计算机系统的层次结构.ppt

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1、第一章概论§1计算机系统的层次结构§2操作系统的资源管理观点§3操作系统的服务观点§4操作系统的特性§5操作系统的硬件基础§6操作系统的装入与初启§1计算机系统的层次结构一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。硬件(即物理计算机)是系统的基本资源，其主要部件包括：中央处理机(CPU)、主存贮器(简称主存或内存)、外部存贮器(简称外存或辅存，包括磁盘和磁带)、终端(通常由键盘*和显示器组成)、控制台以及字符打印机等。CPU和内存构成系统的主机，其它部件统称为外部设备(简称外设），或称为输入输出(I／O)设备。图１-１计算机系统的抽象层次结构§２操作系统的资源管理观点２.１支持

2、资源共享的多道程序系统按照程序在系统中的运行方式，计算机系统分为单道程序系统和多道程序系统*。所谓单道程序系统是指系统只能顺序地执行用户程序，即仅当一个用户程序执*行完后，才启动另一个用户程序工作，在一个用户程序运行期间，它独占全机崐资源。这样的系统经常出现资源使用不充分和不均衡的现象，当ＣＰＵ工作时*，外设往往处于闲置状态；同样，当外设工作时，ＣＰＵ也往往空闲着；外设*之间亦同样如此。由于ＣＰＵ的速度远远高于外设，ＣＰＵ的浪费就显得尤为*严重。多道程序系统的实现需要硬件和软件的共同支持。在硬件技术中主要引入了中*断和通道。所谓中断，从概念上说是指意外事件或异步事件对ＣＰＵ的打断。

3、意*外事件如电源掉电或硬件故障，异步事件则是无一定时序关系的随机事件，例*如外部设备完成Ｉ／Ｏ传输，用户通过终端发出命令请求等。一旦意外事件或*异步事件发生，中断部件便向ＣＰＵ发出中断请求，暂停ＣＰＵ的当前工作。*通道则是一种专门用于控制外部设备的简单处理机，亦称Ｉ／Ｏ处理机，它联*接着主机和外设，具有向内存直接存取数据的能力。作为处理机，它执行专门*的通道指令，并可独立于ＣＰＵ，与ＣＰＵ同时工作。当现行程序需要Ｉ／Ｏ*传输时，ＣＰＵ只要命令通道去完成就行了，同时ＣＰＵ可以继续执行现行程*序的后续工作或执行其它程序。只有当通道控制相应的外部设备完成了指定的*数据传输任务后，才通过中断

4、部件向ＣＰＵ发出中断请求，ＣＰＵ立即暂停现*行程序的执行，转去执行中断处理程序。可见，中断和通道技术的引入，实现*了多部件并行工作，即ＣＰＵ与外设以及外设与外设之间同时工作。利用多部*件并行工作的特性，就可使多道程序同时运行，实现系统资源的共享。支持多*道程序系统的软件系统需要在多道程序之间合理地分配和回收系统资源,使资源*得到合理有效的利用，使得各个程序能够有条不紊地运行，这个软件就是操作系统。２.２操作系统的管理功能１.ＣＰＵ管理２.存贮器管理３.设备管理４.文件管理５.进程及作业管理§３操作系统的服务观点３.１公共服务功能（1）程序装入与执行（2）Ｉ／Ｏ操作（３）文件使用（４

5、）作业运行控制（５）错误检测与处理３.２操作系统的分类１.批处理系统（ＢａｔｃｈＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｙｓ*ｔｅｍ）批处理系统也称批量系统或作业流处理系统。所谓批处理意指用户作业的成批输入并处理，即系统将作业一批一批地输入系统并暂存在外存中，组成一个后备作业列队，每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或多个装入主机处理，作业完成后退出主机和后备作业装入主机运行均由系统自动实现，从而大大压缩了两个作业之间的转接时间，在系统中形成了一个自动转接的连续作业流，当一批作业运行完后，输出它们的运行结果，再接受下一批作业进入系统处理。然而，在现代批处理系统中，上述“批”的概念已不十分明显，用

6、户作业可被随时接受进入系统处理，运行结果也可以随机输出，而不必集中成批输入和输出，所以批处理的真实含义是指系统对源源不断的作业流的连续处理。批处理系统的特点是它采用的是脱机服务方式，即用户在其作业运行期间不能在控制台或终端上请求系统的服务以直接干预其作业的运行过程，而必须将其对作业的控制意图事先用作业控制语言编制成作业说明书或作业控制卡，这些控制意图可以是作业运行时的资源要求、作业步的执行次序、对可能的运行错误的处理措施等等。作业控制卡或作业说明书连同程序和数据一起提交给系统，由系统的作业控制程序或命令解释程序解释执行，提供相应的各种服务。批处理系统主要配置在较大的计算机系统上，由于

7、这样的机器的硬件设备配置较全，价格较贵，故现代批处理系统多建立在多道程序设计基础上，追求的是作业的大吞吐量和系统资源的充分利用。２.分时系统（Ｔｉｍｅ-ｓｈａｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）所谓“分时”，就是多个用户对系统资源进行时间上的分享。在分时环境下，一个计算机系统联有若干台本地或远程终端，每个用户可以在所占用的终端上以人-机会话的交互方式使用计算机。故分时系统又称为多用户交互式共享系统。分时系统具有以下三个特点：（１）多路性（２）交互性（３）独占性３实时系