1.2操作系统的形成和发展.ppt

* Operating System OS 操作系统 郑州大学 申丰山 * Operating System OS 操作系统 郑州大学 申丰山 主要内容： 人工操作阶段 管理程序阶段 多道程序设计与操作系统的形成 操作系统的分类 1.2 操作系统的形成和发展 第一代计算机：从计算机诞生到50年代中期的计算机。 1. 计算机的应用模式 人工控制和使用计算机的过程大致如下： （1）人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或纸带上； （2）将准备好的汇编解释程序或编译系统装入计算机； （3）汇编程序或编译系统读入人工装在输入机上的穿孔卡片或穿孔带上的源程序； （4）执行汇编过程或编译过程，产生目标程序，并输出到目标卡片迭或纸带； （5）通过引导程序把装在输入机上的目标程序读入计算机； （6）启动目标程序执行，从输入机上读入人工装好的数据卡片或数据带上的数据； (7）产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出。 一、人工操作阶段（无操作系统）(1) 2. 严重缺点 （1）用户上机独占全机资源，造成资源利用率不高，系统效率低下。 （2）手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生差错。 （3）数据的输入，程序的执行、结果的输出均联机进行，从上机到下机的时间拉得非常长。 随着计算机硬件速度的不断提高，程序的实际运行时间显著减少，人工操作时间却变化不大，导致人机矛盾不断突出，CPU与慢速I/O设备之间的矛盾也日益突出，这些现象表明计算机的使用方式急需改变。 一、人工操作阶段（无操作系统）(2) 1. 计算机的应用模式 早期批处理系统借助于作业控制语言而不再是开关和按钮来控制作业的执行过程，实现了从计算机的手工操作方式到脱机操作方式的转变。用户上机时需要向操作员提交程序、数据和作业控制卡，操作员收集到一批作业后一起把它们放到卡片机上输入计算机。计算机上则运行一个驻留在内存的管理程序，以对作业进行自动控制和成批处理，自动进行作业转换减少了系统空闲时间和手工操作时间。 其工作流程如下： 操作员集中一批用户提交的作业，由管理程序将这批作业从纸带或卡片机输入到磁带上，每当一批作业输入完成后，管理程序自动把磁带上的第一个作业装入内存，并把控制权交给作业。当该作业执行完成后，作业又把控制权交回管理程序，管理程序再调入磁带上的第二个作业到内存执行，如此重复，直到磁带上的作业全部做完。 二、管理程序阶段 (1) 管理程序内存组织： 中 断 处 理 设 备 驱 动 作 业 定 序 命令和JCL语言解释器 用户程序区 其最主要的特点是实现作业到作业的自动转换，让计算机尽可能地连续运转，克服人工操作机器等人的缺点。 二、管理程序阶段 (2) 1. 多道程序设计的概念 多道程序设计是指允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行交替计算的方法。也即计算机内存中同时存放了多道程序，它们都处于开始和结束点之间。 从宏观上看，多道程序并发运行，它们都处于运行过程中，但都未运行结束。 从微观上看，多道程序的执行是串行的，各道程序轮流占用CPU，交替地执行。 多道程序设计技术的硬件基础是中断和通道技术。 引入多道程序设计技术的根本目的是提高CPU的利用率，充分发挥计算机系统部件的并行性，一些应用问题也只有靠多道程序设计技术才能有效解决。 三、多道程序设计与操作系统的形成 2.多道程序设计技术提高资源利用率和系统吞吐量的原理 例如计算某个数据处理问题P1，要求从输入机上输入500个字符(花78ms)，经CPU处理52ms后，将结果2000个字符存到磁带上(花20ms)，重复进行，直至输入数据全部处理完毕。 单道算题运行时处理器的使用效率分析： 78 输入机 处理器 磁带机 时 间 52 20 78 52 20 78 52 20 此时处理机的利用率为：52/（78+52+20）≈ 35% 为提高效率，让计算机同时接受两道算题，当第一道程序在等待外围设备的时候，让第二道程序运行，降低CPU空等时间，处理器的利用率显然可以有所提高。 例如，在计算P1的同时，计算机还接受了另一算题P2：从另一台磁带机2上输入2000个字符（花 20ms），经42 ms的处理后，从行式打印机上输出两行(约花 88ms) 。 两道算题运行时处理器的使用效率分析： 此时处理机的利用率为：（52+42）/（78+52+20）≈ 63% 78 52 P1 P2 42 20 78 52 P1 P2 42 20 输入机 处理器 磁带机1 时 间 磁带机2 打印机 78 52 P1 P2 42 20 20 88 20 88 20 88 3.多道程序设计的利弊 1)采用多道程序设计提高了CPU、内存