第1章 计算机操作系统概述14239

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1、第1章计算机操作系统概述1.1存储程序式计算机1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的基本概念1.4操作系统的逻辑模型1.5微机操作系统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1.1存储程序式计算机1.1.1存储程序式计算机的结构与特点1.1.2作为扩展计算机功能的操作系统1.1.3作为资源管理的操作系统返回首页1.1.1存储程序式计算机的结构与特点存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

2、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。存储器运算器数据数据指令控制器控制信号输出器输入器程序和数据图1.1存储程序计算机的组成返回本节1.1.2作为扩展计算机功能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

3、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1.1.3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

4、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网络操作系统与分布式操作系统返回首页1.2.1无操作系统的计算机人工操作方式有以下两个缺点：（1）用户独占全部计算机系统资源。（2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要的资源空闲。图1.2手工操作计算机返回本节1.

5、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。如图1.3所示。脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输入机上读取用户程序，并输出到磁带上；主机空闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时，再控制向慢速外设上输出。用户输入机磁带主机输出设备图1.3联机处理系统批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的缓输入与缓输出

6、，但也有很多缺点。例如，为了实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时，其过程仍由主机控制。所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为多道程序并发执行打下了基础。高速磁带高速磁带输入机输出设备主机微机图1.4脱机批处理系统批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了实现主机与外设的

7、并行操作，引入了卫星机或微机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时，其过程仍由主机控制。所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为多道程序并发执行打下了基础。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

8、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20世纪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。图1.5单道程序工作过程示意