物联网专业英语4

计算机英语第四讲主讲人赵永义2022年8月人工智能学院河北东方学院HebeiOrientalUniversity2023/6/2512023/6/252Chapter4OperatingSystemLead-inTheoperatingsystem(OS),themostimportantsystemsoftware,containsinstructionsthatcoordinatealloftheactivitesofhardwaredevicesandalsocontainsinstructionsthatallowuserstorunapplicationsoftware.Theoperatingsystemservesasaninterfacebetweentheapplicationsthatarerunningonthecomputerandthecomputer’shardwareitself.TheapplicationsthemselvescannotrundirectlyonthePChardware.Therehastobeanoperatingsystemsittinginbetween.2023/6/253Chapter4OperatingSystem操作系统（OS）是最重要的系统软件，它包含协调硬件设备所有活动的指令，还包含允许用户运行应用程序软件的指令。操作系统担任运行计算机的应用程序与计算机硬件本身之间的接口任务。应用程序本身不能直接在PC硬件上运行,中间必须有一个操作系统。Itperformsactionssuchasmanagingthefilesystem,receievinguserinputfrominputhardwaredevicessuchasthekeyboardandmouse,controllingtheuseofprocessingdevicesbyapplications,servingasaplatformforapplications,moderatinghardwareandsendinguseroutputtooutputhardwaredevicessuchasthemonitororaprinter.它执行诸如管理文件系统、从键盘和鼠标等输入硬件设备接收用户输入、控制应用程序对处理设备的使用、充当应用程序的平台、调节硬件并将用户输出发送到显示器或打印机等输出硬件设备等操作。2023/6/254Chapter4OperatingSystem4.1ComponentsTheOSitselfiscomposedofdifferentparts,includingtheshell,utilitiesandthekernel.Aswementionedinthepreviouschapter,mostoperatingsystemcomewithlotsofutilities.Forexample,whenweareworkingwithfilesonourcomputer,weareactuallyusingutilitiesthatareinteractingwiththekerneltodoaparticularjob.操作系统本身由不同的部分组成，包括shell、实用程序和内核。正如我们在前一章中提到的，大多数操作系统都有很多实用程序。例如，当我们处理计算机上的文件时，实际上我们正在使用与内核交互的实用程序来完成特定的工作。

2023/6/255Chapter4OperatingSystem4.1.1ShellAshellisaportionofanoperatingsystemthathandlesthecommunicationwithusers,asshowninFigure4-1.Modernshellperformsthistaskbymeansofauserinterface.Someoperatingsystemsallowausertoselectamongdifferentshells.

