系统隐蔽硬件特性，为用户提供了一台等价的扩充机器（虚拟机）。虚拟机：覆盖了软件、功能变得更加强大的机器。例：只能做加法的机器（+）2+325先转成2+2+2+2+2实现乘法的软件（+和）1.1什么是操作系统一是自顶向下、从用户的角度看；（作用1、3）一是自底向上、从硬件的角度看。（作用2）面对用户、面对机器1.1什么是操作系统操作系统定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。1.2操作系统的发展发展原因：内因：受计算机硬件发展的驱动。外因：受计算机应用的刺激。与计算机系统发展同步1.2操作系统的发展一、无操作系统时的计算机系统工作过程：用户1：纸带纸带输入机计算机纸带输出机纸带用户2：………工作方式：•编程语言：机器语言。•输入输出：纸带或卡片。•用户：既是程序员，又是操作员；是计算机专业人员。1.2操作系统的发展一、无操作系统时的计算机系统特点：1.用户独占全机：不出现资源被其他用户占用的情况，资源利用率低；2.CPU等待用户：计算前后，手工装卸纸带或卡片；CPU利用率低。造成：1、人机矛盾；2、CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾。----CPU浪费严重!!!解决专门的操作员；批处理。1.2操作系统的发展二、单道批处理系统（SimpleBatchSystem）工作过程：程序员将各自的作业提交给系统操作员，系统操作员采用脱机输入方式将多个作业组织成一批，输入磁带。在系统中配置有监督程序，它从磁带上读入第一个作业并运行，其输出写到另一个磁带；每个作业结束后，监督程序自动从磁带上读入下一个作业并运行。当这批作业全部结束后，系统操作员再采用脱机输出技术将保存在磁带上的结果打印，交给相应的程序员。提交的作业包括：用户程序、数据和作业说明书（作业控制语言）关键脱机输入输出技术监督程序：现代操作系统的前身，常驻内存job1job2job3job4主机监督程序输入设备外围机磁盘磁盘输出设备程序员操作员外围机job1job2job3job4job1job2job3job41.2操作系统的发展二、单道批处理系统（SimpleBatchSystem）工作方式：•编程语言：汇编语言、FORTRAN语言。•输入输出：磁带。•用户：第一次在程序员、操作员和维护员之间有了明确的分工。进步之处：减少了CPU的空闲时间、提高了I/O速度，从而提高了CPU的利用率。不足之处：I/O速度仍显慢，使CPU许多时间空闲；无交互能力。1.2操作系统的发展三、多道批处理系统（MultiprogrammingBatchSystem）与单道批处理系统的区别：•输入输出：磁盘，spooling技术（联机）。•操作系统：使用多道程序技术处理作业。优点：1.资源利用率高；2.系统吞吐量大。缺点：1.平均周转时间长；2.无交互能力1.2操作系统的发展多道程序技术：多道：计算机内存中同时存放几个用户作业；宏观上并行运行：内存中的几个作业都处于运行状态，但都未运行完；微观上串行运行：内存中的各作业交替使用CPU；可共享计算机系统中的各种软、硬件资源。•例：作业A和B在单道和多道系统下的运行对比。job1job2job3job4主机监督程序单道系统job1job2job3job4主机监督程序多道系统job1job1job2job2job3job3job4job4job1job3job3job2job4job1job4job2t1t2t3t4t5t6t7t8t9时间输入机CPU打印机磁带机时间输入机CPU打印机磁带机BAAAAAABBAAAAABBB单道多道1.2操作系统的发展四、分时系统（Time-sharingSystem）工作方式：一台计算机连接多个用户终端，允许多个用户共享计算机中的资源，每个用户可通过各自的终端以交互方式使用计算机。分类：1.单道分时系统2.具有“前台”和“后台”的分时系统3.多道分时系统1.2操作系统的发展四、分时系统（Time-sharingSystem）特点：1.多路性2.独立性3.及时性4.交互性1.2操作系统的发展五、实时系统（Real-timeSystem）实时系统：系统能及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。分类：1.实时控制：例如飞机自动驾驶系统、工业控制等2.实时信息处理：例如图书管理系统、民航售票系统等特点：1.多路性2.独立性3.及时性4.交互性5.可靠性1.2操作系统的发展六、微机操作系统应用领域：事务处理，个人娱乐；系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备（多媒体设备、网络、远程通信）、效率不必很高。