操作系统介绍

3.2计算机操作系统

3.2.1什么是操作系统

3.2.2多任务处理

3.2.3文件与文件管理

3.2.4存储管理

3.2.5设备管理

3.2.6常用操作系统

3.2.1什么是操作系统

23.2操作系统

什么是操作系统(OS)?

■没有安装任何软件的计算机称为裸机，裸机是无法使用的

■操作系统是用于执行各种具有共性和基础性操作的软件，是

最重要的一种系统软件，几乎所有计算机都要安装OS

■OS为用户提供了一个操

作使用计算机的友善的

用户界面

■OS屏蔽了计算机中几乎

所有物理设备的技术细

节，为开发和运行其他

软件提供了一个高效、

可靠的平台

33.2操作系统

为什么需要操作系统?

控制基本的输入

/输出操作

进行计算机

|之向的通宜

方便用户的「

_操作使用

提供应用程厂

序开发平台

43.2—作系统

操作系统的重要作用

■三个主要作用：

1为运行的程序管理和分配各种软硬件资源

2为用户提供友善的人机界面（图形用户界面）

3为开发和运行应用程序提供高效率的平台

■其它辅助功能：

■显示系统状态

■处理软硬件错误

■保护系统安全

53.2操作系统

基本输入输出系统（BIOS）

■BIOS是存放在主板上只读存储器（flashROM）中的一组程序

（也称为firmware,固件）一

■主要包含4个部分：

■加电自检程序（诊断计算机故障）

■系统自举（装入）程序（装入并启动OS工作）

■CMOS设置程序（设定和修改计算机配置）

■基本外围设备的驱动程序（控制基本的I/O操作）

■计算机断电后，BIOS程序和CMOS中的数据仍保持不变

需要时BIOS程序可以升级（update）

63.2操作系统

BIOS和操作系统的启动过程

RAM

⑤装入引导程序上.

在开机启动BIOS

工作时，按下De】

键（或F2或F8健），⑦装入操作系统

即可进入BIOS中

的CMOS设置程序

/显示初始界面

CPU

S513LA

BIOS

ROMU1B

V32R03A1H1

BIOSOCopyright

Acerlnc.①执行加电自检程序

问题：什么是冷启动？什么是热启动{Ctrl}+{Alt}+{Delete}?

73.2操作系统

3.2.1多任务处理

83.2操作系统

什么是任务，什么是多任务处理?

“任务”指的是要计算机做的一件事，计算机执行一个任务

通常就对应着运行一个应用程序

■“单任务处理”与“多任务处理”

单任务处理：前一个任务完成后才能启动后一个任务的运行，任务

是顺序执行的

多任务处理(Multitasking)：允许计算机同时执行多个任务，任务是

并发执行的

■多任务处理举例：

■编辑PPT讲稿+播放音乐+收发邮件

■多任务处理的优点：

■大大提高了用户的工作效率

大大提高了计算机的使用效率

93.2操作系统

多任务处理举例制作PPT讲稿

瓢2007讲稿MicrosoftPowerPoint-I第3章32操作系塾般目-□X

查文件但编辑通藏㈤工具⑴器助出）巨］文件电）编辑⑻视图（Y）插入⑴格式9）工具⑴幻灯片放映①）窗口国）

O后退•T/搜索的文件夹|国!▼帮助⑻AdobePDF⑻

看酎国国画..《

%地力:「」D:\自编书稿、大学信息技术教程\2007讲稿V0转到Udi.F=x

文件夹名称大小修宋体▼18▼B

文♦:」演讲根告（others）_j演示200

Explorer啰计算机系统概论（例）.ppt33,499KB200112'll-110,9-1-811-7•।-611-511-4।-311-2-1,1•10->-1-2-1-3-1-4-1-5-1161711-8-1O11101111121