shell是操作系统的一部分，用于处理与用户的通信。现代shell通过用户界面执行此任务。有些操作系统允许用户在不同的shell中进行选择。2023/6/256Chapter4OperatingSystemEveryoperatingsystemcomeswithauserinterfaceofsomesort.Theinterfaceiswhatallowsustointeractinsomewaywiththekernelandtheutilities.Itispartofthesoftwarewithwhichusersinteract;itcontrolshowdataandinstructionsareenteredandinformationispresentedonthescreen.Therearetwodifferentbasictypesofuserinterfaces.Thefirstoneisthecommand-lineinterfaceorCLI.每个操作系统都有某种用户界面。该接口允许我们以某种方式与内核和实用程序进行交互。它是用户交互的软件的一部分；它控制数据和指令的输入方式以及信息在屏幕上的显示方式。用户界面有两种不同的基本类型。第一个是命令行界面或CLI。2023/6/257Chapter4OperatingSystemACLIisthefirstinteractiveuserinterfacetocomputers.Itistext-and-keyboardorientedandusuallyconsistsofcommandsusershavetoremember.WithaCLI,userstypekeywordsorpressspecialkeysonthekeyboardtoenterdataandinstructions.Theotheroneisgraphicaluserinterface(GUI).WithaGUI,thingsarerepresentedgraphicallyonthescreen.Unlikethecommand-lineuserinterface,aGUIallowsuserstousemenusandvisualimagestoissuecommands.GUIisusedalotinWindowsOS.LinuxitselfalsoincludesaGUIthatisn’tquiteasadvancedasperhapstheGUIusedbyWindowsortheMacOS,but2023/6/258Chapter4OperatingSystemitisgettingveryclose.Figure4-2showsaGUI,thedesktopofWindows10.Bothinterfacesaregoodfordifferentpurposes.ACLIprovidesgreatflexibility,butinaday-to-dayworkaGUIismorepractical.CLI是计算机的第一个交互式用户界面。它面向文本和键盘，通常由用户必须记住的命令组成。使用CLI，用户可以在键盘上键入关键字或按特殊键来输入数据和指令。另一个是图形用户界面（GUI）。使用GUI，可以在屏幕上以图形方式表示内容。与命令行用户界面不同，GUI允许用户使用菜单和可视图像发出命令。GUI在Windows操作系统中被大量使用。Linux本身还包括一个GUI，它可能没有Windows或MacOS使用的GUI那么先进，不过，目前差别并不大。图4-2显示了一个GUI，即Windows10的桌面。这两个接口都适用于不同的用途。CLI提供了极大的灵活性，但在日常工作中，GUI更实用。2023/6/259Chapter4OperatingSystemApplicationstypicallyusetheelementsoftheGUIthatcomewiththeoperatingsystemandaddtheirowngraphicaluserinterfaceelementsandideas.AGUIsometimesuseoneormoremetaphorsforobjectsfamiliarinreallife,suchasthedesktop,theviewthroughawindow,orthephysicallayoutinabuilding.ElementsofaGUIincludesuchthingsas:windows,pull-downmenus,buttons,scrollbars,iconicimages,wizards,andsoon.WiththeincreasinguseofmultimediaaspartoftheGUI,sound,voice,motionvideo,andvirtualreality(VR)interfacesseemlikelytobecomepartoftheGUIformanyapplications.2023/6/2510Chapter4OperatingSystem应用程序通常使用操作系统附带的GUI元素，并添加自己的图形用户界面元素和想法。GUI有时会对现实生活中熟悉的对象使用一个或多个隐喻，例如桌面、窗口视图或建筑物中的物理布局。GUI的元素包括：窗口、下拉菜单、按钮、滚动条、图标图像、向导程序等。随着多媒体作为GUI的一部分被越来越多地使用，声音、语音、运动视频和虚拟现实（VR）界面似乎很可能成为许多应用程序GUI的一个组成部分。2023/6/2511Chapter4OperatingSystem4.1.2KernelThekernelisthecoreoftheoperatingsystem.Itisloadedintomemorywhenthesystembootsupanditdoesmostofthecriticaloperatingsystemjobs.Itisrunningbehindthescenesandusersdon'tworkwithit.Generally,anoperatingsystem'skernelcontainssoftwarecomponentsbelowthatperformtheverybasicfunctionsrequiredbythecomputerinstallation.