计算机操作系统概述

计算机操作系统概述第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一本章学习目标操作系统的作用操作系统的发展操作系统的特征与功能多道程序设计的概念操作系统的模型返回本章首页第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.1存储程序式计算机模型1.1.1作为扩展机器的操作系统1.1.2作为资源管理的操作系统

返回本章首页第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一储程序式计算机模型储程序式计算机模型的基本方案是，如要使计算机能够自动地计算，必须有一个存储器用来存储程序和数据；同时要有一个运算器，用以执行指定的操作；有一个控制器，以便实现自动操作；另外，辅以输入/输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。于是形成了现代计算机的基本组成形式。如图1.1所示。第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一图1.1存储程序计算机的组成返回本节第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.1.1作为扩展机器的操作系统一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软件虚拟机。返回本节第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.1.2作为资源管理的操作系统

从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。返回本节第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2操作系统的发展历史1.2.1无操作系统的计算机1.2.2单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统1.2.3分时系统1.2.4实时系统1.2.5微机操作系统、网络操作系统与分布式操作系统

返回本章首页第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2.1无操作系统的计算机从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其过程是：

图1.2手工操作计算机返回本节第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2.2单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。首先出现的是联机批处理系统。如下图1.3所示。下一页第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一脱离主机控制的输入/输出批处理系统

在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批处理系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。如图1.4所示。下一页第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一图1.4脱机批处理系统下一页第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统对作业的吞吐量，在60年代中期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程如图1.5和图1.6所示。

下一页第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一下一页第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系统具有以下特征。（1）多道性

（2）无序性

（3）宏观上并行、微观上串行

（4）调度性

返回本节第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2.3分时系统分时技术是把处理机的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各作业使用。如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等待下一轮运行，并把处理机的控制权让给另一个作业使用。这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同的特征，由上所述可以归纳成以下几点：（1）多路性

（2）独立性

（3）及时性

（4）交互性

返回本节第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2.4实时系统1．实时操作系统的分类2．实时操作系统的主要目标第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1．实时操作系统的分类l

实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。

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实时信息处理：通常，我们把要求对信息进行实时处理的系统称为实时信息处理系统。第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一2．实时操作系统的主要目标（1）实时时钟管理。

（2）连续人机对话。（3）过载防护。

（4）高可靠性。

返回本节第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.2.5微机操作系统、网络操作系统与分布式操作系统

微机操作系统到20世纪80年代，随着超大规模集成电路的发展产生了微型计算机，配置在微机上的操作系统称为微机操作系统。最早出现的微机操作系统是8位微机上的CP/M，它是一个单用户单任务操作系统，即只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行。

第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一计算机网络

计算机技术和通讯技术的结合使得微机用户资源共享及相互通信的愿望成为可能，即在一台计算机上可以使用其他机器上的资源或进行通信。这样计算机网络的概念得以产生。一些独立自治的计算机利用通信线路相互连接形成的计算机的集合，称为计算机网络。第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一分布式操作系统

大量的实际应用要求一个一体化的系统，用户希望以统一的界面，标准的接口去使用系统的各种资源，实现所需的各种操作。这就导致了分布式系统的出现。一个分布式系统是若干计算机的集合，它们都有自己的局部存储器和外部设备，但分布式系统是一个一体化的系统，在系统中有一个全局操作系统，即分布式操作系统，它负责整个系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输、控制协调等工作，为用户提供一个统一的界面，标准的接口，用户通过这一界面实现所需的操作和使用系统的资源，但操作和计算是在哪一台计算机上执行或使用哪个计算机的资源则由操作系统自动完成，用户不用知道，即分布或操作系统是透明的。返回本节第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.3操作系统的基本概念

1.3.1操作系统的定义1.3.2操作系统的基本功能1.3.3操作系统的特征

返回本章首页第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.3.1操作系统的定义操作系统是用户和系统的界面，系统内部虽然十分复杂，但这些复杂性由于有操作系统的存在而不显现在用户面前。计算机操作系统向用户提供系统调用，用户通过操作系统提供的命令，简单方便地把自己的意图告诉系统，让操作系统去完成工作。由于操作系统的卓越工作，才能保证系统资源的充分利用，又使用户能方便使用计算机。

返回本节第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.3.2操作系统的基本功能1．存储器管理的功能2．处理机管理的功能3．设备管理的功能4．文件管理的功能下一页第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1．存储器管理的功能l

内存分配l

内存保护l

地址映射l

内存扩充下一页第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一2．处理机管理的功能l

进程控制l

进程同步l

进程通信l

调度下一页第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一3．设备管理的功能缓冲管理设备分配

设备处理设备独立性和虚拟设备下一页第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一4．文件管理的功能文件存储空间的管理目录管理文件的操作

返回本节第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.3.3操作系统的特征

1．并发特征（Concurrence）2．共享特征（Sharing）3．虚拟特征（Virtual）4．不确定性返回本章首页第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.4操作系统的逻辑模型

近年来，大型软件都是采用层次式结构，也就是将一个软件分为若干个逻辑层次。如下图1.7所示，简要地示意了操作系统的分层逻辑结构。用户接口（命令接口、程序接口、图形用户接口）对对象操纵和管理的软件集合（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件）操作系统对象（处理机、存储器、设备、文件）返回本章首页第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1．操作系统的对象2．操作系统对象操纵和管理的软件集合3．用户接口（1）命令接口

（2）程序接口

（3）图形用户接口

第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.5微机操作系统

1.5.1DOS操作系统

1.5.2MS-Windows操作系统1.5.3UNIX操作系统

返回本章首页第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.5.1DOS操作系统1981年IBM公司首次推出了IBM-PC个人计算机，在微机中采用了微软公司开发的MS-DOS操作系统。该操作系统在8位计算机操作系统CP/M的基础上进行了较大的扩充，增加了许多内部和外部命令，使该操作系统具有较强的功能及性能优良的文件系统。随着IBM-PC及其兼容机的普及和畅销，MS-DOS操作系统也就成了事实上的16位微机单用户单任务操作系统的标准。返回本节第三十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.5.2MS-Windows操作系统1990年微软公司推出的Windows3.0以其易学易用、友好的图形用户界面、支持多任务的优点，很快占领了市场。1992年推出的Windows3.1版，提供了386增强模式，提高了运行速度，功能也更强大。1993年推出了WindowsNT是一个全新的32位多任务操作系统，成为Windows家族中功能最强并支持网络功能的操作系统。

1995年推出的Windows95之后在Windows95的基础上又推出了Windows97、98，提供了Internet浏缆器和网络功能，使它们成了当今个人计算机上最广泛使用的操作系统。返回本节第三十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一1.5.3UNIX操作系统

UNIX操作系统是目前大、中、小型计算机上广泛使用的多用户多任务操作系统，在32位