/♦口演讲报告（ZFY）如计算机系统概论总.ppt33,052KB200

件-_）自编书稿③第4章计算机网络与因特网.ppt11,522KB200

蠹」PC百科（大纲）如第5章数字媒体及应用.ppt20,023KB200

的第1章1.3通信技术入门.ppt3,124KB200

=，大学信息技术教程

夹我的电脑包第1章1.4数字技术基础.ppt1,105KB200什么是任务，什么是多任务处理?_____

王㈡2003包第2章2.1计算机的组成与分...2,718KB200

'*二2004包第1章1.1〜1.2信息与微电...883KB200

内包第2章2.2CPU的逻辑结构与...3,726KB200

*口2004_9课件“任务”是用户要计算机做的一件事，执行一个任

期第2章2.3PC机的主机.ppt10,511KB200

富口2005也第2章2.4常用输入设备.ppt13,576KB200务就对应着运行一个应用程序

容SAFlashPl..*22006⑤第2章2.5常用输出设名.ppt7,409KB200

色第2章2.6外存储器.ppt4,948KB200

*A。。？单任务处理与多任务处理

旬第3章计算机软件.ppt5,528KB200

2007讲稿

单任务处理：前一个任务完成后才能启动后一个任

Z收件箱/-OutlookExpress

务的运行

Adobe等辑苣看MIA（X）邮件出）希勒QD

Acrobat7.多任务处理（Multitasking）：允许计算机同时执行

打高删除发徭…

答复全部...多个任务的一种能力（由。S提供）

'收件箱

■多任务处理举例：

文件夹发件人主题

收!eR

^OutlookExpressqQianZhuzhong编辑文档+播放音乐+收发邮件

-⑬本地文件夹Q-^Zhi-HuaZhouRe:填报省重点学科报表播

发,©醵耀1□JiangYuan(NJU)Re:填表编辑一个文档+浏览另一个文档

⑦发件箱㈡Dr.GaoYang

Q□Dr.GaoYang放

*的己发送邮件、C3ne-U4P-4-4.V123.2撵作累蚪

电3己删除邮件

B草稿音

发件人：Dr.GaoYang收件人：cdx@,cfyuan@...

子gNortonAntiS主题：关于成立图书建设委员会和钱柱中同志任职的通知

乐

空当接龙各位老师，您们好:

邮联系人&)▼

_0581?@libsys.c...

J^amdparadiseSs...经系党政联席办公会议研究，成立系图书建设委员

件.JBaoliuYe

_0caim会；任命钱柱中同志为教学秘书。详见附件。

_0ChanLaiKow…

-0ChenZhiming祝夏安!

_^chenys0graphi...

』chenzl@fudan....

7_0dongyq系党政联席办公会议

mDr.GaoYang

_0feixl@nju.edu.cn2007-07-13

红蜻蜓抓图JiFung-YeeChan

灵2005-0fyjnj0sina.comm

如何知道有哪些任务在运行?

每启动一个应用程序，OS就会打

开一个相应的窗口，通常一个窗文件⑥选项（Q）查看的窗口⑪关机位）帮助⑥

口就是一个任务

每启动一个应用程序，os就会在

任务栏上显示一个相应的任务按

钮（程序按钮），通常一个按钮就是

一个任务

窗口可以放大或缩小，甚至可以

“最小化”，但任务的运行不受

其影响

■使用“任务管理器”程序可以了

解每个任务的运行情况进程数：51CPU使用：2%提交更改：433M/2458M

113.2操作系统

什么是前台任务与后台任务？

■前台任务：能接受用户输入（击键或按击鼠标）的窗口只能有

一个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务

■后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务

■前台任务与后台任务的区别：

■前台任务对应的窗口（活动窗口）位于其它窗口的前面

■活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深（深蓝色）

■前台任务与后台任务的共同点：都在计算机中运行

■前台任务与后台任务的切换：

■为了输入信息到某个后台任务中去，必须切换窗口（单击要激活的后

台任务窗口的任何部位,或单击任务栏中对应的任务按钮）

123.2操作系统

如何结束任务的运行？

■每一个应用程序运行时都要占用大量的系统资源（存储器、

CPU、屏幕等），所以当不再需要某个应用程序运行时，就应

该退出这个应用程序，释放它所占用的资源

■多数应用程序都设计成交互式控制的方式，所以运行完毕后必

须由用户退出该程序。

WindowsXP中退出应用程序的几种方法：

■最快速的方法，是左击应用程序窗口右上角的红色“叉子”按钮

■左击窗口左上角的控制按钮，在弹出菜单中选择“关闭”

■在应用程序的“文件”菜单中，选择“退出”