常用的个人计算机操作系统：1.单用户单任务：CP/M、MS-DOS2.单用户多任务：OS/2、MSWindows3.多用户多任务：UNIX1.2操作系统的发展七、网络操作系统（NetworkOperatingSystem）计算机网络：一些自主的计算机系统，通过通信设施相互连接，完成信息交换、资源共享、互操作和协同工作等功能。计算机网络类型：1.按网络拓扑：星形、树形、总线形、环形、网状形；2.按地理范围：局域网、广域网；1.2操作系统的发展七、网络操作系统（NetworkOperatingSystem）网络OS：根据已有标准开发出的、具有支持网络资源通信、共享和管理等功能的软件模块和原有网络计算机系统中操作系统的合称。网络OS功能：1.通常操作系统的功能2.网络通信功能3.网络资源管理4.网络服务5.网络管理6.互操作能力1.2操作系统的发展八、分布式操作系统（DistributedSystem）分布式系统：指由多个分散的处理单元，经互连网络的连接而形成的系统。它的基本特征是处理上的分布，即资源、功能、任务和控制的分布。分布式操作系统：所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。1.2操作系统的发展分布式OS与网络OS的比较分布式OS网络OS分布性处理分布、控制分布处理分布、控制集中并行性有任务分配功能，任务可并行执行无任务分配功能透明性网络资源调度对用户透明网络资源的使用由用户直接指定共享性所有资源可供系统中所有用户共享可共享资源大多设置在服务器上健壮性强弱1.2操作系统的发展（小结）第一代第二代第三代第四代1945--19551955--19651965--19801980—至今电子管晶体管集成电路超大规模集成电路无操作系统；无程序设计语言；采用手工操作方式单道批处理系统；FORTRAN、汇编语言；多道批处理系统；分时系统；实时系统；多道程序设计技术；spooling技术；中断、通道、DMA、虚存、设备独立性；微机操作系统；网络操作系统；分布式操作系统；Knottyingisoneoftheoldestskillsknowntoman.Manythousandsofdifferentknotsexist;thesearesomeofthemostcommon.CommonKnots早期的计算工具--------计算尺BlaisePascal（布里斯.帕斯卡）制造的世界上第一台机械计算机Pascal'sCalculatorIn1642,BlaisePascaldevelopedamechanicalcalculatortospeedarithmeticcalculationsforhisfather,ataxofficial.Numbersaredialedinonthemetalwheelsonthefrontofthecalculator.Thesolutionsappearinthelittlewindowsalongthetop.Pascal’sCalculator世界上第一台差分机械计算机的发明人查尔斯.巴贝奇InventoroftheDifferenceEngine,BritishmathematicianCharlesBabbageiscreditedwithconceivingthefirsttruecomputer.Withthehelpofhispartner,AugustaAdaByron,BabbagealsocreatedadesignfortheAnalyticalEngine,anothermachineremarkablylikethemoderncomputer,evenincludingamemory.Unfortunately,therewasnowaytobuildthemachinewith19th-centurytechnology.CharlesBabbageCharlesBabbage（查尔斯.巴贝奇）发明的世界上第一台差分机械计算机Consideredbymanytobeadirectforerunnerofthemoderncomputer,theDifferenceEnginewasabletocomputemathematicaltables.Thiswoodcutshowsasmallportionoftheingeniousmachine,whichwasdesignedbyCharlesBabbageinthe1820s.Althoughthedevicedidnothaveamemory,Babbage¡¦slaterideafortheAnalyticalEnginewouldhavebeenatrue,programmablecomputerifth