内核是操作系统的核心。当系统启动时，它被加载到内存中，并执行大多数关键操作系统作业。它在后台运行，用户不使用它。通常，操作系统的内核包含以下软件组件，这些组件执行计算机安装所需的基本功能。2023/6/2512Chapter4OperatingSystem1.MemoryManager内存管理器Onesuchunitisthememorymanager,whichischargedwiththetaskofcoordinatingthemachine'suseofmainmemory.Inthecaseofmultitask,thememorymanagercanfindandassignmemoryspaceforthoseneedsandensurethattheactionsofeachprogramarerestrictedtotheprogram'sallottedspace.Moreover,astheneedsofdifferentactivitiescomeandgo,thememorymanagermustkeeptrackofthosememoryareasnolongeroccupied.Specifically,itinvolvesmemoryallocation,memoryprotectionandmemoryexpansion.2023/6/2513Chapter4OperatingSystem其中一个单元是内存管理器，它负责协调机器对主内存的使用。在多任务的情况下，内存管理器可以为这些需求找到并分配内存空间，并确保每个程序的操作都限制在程序分配的空间内。此外，随着不同活动的需求来来去去，内存管理器必须跟踪不再占用的内存区域。具体来说，它涉及内存分配、内存保护和内存扩展。Memoryallocationistoallocatememoryforeachprogramaccordingtothespecificallocationalgerithmtorealizememorysharing.Whenusernolongerneedmemoryorprogramsareexecuted,thesystemclearsthatmemoryintime.内存分配是根据特定的分配算法为每个程序分配内存，实现内存共享。当用户不再需要内存或执行程序时，系统会及时清除内存。2023/6/2514Chapter4OperatingSystemMemoryprotectionistoensureeachprogramisexecutedwithinitsownallocatedmemorywithoutinterruptingeachother.Tobemorespecific,theseprogramsarenotallowedtoaccesstheprogramsanddataoftheoperatingsystem,nortransfertoothernon-sharedprograms.内存保护是确保每个程序在其分配的内存内执行，而不会相互中断。更具体地说，这些程序不允许访问操作系统的程序和数据，也不允许其传输到其他非共享程序中。2023/6/2515Chapter4OperatingSystemMemoryexpansionistoexpandthememorylogically.Sincethephysicalmemoryislimited,theperformanceoftheoperatingsystemmaybeaffected.Forthisreason,thememoryshouldbeexpanded,butnotinthewayofdirectlyaddingitscapacity.Instead,memoryexpansionisachievedbytheaidofvirtualmemory.Withvirtualmemory,alladdressreferencesarelogicalreferencesthataretranslatedatruntimetorealaddresses.Thisuseallowsaprocesstobelocatedanywhereinmainmemoryandforthatlocationtochangeovertime.Virtualmemoryalsoallowsaprocesstobebrokenupintopieces.Thesepiecesneednottobecontinuouslylocatedinmainmemoryduringexecution.2023/6/2516Chapter4OperatingSystem内存扩展是在逻辑上扩展内存。由于物理内存有限，操作系统的性能可能会受到影响。因此，应该扩展内存，但不能用直接增加其容量的方法。相反，内存扩展是通过虚拟内存实现的。对于虚拟内存，所有地址引用都是在运行时转换为实际地址的逻辑引用。这种用法允许进程位于主内存中的任何位置，并且随着时间的推移，该位置会发生变化。虚拟内存还允许将进程分解为多个部分。在执行期间，这些片段不需要一直位于主内存中。Twobasicapproachestoprovidingvirtualmemoryarepagingandsegmentation.Withpaging,eachprocessisdividedintorelativelysmall,fixed-sizepages.Segmentationprovidesfortheuseofvaryingsizes.Itisalsopossibletocombinesegmentationandpaginginasinglememory-managementscheme.2023/6/2517Chapter4OperatingSystem提供虚拟内存的两种基本方法是分页和分段。通过分页，每个进程被划分为相对较小的、固定大小的页面。分段可以使用不同的大小。也可以在单个内存管理方案中结合分段和分页。2.FileManager文件管理器