通过OS的任务管理器，强迫结束任务

133.2操作系统

os如何支持多任务处理？

「为什么可以实现多任务处理？

CPU速度极高，且有时不止1个，必须并且可以充分发挥CPU

的效能

■CPU与1/0(外围设备)可以并行工作，CPU不必等待I/O完成

各个外围设备之间可以并行工作

■实现多任务处理要解决哪些问题？

■任务多，CPU少，如何管理和调度

■存储器空间如何分配和管理

■I/O设备和I/O操作如何管理和控制

■谁来解决上述问题？

■不是应用程序自己，而是操作系统(OS)!

143.2操作系统

CPU的管理（处理器管理）

时间

目的：让CPU轮流为所有

任务服务

原则：公平性；优先级;

负载均衡

■方法：

按时间片轮转（10-20ms

为1个时间片）

按优先级调度

15一统

Windows中的处理器管理

■Windows为了确保每个已经启动的任务都有机会运行，它采用“抢先式”

多任务处理技术：

由硬件计时器大约每10・20ms发出1次中断信号，Windows立即暂停

当前正在运行的任务，查看当前所有的任务，选择其中的一个交给

CPU去运行

■只要时间片结束，不管任务有多重要，也不管它执行到什么地方，

正在执行的任务就会被强行暂停执行

■上述的任务调度，每秒钟要进行几十次〜几百次

■实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行的，它们一

起参与CPU时间的分配。当然，不同程序的重要性不完全一样，它们获

得CPU使用权的优先级也有区别

163.2操作系统

附：多任务处理与多核CPU

CPU瞬间可同时执行的线程（任务）数目:

■单核CPU：1■双核CPU：2■四核CPU：4

3.每个CPU负

Data责完成分配给

CPU它的线程

1.就绪线程排Processor

队等候进入

CPU处理

ControlResultsare

Unit।Processor)

Instructionsequenced

Instructions2

2.那一个CPU

Processor

空闲，就把等3

候的线程交给

它执行

Data

（注：假设CPU不具备超线程功能）

173.2操作系统

3.2.3存储管理和虚拟存储器

183.2操作系统

操作系统运行时内存的态势

用户

正在运行的用户应用应用应用应用

应用程序

接口外壳程序》俳序3^I程序k内

存

操应用程序接口(API)

储

作

器

系

统

其它计算机硬件

193.2操作系统

系统运行时内存储器的布局

内存储器空间划分为2个部分：系统区和用户区，用户区用来存放正

在运行的应用程序

■分析：

允许同时运行多少程序？数目有没有限制?

程序的大小和数据的规模受不受限制？

程序与程序相互之间会不会互相干扰？

203.2操作系统

“存储管理”需要解决哪些问题？

1.为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存

储空间

2.对存储空间进行保护

■保护操作系统所在区域不被应用程序修改

■保护每个应用程序的私有区域不被其他程序修改

3.对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不

受实际存储容量大小的限制

解决方案虚拟存储器(VirtualMemory)

213.2操作系统

虚拟存储器的设计思想

若程序和数据

不在物理内存,

每个程序都在虚拟内存(pagefile.sys)

则把它们从虚

各自的虚拟空

拟内存装入物

间中工作理内存后再使

用

每个程序启动运行后,

只有一部分代码和数

程序运行时，据装入内存中，其余

若程序和数据虚拟空间1都放在硬盘的一个专

在物理内存，门区域中，该区域称

就直接访问物为“虚拟内存”

理内存

特点：1）整个过程自动

完成；2）程序可用内存

容量超过实际物理容量；

3）多个程序互不干扰

物理内存

虚拟空间2

223.2操作系统

虚拟存储器的工作过程

♦\

进程运行需访问某个页面中的内容时，若该页

面在物理内存，就直接访问物理内存

页面1

虚页面2□□口口

若物理鬻□□□□交换

拟页面3已满，需换□口口口区作

页面4、fh灯巧一百为物

星国.

