操作系統(tǒng)引論1

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1、第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.計算機系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)(裸機):CPU、存儲器(主存、輔存)、I/O、I/O控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng):系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件:管理計算機本身的操作。如操作系統(tǒng)、編譯….應(yīng)用軟件:提供給用戶進行解題。如,科學(xué)計算、事物管理2.計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖1.1計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)3.操作系統(tǒng)的目標(biāo)目前存在著多種類型的OS,不同類型的OS,其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計算機硬件上配置的OS,其

2、目標(biāo)有以下幾點:1.方便性2.有效性3.可擴充性4.開放性4.操作系統(tǒng)的地位計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成操作系統(tǒng)在硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件是其他軟件和硬件之間的接口操作系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)用軟件設(shè)計者應(yīng)用軟件設(shè)計者5.操作系統(tǒng)的作用OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者OS用作擴充機器6.推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力不斷提高計算機資源利用率方便用戶器件的不斷更新?lián)Q代計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)1.人工操作方式從第一臺計算機誕生(1945年)到50年代中期的計算機,屬于第一代,這時還未出現(xiàn)OS

3、。計算機操作是由用戶采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng),即由程序員將事先已穿孔(對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(或卡片輸入機),再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機,然后啟動計算機運行。當(dāng)程序運行完畢并取走計算結(jié)果后,才讓下一個用戶上機。2.人工操作方式的特點特點:用戶獨占全機CPU等待人工操作獨占性串行性缺點:計算機的有效機時嚴(yán)重浪費效率低3.脫機輸入/輸出方式在采用脫機輸入輸出方式時,程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在外圍計算機的控制下完成的,即它們是脫離主機進行的,故稱之為脫機輸入輸出操作。脫機I/O方式的主要優(yōu)點如下:(1)減少了CPU的空

4、閑時間。(2)提高I/O速度。圖1-2脫機I/O示意圖脫機輸入技術(shù)為解決低速輸入設(shè)備與CPU速度不匹配的問題,可將用戶程序和數(shù)據(jù),在一臺外圍計算機的控制下,預(yù)先從低速輸入設(shè)備輸入到磁帶上,當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時,再直接從磁帶機高速輸入到內(nèi)存,從而大大加快了程序的輸入過程,減少了CPU等待輸入的時間。脫機輸出技術(shù)當(dāng)程序運行完畢或告一段落,CPU需要輸出時,無須直接把計算結(jié)果送至低速輸出設(shè)備,而是高速地把結(jié)果送到磁帶上,然后再另一臺外圍機地控制下,把磁帶上的計算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出,著就大大加快了程序的輸出過程。1.2.2單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)的處理

5、過程批處理是指計算機系統(tǒng)對一批作業(yè)自動進行處理的一種技術(shù)。單道批處理在內(nèi)存中僅有一道作業(yè)。圖1-3單道批處理系統(tǒng)的處理流程2.單道批處理系統(tǒng)的特征單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS,嚴(yán)格地說,它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。該系統(tǒng)的主要特征如下:(1)自動性(2)順序性(3)單道性1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.多道程序設(shè)計的基本概念在計算機內(nèi)存中同時存放若干道已開始運行尚未結(jié)束的程序,它們交替運行,共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源,從而使處理機得到充分利用。在該系統(tǒng)中,用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個隊列,稱為“后備隊列”;然后,由

6、作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊列中選擇若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存,使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源??ㄆ琁BM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機卡片閱讀機輸出磁帶打印機圖1-4早期批處理系統(tǒng)$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN$JOB,10,429754CherryChen圖1-5典型的FMSJOB結(jié)構(gòu)圖1-6單道和多道程序運行情況2.多道批處理系統(tǒng)的特點多道:多道指某個作業(yè)占用CPU,若由于某種原因暫時不用CPU則系統(tǒng)讓第二個作業(yè)占用CPU成批處理:用戶自己不能干預(yù)自己作業(yè)的運行,一旦發(fā)

7、現(xiàn)作業(yè)錯誤不能及時改正,并延長開發(fā)軟件時間,所以適用于成熟的程序。無序性調(diào)度性3.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點資源利用率高(2)系統(tǒng)吞吐量大(3)可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率(4)平均周轉(zhuǎn)時間長(5)無交互能力。適合大型科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理。4.多道批處理需要解決的問題處理機管理問題。(2)內(nèi)存管理問題。(3)I/O設(shè)備管理問題。(4)文件管理問題。(5)作業(yè)管理問題。1.2.4分時系統(tǒng)1.分時系統(tǒng)(Time-SharingSystem)的產(chǎn)生分時系統(tǒng)是為了滿足用戶需求所形成的一種新型OS。它與多道批處理系統(tǒng)之間,有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個方

8、面:(1)人—機交互(

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