《操作系统》第1章-引论.ppt

高等学校计算机科学与技术专业教材 操 作 系 统 Operating System 孟庆昌 编著 电子工业出版社 Publishing House of Electronics Industry 北京·BEIJING 第1章 操作系统引论 一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的 本章内容提要 1.1 计算机系统概述 1.2 什么是操作系统 1.3 操作系统的发展历程 1.4 操作系统的类型 1.5 操作系统的特征 1.6 操作系统的结构 1.1 计算机系统概述 计算机系统是由硬件和软件组成的。 硬件是软件建立与活动的基础，而软件是 对硬件功能的扩充。 计算机硬件结构 由CPU，内存和若干I/O设备组成。它们经由系统总线连接在一起，实现彼此通信。 图1-1 现代计算机硬件结构 1.1.1 处理器 CPU工作的基本周期是： 从内存中提取指令 对指令译码 最后执行指令 每个CPU可以执行的指令集是专用的 1.1.1 处理器 所有CPU都包含某些寄存器 通用寄存器 专用寄存器 程序计数器 栈指针 PSW（程序状态字） 1.1.1 处理器 两种处理机执行状态 核心态 用户态 1.1.2 存储器 寄存器 高速缓存 内存 磁盘 磁带  图1-2 典型的存储器层次结构 1.1.3 I/O设备 通常由控制器和设备本身两部分组成 控制器 设备 设备驱动程序 1.1.3 I/O设备 输入和输出的工作方式 程序控制方式 程序中断方式 DMA方式 1.1.4 总线 总线分类 数据总线 地址总线 控制总线 1.2 什么是操作系统 1.2.1 操作系统概念 1．操作系统作为扩展机器 2．操作系统作为资源管理器 作为资源管理者，操作系统主要做 以下工作： 监视各种资源，随时记录它们的状态； 实施某种策略以决定谁获得资源，何时获得，获得多少； 分配资源供需求者使用； 回收资源，以便再分配。 操作系统的用户观点和系统观点 定义： 操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。 1.2.2 操作系统的主要功能 1．存储管理功能 内存分配、地址映射、内存保护、内存 扩充 2．处理机管理功能 作业和进程调度、进程控制和进程通信 3．设备管理功能 缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设 备无关性。 1.2.2 操作系统的主要功能 4．文件管理功能 文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制。 5．用户接口 命令界面 程序界面 图形界面 1.2.3 操作系统的地位 软件是相对硬件而言的，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则和相关的文档资料的总称。 软件是计算机执行的程序 软件通常可分为三大类，即应用软件、支撑软件和系统软件。 操作系统是裸机之上的第1层软件，它只在核心态模式下运行。 通常把经过软件扩充功能后的机器称为“虚拟机” 1.2.3 操作系统的地位 图1-4 计算机系统的层次关系 1.2.4 操作系统的服务与服务方式 1．操作系统提供的服务 2．操作系统的服务方式 （1）系统调用 （2）系统程序 3．命令解释程序 （1）内置方式 （2）外置方式 操作系统的服务方式 （1）系统调用 系统调用是操作系统提供的、与用户程序之间的接口，也就是操作系统提供给程序员的接口。它一般位于操作系统核心的最高层。 系统调用类似于过程调用 （2）系统程序 它们本身并不属于操作系统的一部分 1.3 操作系统的发展历程 1.3.1 操作系统的形成 1．手工操作阶段 2．早期批处理阶段 3．多道批处理系统 多道批处理系统 多道程序设计的基本思想是在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。 多道程序的这种交替运行称做并发执行 在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量（称为系统吞吐量）