存ol理内

I□□口口一

页存的

储页面k

表页面不在口口口口\补充

空□□□□

口口口□

间物理内存口口口

磁盘中的

物理内存

苗个进程都在各自的虚

虚存空间中的页面:交换区（虚拟内存）

存空间中工作，虚存空

一部分在物理内存，

间分成许多页，程序和•特点：1）由硬件和os自动完成，对程

一部分在硬盘中的

数据就安排在一个个序员透明；2）程序可用内存容量允许超

、“页面”中虚拟内存，它们均

小记在页表中过实际物理容量；3）多个进程互不干扰

1•根据：程序的局部性原理

233.2操作系统

WindowsXP的虚拟存储器

WindowsXP操作系统中：

■每个程序的虚存空间最大可达到

4GB

页面的大小通常是4KB

■虚拟内存是系统盘根目录下的一

个名为pagefile.sys的文件，其

大小和位置用户可设置

使用“任务管理器”可以查看：总数

句柄

数

线程

数

进

■总的物理内存大小程数

用量

U可g

数

总

制

■可用物理内存大小限

值

峰

■总的虚拟内存大小

可用虚拟内存大小等

243.2操作系统

3.2.4文件及其管理

253.2操作系统

“文件”概念的由来

外存储器的存取特性:

（在操作系统中）

适合于批量数据的存取,「使用“文件”来组织

不适合单个数据存取\外存储器中的信息，

外存储器的使用特性:/并使用“文件”作为

/外存的存取单位

1每次从外存读出（或写

入）的对象是一个程序或一个

文档、一张图片、一封邮件、

一首歌曲•••

2按对象的名字进行存取

操作，而不是按地址存取（按名存取）（按地址存取）

263.2操作系统

什么是文件（file）?

程序和数据通常都存储在外存储器中，为了便于存取和管理,

它们都组织成“文件（file）”

文件是存储在外存储器中的一组相关信息的集合，例如：

■一个程序・一张图片，一只MP3歌曲・一封邮件

每个文件均有自己的“文件名”，用户（或软件）使用文件

名读出/写入（称为“存取”）外存储器中的文件

文件的名字由两部分组成：（主文件名）［,扩展名］

二数据文件：

notepad,exeWIMWORD.EXE程序文件（可执行文件）:

Lem赛马皿txt.pdf.dOC

国画1.exe.com.dll等巴也.ppt.jpg.mp3等

LecOl教案。1一

calc.exePOWERPNT.

273.2操作系统

WindowsXP的文件

允许使用长文件名，即文件名最多可包含255个中文

或西文字符

英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上不

予区别

（例如：Text.DOC与text.doc是同一个文件）

常用程序文件的扩展名:FileTypeFileExtension

文本文件.txt

.exe.com.dll.bat声音文件.wav,.mid,.voc

图形、图像文.bmp,.pcx,.tif,.wmf,

常用数据文件的扩展名:件-jpg>-gif

动画/视频文件.flc,.fli,.avi,.mpg

Web网页文件.htm1,.htm

283.2操作系统

文件的组成和文件说明信息

每一个文件都由2部分组成:

293.2操作系统

选讲：

文件属性在文件管理中的作用

■“系统”属性表示该文件属于操作系统，删除时系统会给出警告，资源

管理器若不特别设置为“显示全部文件”时不会在文件列表中显示

■“隐藏”属性若资源管理器设置为“不显示隐藏文件”，则不会在文

件列表中显示出来

■“存档”属性文件尚未存档的标识，“文件备份程序”通过该属性来

决定是否对它进行备份，新建的或备份后又修改过的文件，其存档属性

为1,执行备份操作后存档属性为0；

■“只读”属性该文件不能修改，若进行修改必须以不同的文件名保存

■“压缩”属性文件数据保存到外存时进行数据压缩

“加密”属性对文件内容进行了加密，以进行保护

303.2操作系统

文件在磁盘中如何存储?