Anothercomponentofthekernelisthefilemanager,whichperformsfunctionsrelatedtostorageandfilemanagement.Moreprecisely,thefilemanagermaintainsrecordsofallthefilesstoredinmassstorage,includingwhereeachfileislocated,whichusersareallowedtoaccessthevariousfiles,andwhichportionsofmassstorageareavailablefornewfilesorextensionstoexistingfiles.2023/6/2518Chapter4OperatingSystem内核的另一个组件是文件管理器，它执行与存储和文件管理相关的功能。更准确地说，文件管理器维护存储在海量存储器中的所有文件的记录，包括每个文件的位置、允许哪些用户访问各种文件以及海量存储器的哪些部分可用于新文件或现有文件的扩展名。Mostfilemanagersallowfilestobegroupedintoabundle

calledadirectoryorfolder,withwhichausercanorganizehisorherfilesaccordingtotheirpurposesbyplacingrelatedfilesinthesamedirectory.Moreover,directoriescancontainotherdirectories,calledsubdirectories.大多数文件管理器都允许将文件分组到一个称为目录或文件夹的捆绑包中，用户可以将相关文件放在同一目录中，根据其用途来组织文件。此外，目录可以包含其他目录，称为子目录。2023/6/2519Chapter4OperatingSystemAchainofdirectorieswithindirectoriesiscalledadirectorypath.Pathsareoftenexpressedbylistingthedirectoriesalongthepathseparatedbyslashes.Forinstance,book\textbook\Englishtextbookwouldrepresentthepathstartingatthedirectorynamedbook,passingthroughitssubdirectorynamedtextbook,andendingatthesub-subdirectoryEnglishtextbook.Thishierarchicalorganizationcanhelpuserskeeptrackoffilesaswellashelpthesystemprovideaccesscontrolandotherservicestousers.目录中的目录链称为目录路径。路径通常是沿着用斜杠分隔的路径列出目录。例如，book\testbody\English-testbody将表示从名为book的目录开始的路径，经过其名为stebody的子目录，并在Englishstebody子目录结束。这种分层组织可以帮助用户跟踪文件，并帮助系统向用户提供访问控制和其他服务。2023/6/2520Chapter4OperatingSystem3.Scheduler调度程序Theprincipalfunctionoftheoperatingsystemistocreate,manage,andterminateprocesses,whichiscollectivelycalledprocessmanagement.Whileprocessesareactive,theoperatingsystemmustseethateachisallocatedtimeforexecutionbytheprocessor,coordinatetheiractivities,manageconflictingdemands,andallocatesystemresourcestoprocesses.

Itistheschedulerwithinthekerneloftheoperatingsystemthatplayssuchafunction.2023/6/2521Chapter4OperatingSystem操作系统的主要功能是创建、管理和终止进程，这统称为进程管理。当进程处于活动状态时，操作系统必须确保处理器为每个进程分配了执行时间，协调其活动，管理冲突需求，并为进程分配系统资源。正是操作系统内核中的调度程序发挥了这样的功能。Tobemorespecific,theschedulermaintainsarecordoftheprocesspresentinthecomputersystem,introducesnewprocessestothispool,andremovescompletedprocessesfromthepool.Thuswhenauserrequeststheexecutionofanapplication,it'stheschedulerthataddstheexecutionofthatapplicationtothepoolofthecurrentprocesses.Tokeeptrackofall2023/6/2522Chapter4OperatingSystemtheprocesses,theschedulermaintainsablockofinformationinmainmemorycalledtheprocesstable.Eachtimetheexecutionofaprogramisrequested,theschedulercreatesanewentryforthatprocessintheprocesstable.Thisentrycontainssuchinformationasthememoryareaassignedtotheprocess,thepriorityoftheprocess,andwhethertheprocessisreadyorwaiting.更具体地说，调度程序维护计算机系统中存在的进程的记录，将新进程引入此池，并从池中删除已完成的进程。因此，当用户请求执行应用程序时，调度程序会将该应用程序的执行添加到当前进程的池中。为了跟踪所有进程，调度程序在主存中维护一个称为进程表的信息块。每次请求执行程序时，调度程序都会在进程表中为该进程创建一个新条目。此条目包含分配给进程的内存区域、进程的优先级以及进程是就绪还是等待等信息。

2023/6/2523Chapter4OperatingSystem4.DeviceDriver设备驱动程序Stillanothercomponentofthekernelconsistsofacollectionofdevicedrivers,whicharethesoftwareunitsthatcommunicatewiththeperipheraldevicestocarryoutoperations.内核的另一个组件由一组设备驱动程序组成，这些驱动程序是与外围设备通信的软件单元，用于对外围设备进行操作。Eachdevicedriverisuniquelydesignedforitsparticulartypeofdeviceandtranslatesgenericrequestsintothemoretechnicalstepsrequiredbythedeviceassignedtothatdriver.2023/6/2524Chapter4OperatingSystem每个设备驱动程序都针对其特定类型的设备(如打印机、磁盘驱动器或监视器)设计的，并将通用请求转换为分配给该驱动程序的设备所需的更技术性的步骤。Forexample,adevicedriverforaprinter’scontainsthesoftwareforreadinganddecodingthatparticularprinter’sstatuswordaswellasalltheotherhandshakingdetails.Thus,othersoftwarecomponentsdonothavetodealwiththosetechnicalitiesinordertoprintafile.Instead,theothercomponentscanmerelyrelyonthedevicedriversoftwaretoprintthefileandletthedevicedrivertakecareofthedetails.

