操作系统引论1

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1、第一章操作系统引论第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特性1.4操作系统的主要功能1.5操作系统的结构设计1.1操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、辅存）、I/O、I/O控制系统软件系统：系统软件、应用软件系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系统、编译….应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计算、事物管理2.计算机系统的层次结构图1.1计算机系统的层次结构3.操作系统的目标目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其

2、目标有以下几点：1.方便性2.有效性3.可扩充性4.开放性4.操作系统的地位计算机系统由硬件和软件组成操作系统在硬件基础上的第一层软件是其他软件和硬件之间的接口操作系统设计者应用软件设计者应用软件设计者5.操作系统的作用OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS作为计算机系统资源的管理者OS用作扩充机器6.推动操作系统发展的主要动力不断提高计算机资源利用率方便用户器件的不断更新换代计算机体系结构的不断发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.人工操作方式从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于第一代，这时还未出现OS

3、。计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后，才让下一个用户上机。2.人工操作方式的特点特点:用户独占全机CPU等待人工操作独占性串行性缺点:计算机的有效机时严重浪费效率低3.脱机输入/输出方式在采用脱机输入输出方式时，程序和数据的输入输出都是在外围计算机的控制下完成的，即它们是脱离主机进行的，故称之为脱机输入输出操作。脱机I/O方式的主要优点如下：（1）减少了CPU的空

4、闲时间。（2)提高I/O速度。图1-2脱机I/O示意图脱机输入技术为解决低速输入设备与CPU速度不匹配的问题，可将用户程序和数据，在一台外围计算机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间。脱机输出技术当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地把结果送到磁带上，然后再另一台外围机地控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，着就大大加快了程序的输出过程。1.2.2单道批处理系统单道批处理系统的处理

5、过程批处理是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。单道批处理在内存中仅有一道作业。图1-3单道批处理系统的处理流程2.单道批处理系统的特征单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。该系统的主要特征如下：(1)自动性(2)顺序性(3)单道性1.2.3多道批处理系统1.多道程序设计的基本概念在计算机内存中同时存放若干道已开始运行尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软件资源，从而使处理机得到充分利用。在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由

6、作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。卡片IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带磁带机卡片阅读机输出磁带打印机图1－4早期批处理系统$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN$JOB,10,429754CherryChen图1－5典型的FMSJOB结构图1-6单道和多道程序运行情况2.多道批处理系统的特点多道：多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU则系统让第二个作业占用CPU成批处理：用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发

7、现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序。无序性调度性3.多道批处理系统的优缺点资源利用率高(2)系统吞吐量大(3)可提高内存和I/O设备利用率(4)平均周转时间长(5)无交互能力。适合大型科学计算、数据处理。4.多道批处理需要解决的问题处理机管理问题。(2)内存管理问题。(3)I/O设备管理问题。(4)文件管理问题。(5)作业管理问题。1.2.4分时系统1.分时系统(Time-SharingSystem)的产生分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方

8、面：(1)人—机交互(