磁盘分成两个区域：目录区和数据区

目录实质上是一张“文件名一存放位置”的对照表

目录区，用于存放文文件名扩展名，文件存放位置

长度，时间，

件的目录，即文件说属性信息等柱面号磁道号扇区号

明信息、_____

■■■

文件1XXX1yyyizzz1

目录区-■■■

文件2xxx2yyy2zzz2

■■■■■■■■■■■■■■■

■■■

数据区文件kxxxkyyykzzzk

数据区，用于存放文件的内容

从磁盘上读出一个文件时，先在目录区中找出该文件的存放

位置，然后再按此位置，从磁盘的数据区中读出该文件内容

313.2操作系统

为什么使用多级文件夹？

的文件组织1）有利于文件分类存储

WindowsXP2）允许文件同名（在不同

文件夹中时）

文件目录在Windows中称为文件夹3）便于文件共享和保护

每个逻辑盘（物理盘或硬盘上的分区）是一个根文件夹

文件夹中既可包含文件，也可包含文件夹（子文件夹）

子文件夹又可存放文件和子文件

夹,形成树状多级文件夹结构

01.docO2.ppt05.pdf

323.2操作系统

WindowsXP中文件如何定位?

计算机中的每个文件都有一个确定的位置

文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号、文件路径以及文件名

组成：

驱动器号（盘符）+文件路径+文件名

从根文件夹到文件所在文件夹所顺序经过的

一串文件夹，其间用“\”相互隔开

例右图中文件O2.ppt的位置是：

D:\数据'概论'讲稿\02.ppt

\____________，

文件路径

O1.docCO2.ppt05.pdf

333.2操作系统

文件管理和文件系统

文件系统是OS的一个组成部分，它负责管理计算机中的文件,

使用户（和程序）能很方便地进行文件的存取操作

■文件系统需要解决的问题：

1.有效管理外存储器的存储空间

2.实现对文件方便而快速的按名存取

文件系统软件

3.对硬盘、光盘、优盘、存储卡等不

同外存储器实现统一管理

4.统一本地文件/远程文件的存取操作

5.实现文件的安全存取

343.2操作系统

3.2.5设备管理

■OS中的“设备管理”程序负责：

■对系统中的各种输入输出设备进行管理

■处理用户（或应用程序）的输入/输出请求，方便、

有效、安全地完成输入/输出操作

■参看本章阅读材料3.3

353.2操作系统

3.2.6常用操作系统介绍

363.2操作系统

操作系统的四种类型

■PC机使用的操作系统一般都具有多任务处理功能

■网络服务器上安装运行的是“网络操作系统”，特点是：

■具有强大的多用户并发处理能力

■支持多种网络通信功能，提供专门的网络应用服务

■安全性强，可靠性好

■军事指挥和武器控制系统、电网调度和工业控制系统、证券交易系统等,

安装运行的是“实时操作系统”，特点是：

■对外部事件能在允许的时间范围内快速作出响应，

■具有很高的可靠性和安全性

嵌入式计算机应用中运行的是“嵌入式操作系统”，特点是：

快速、高效、具有实时处理功能

代码非常紧凑，存储器需求小

373.2操作系统

微软Windows操作系统的演变

■特点：

Windows9x共有3个产品,

■提供了多任务处理能力面向家用PC

米用图形用尸界囿，恂化计算机操作X________

在个人计算机上广泛使用

■版本的演变：/Windows的最新产品

198519871990199519982OQ0/X

~|~|11丁

1.3203.09598ME\2C012006200912012

I~-i~HIi

呼3।/XIPVistaWin7Win8

,WfnNTWin^noo

XP和Win7既适合家庭用户也适合商业用

WindowsNT和Win2000

户，目前有家庭版、专业版和64位版本等

面向商用PC机，性能较局，

多种，它有丰富的音频、视频和网络通信

安全性较好，提供服务器

功能

版本

383.2操作系统

对Windows操作系统的分析

Windows操作系统垄断了PC机OS市场的WindowsOSmarketshare

90%左右的份额NetMarket

Source

Windows流行的原因：Share回

有大量第三方软件和硬件产品（各种Date2011.3

应用软件和显卡、鼠标器、打印机等）Allversions89.58%

WindowsXP54.39%

开发了多种版本，不同版本适应不同

的硬件平台和用户群体WindowsVista10.56%

对Windows的扑匕评：Windows724.17%

■可靠性不够高：不稳定，系统会越来Windows20000.25%

越慢，甚至死机Windows980.03%

安全性不够好：存在安全漏洞，容易WindowsNT4.00.16%

WindowsServer

—

受到病毒、蠕虫、木马和其他攻击的2003

俱坤

微软有可能使我们的所有计算机停止运作或控制所有的计算机吗?