2023/6/2525Chapter4OperatingSystem例如，打印机的设备驱动程序包含用于读取和解码特定打印机状态字以及所有其他信息交换详细信息的软件。因此，其他软件组件不必为了打印文件而处理这些技术问题。相反，其他组件只能依赖设备驱动程序软件来打印文件，并让设备驱动程序处理细节。

Thus,inthisway,agenericoperatingsystemcanbecustomizedforparticularperipheraldevicesbymerelyinstallingtheappropriatedevicedrivers.因此，通过这种方式，只需安装适当的设备驱动程序，就可以为特定的外围设备定制通用操作系统。2023/6/2526Chapter4OperatingSystem4.2Features操作系统的特征Assystemsoftware,anoperatingsystemisdifferentfromothersoftware.Itsbasicfeatureslieinitsconcurrency,sharabilityanduncertainty.Concurrencymeansthatmultipleprogramswhicharestoredinthemainmemoryareunderoperationsimultaneously.Atthe

macroscopiclevel,duringacertainperiodoftime,thereareavarietyofprogramsbeingoperatedatthesametime;atthemicroscopiclevel,onlyoneprogramisexecutedeachmomentandeachprogramisexecutedalternativelyontheCPU.

2023/6/2527Chapter4OperatingSystem作为系统软件，操作系统不同于其他软件。基本特征在于其并发性、共享性和不确定性。并发性是指存储在主存中的多个程序同时运行。在宏观层面上，在一段时间内，有多种方案同时运行；在微观层面上，每时每刻只执行一个程序，每个程序在CPU上交替执行。Asprogramsareconcurrent,theyshareallresourcesofthecomputer,whichiscalledthesharabilityofanoperatingsystem.Anoperatingsystemhastoallocateresourcesandprotectdatawhentheyareaccessedsimultaneously.由于程序是并发的，它们共享计算机的所有资源，这称为操作系统的可共享性。当同时访问资源和数据时，操作系统必须分配资源和保护数据。2023/6/2528Chapter4OperatingSystemAnoperatingsystemisusuallyuncertain,resultingfromitsconcurrencyandsharability.Thesystemiscapableofrunningmultipleprograms,however,itdoesn'tacquiretheinformationsuchastherunningtimeofeachprogram,thesystemresourcesbeingusedandhowlongwillbeused.Therefore,programsenteringintothemainmemoryfirstmaybeexecutedlaterandthoseenteringintolatermaybeexecutedfirst.Inotherwords,programsareexecutedinanasynchronousmanner.2023/6/2529Chapter4OperatingSystem由于操作系统的并发性和共享性，操作系统通常是不确定的。该系统能够运行多个程序，但它无法获取每个程序的运行时间、使用的系统资源和使用时间等信息。因此，首先进入主存储器的程序可以在以后执行，而那些随后进入的程序可以先执行。换句话说，程序是以异步方式执行的。4.3Types操作系统的类型Therearenumeroustypesofoperatingsystemsrunningondifferentcomputersystems.Basedontheperformanceandtheapplicationenvironment,operatingsystemscanbecategorizedintobatchprocessing,time-sharing,real-time,network,distributed,andembeddedoperatingsystem.2023/6/2530Chapter4OperatingSystem有多种类型的操作系统运行在不同的计算机系统上。根据性能和应用环境，操作系统可以分为批处理、分时、实时、网络、分布式和嵌入式操作系统。Inabatchprocessingsystem,operatorsputabatchofcomputingtaskstobeprocessedintothecomputerandthecomputerstoresthesetasksinaspecifiedformatincertaindiskarea.Theninlinewithcertainschedulingstrategy,thecomputertransfersataskoracombinationofseveraltaskstothemainmemory.Thebatchprocessingsystemisofhighefficiencyandhighthroughput,butwithoutinteractivemethods,itmaybedifficulttodebugprograms.

