计算机科学导论第4讲.pptx

第4讲 计算机操作系统本讲内容计算机系统组成操作系统的演化主流操作系统文件路径用户界面计算机系统组成计算机系统由2个部分组成：硬件、软件 硬件系统---裸机一台完全无软件的计算机系统；通过执行机器指令来实现计算和I/O功能如何使用？操作系统 软件系统实用程序：编译程序、调试程序、连接装配程序。 应用软件：专用软件包、用户开发程序操作系统建立用户与计算机之间的接口而为裸机配置的系统软件(用户的角度) ；裸机上的第一层软件,由一系列的程序模块组成；一种资源管理程序(计算机系统设计者的角度).依据一定的策略对计算机的软硬资源进行分配、管理和调度，合理地组织计算机的工作流程，从而提高系统资源的利用效率。操作系统设计目标（1）有效性：有效管理和分配软、硬件资源及合理组织计算机工作流程来改善资源利用率、提高系统吞吐量；（2）便利性：优秀的用户界面和接口，更方便的使用计算机资源；（3）可扩充性：适应计算机硬件和体系结构的迅猛发展及其所对应的更高的功能和性能要求；（4）开放性：支持不同厂家与不同类型的计算机及其设备的网络化集成和协同工作，实现应用程序的可移植性和互操作性。操作系统的形成与发展顺序处理(手工操作阶段)简单的批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统手工操作阶段计算机没有配置OS 由程序员直接使用计算机硬件系统，将程序和数据送入计算机内存。按动启动按钮，计算机开始计算。简单的批处理系统(BATCH PROCESS SYSTEM)用户：不再直接与计算机打交道，而是将自己的作业(卡片叠或纸带)交给机房的操作员。操作员：将多个作业按序成批地放在一个输入设备上。监控程序 自动启动输入设备将一个个作业读入到磁带上，再将一个个作业顺序装入内存，并控制作业的运行处理。从而实现了各作业之间的自动转接，提高了系统效率。输入作业的结构简单批处理的二种控制方式早期的联机批处理早期的脱机批处理早期的联机批处理 作业的输入、计算和输出是在CPU直接控制下进行的。 缺点：主机的速度在输入/输出过程中，降低为慢速外设的水平。大大降低了CPU的利用效率。为此，引入早期的脱机批处理方式。卡片输入机系统带 应用带输入带卫 星 机（外围机）打印机主机输出带 早期的脱机批处理早期脱机批处理的特点外围机（小型卫星机）代替主机完成作业的输入/输出工作。脱机输入技术：在外围机的控制下，预先把作业从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要时，再直接从磁带机高速输入到内存，减少了CPU等待输入的时间。早期脱机批处理的特点脱机输出技术 CPU需要输出时，高速地把结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出。主机与慢速外设可以并行工作多道批处理系统指在内存同时放若干道程序，使它们在系统中交叉运行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。 特点：多道、宏观上并行（不同的作业分别在CPU和外设上执行）、微观上串行（在单CPU上交叉运行）。CPU主存通道I/O设备 多道程序设计的结构模型[例]假设一个计算机系统有256k主存(不包含操作系统)，一个磁盘、一个终端和一台打印机三个作业分别被命名为JOB1、JOB2、JOB3。各作业运行时间分别为5分钟、15分钟和10分钟。它们对资源的具体使用情况.三个作业对资源的使用情况 作业编号JOB1 JOB2 JOB3作业类型 计算型 I/O型I/O型占用主存50k 100k 80k 需磁盘情况NONO Yes 需终端情况NO Yes NO 需打印机情况NONO Yes 运行所需时间 5分钟 15分钟 10分钟 作业1主要使用CPU；作业2主要使用终端（键盘和显示器）；作业3主要使用磁盘和打印机。作业2和作业3需要较少CPU时间。简单批处理时：作业按顺序执行。作业1运行5分钟完成，作业2等待5分钟后再用15分钟完成，作业3等待20分钟后开始执行，30分钟后三个作业全部完成。 5分钟5分钟15分钟15分钟10分钟10分钟多道批处理时：三个作业同时装入主存并运行。由于它们运行中几乎不同时使用同类资源，这三个作业在15分钟内将全部完成。整个系统处理效率明显提高。批处理系统问题： （1）用户不能直接控制作业运行 （2）作业的周转时间太长。分时系统 分时系统：多用户交互式系统。多个用户通过交互方式分享使用同一台计算机。 一台分时计算机系统联有若干台远近终端，多个用户可以在各自的终端上以交互方式联机使用计算机。分时系统的特点同时性：若干个用户可同时使用计算机。独立性：每个用户占有一台终端，彼此独立操作，互不干扰。交互性：用户可通过终端与系统进行人机对话。及时性：用户的请求能在较短时间内得到响应。分时系统的响应时间：是指用户发出终端