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作業系統 第一章 簡介 第一章 簡介 什麼是作業系統﹖ 電腦系統的組成要素 使用者觀點 系統觀點 系統目標 系統特徵遷移 單節點系統 多節點系統 特殊目的系統 計算環境 摘要 什麼是作業系統﹖ 讓使用者妥善地使用軟硬體資源的系統程式 電腦系統的四個組成要素 硬體設備 作業系統 應用程式 使用者 作業系統負責控制並協調分配硬體資源給各個使用者，管理系統內的 硬體 軟體 資料 電腦系統的組成要素 使用者觀點 個人電腦作業系統的設計考量 使用上的便利性 執行的效能 大型電腦或迷你電腦作業系統的設計考量 提高系統中資源的使用率 使用者程式不會相互影響 手持式系統作業系統的設計考量 使用的方便性 省電 提高系統效能 系統觀點 作業系統是電腦上的資源分配者，負責管理並有效且公平地分配資源。 作業系統是一個控制程式，負責 管理程式的執行 預防錯誤或不正常地使用電腦 注重 I/O 裝置的操作與控制 作業系統創造出一個便利的系統使用環境，是將控制硬體、協調軟體及分配系統資源的函式集合而成的程式。 系統目標 個人電腦作業系統的主要目標是讓使用者可以方便地使用系統。 大型電腦作業系統的主要目標是讓系統能夠更有效率地運作。 圖形使用者界面使得作業系統在執行的效率之外更考慮了使用上的方便性。 作業系統與電腦結構的發展有著密切關係，而且是互相影響的，如 快取機制 多媒體晶片 系統特徵遷移 電腦系統的特徵由純硬體系統，到有編譯器產生應用程式，再到批次系統與分時系統，甚至發展出分散式系統與容錯系統。 有些以往只有在大型電腦上才有的功能，已經逐漸地在迷你電腦、微型電腦、以及手持式電腦上發展，如 MULTICS 作業系統。 作業系統特徵遷移示意圖 第一章 簡介 什麼是作業系統﹖ 單節點系統 大型電腦系統 個人電腦系統 多處理器電腦系統 多節點系統 特殊目的系統 計算環境 摘要 單節點系統 一般的電腦系統都是屬於單節點系統，如 大型電腦系統 個人電腦系統 多處理器電腦系統 為了充分使用系統資源、提高 CPU 的使用率，單節點系統中發展出了批次系統、多元程式系統與分時系統等技術。 大型電腦系統 批次系統 為了要加速電腦處理的速度，將性質接近的工作集合成一批次一次執行。 多元程式系統 當 CPU 所執行的工作進入等待狀態時，切換到記憶體中的其他工作繼續執行。 分時系統 分時系統也稱為多工系統，CPU 在記憶體中多個工作之間快速地切換，使用者可以與每個執行的程式進行互動。 批次系統記憶體示意圖 多元程式系統記憶體示意圖 個人電腦系統 個人電腦作業系統受到了許多大型電腦作業系統的影響，也繼承了許多大型電腦的技術，包括了 Microsoft Windows Apple Macintosh Linux IBM OS/2 等 由於微型電腦的價格低廉，大部分使用者都有自己的個人電腦，所以 CPU 的使用率已不再是主要考量。 而是如何讓使用者更方便地使用電腦系統。 多處理器電腦系統 多處理器系統具有多顆 CPU，這些 CPU 共享系統中的匯流排、時脈、記憶體以及週邊裝置等。 多處理器系統有三大優點： 提高產量 降低成本 提高可靠度 多重處理系統中的每個處理器都執行一份相同的作業系統。 非對稱多重處理使用主從架構，每個處理器有不同的工作，由主處理器負責控制整個系統，並分配工作給其他處理器。 對稱多重處理架構圖 第一章 簡介 什麼是作業系統﹖ 單節點系統 多節點系統 分散式系統 叢集式系統 特殊目的系統 計算環境 摘要 多節點系統 多節點系統中不只有一個節點，它可以將許多電腦集合在一起而提高系統的計算能力，或是可以共享系統中的資源。 分散式系統 叢集式系統 分散式系統 分散式系統就是架構在網路之上，藉由網路的連接共享資源以提高系統的計算效能，並提供使用者功能更豐富的服務。 分散式作業系統在各電腦之間的溝通較為緊密，使用者不需要知道對方的存在就可以彼此分享資源，感覺上像是使用同一部電腦上的資源。 分散式系統 (續) 分散式系統可以分為 主從(客戶/伺服)系統 伺服端會執行客戶端所發出的要求。 同儕系統 系統不同節點間的角色是對等的，各節點不僅要求服務，也提供服務。 客戶/伺服系統架構圖 叢集式系統 叢集式系統 利用區域網路緊密連接。 共享系統中的儲存裝置。 使用多個 CPU 進行運算。 包括對稱式叢集、非對稱式叢集、平行叢集和廣域網路叢集等。 叢集運算是用來提高系統的可用度，也就是系統隨時可供使用的程度，當叢集系統的其中一個節點發生故障，可以將故障節點上所執行的程式重新在其他節點上執行。 第一章 簡介 什麼是作業系統﹖ 單節點系統 多節點系統 特殊目的