Hence,thetime-sharingoperatingsystemcameintobeing.2023/6/2531Chapter4OperatingSystem在批处理系统中，操作员将一批待处理的计算任务放入计算机，计算机将这些任务以指定的格式存储在特定的磁盘区域中。然后根据一定的调度策略，计算机将一个任务或几个任务的组合传输到主存储器。批处理系统具有高效率和高吞吐量，但如果没有交互方法，可能很难调试程序。因此，分时操作系统应运而生。Thetime-sharingoperatingsystemallowsmultipleonlineuserstouseonecomputersystemsimultaneously.

分时操作系统允许多个在线用户同时使用一个计算机系统。Areal-timeoperatingsystem(RTOS)referstoasystemthatcanrespondtoexternalrequestsintimeandprocessthemwithinthedefinedtimeaswellascoordinateallthereal-timetasks.Itisoftenusedasacontroldeviceinadedicatedapplication.2023/6/2532Chapter4OperatingSystem实时操作系统（RTOS）是指能够及时响应外部请求并在规定时间内处理这些请求以及协调所有实时任务的系统。它通常用作专用应用中的控制设备。Anetworkoperatingsystemisdesignedspecificallytosupportanetworkandittypicallyresidesonaserver.网络操作系统是专门为支持网络而设计的，通常驻留在服务器上。Theaboveoperatingsystems,inwhichprocessingandcontrolarecenteredononecomputer,arecalledcentralizedoperatingsystems.Incontrast,thosedistributefunctionstoeachprocessingunitarecalleddistributedoperatingsystems.2023/6/2533Chapter4OperatingSystem上述操作系统的处理和控制集中在一台计算机上，称为集中式操作系统。相反，这些将功能分配给每个处理单元的操作系统称为分布式操作系统。Anembeddedoperatingsystem(EOS)isatypeofoperatingsystemthatisembeddedandspecificallyconfiguredforacertainhardwareconfiguration.Hardwarethatusesembeddedoperatingsystemsisdesignedtobelightweightandcompact,forsakingmanyotherfunctionsfoundinnon-embeddedcomputersystemsinexchangeforefficiencyatresourceusage.嵌入式操作系统（EOS）是一种嵌入式操作系统，专门针对特定硬件配置进行配置。使用嵌入式操作系统的硬件设计为轻量级和紧凑型，放弃了非嵌入式计算机系统中的许多其他功能，以换取资源使用效率。

2023/6/2534Chapter4OperatingSystem4.4ExamplesAstand-aloneoperatingsystemisacompleteoperatingsystemthatworksonadesktopcomputer,notebookcomputer,ormobilecomputingdevice.PopularexamplesincludeMicrosoftWindows,UNIX,Linux,MacOSandmobileoperatingsystem.独立操作系统是在台式计算机、笔记本计算机或移动计算设备上运行的完整操作系统。流行的示例包括MicrosoftWindows、UNIX、Linux、MacOS和移动操作系统。2023/6/2535Chapter4OperatingSystem4.4.1WindowsMicrosoftWindowsoperatingsystemsaremostpopular.Inthemid1980s,MicrosoftdevelopeditsfirstversionofWindows.Sincethen,MicrosoftcontinuallyhasupdateditsWindowsoperatingsystem,incorporatinginnovativefeaturesandfunctionswitheachsubsequentversion.MicrosoftWindows操作系统最受欢迎。20世纪80年代中期，微软开发了第一个Windows版本。从那时起，微软不断更新其Windows操作系统，在每个后续版本中都融入了创新的特性和功能。

2023/6/2536Chapter4OperatingSystemAmongallversions,WindowsVista,comparedwithitspreviousversions,containsanumberofnewfeatures,fromaredesignedshellanduserinterfacetosignificanttechnicalchanges,withapart