计算机操作系统课件——第1章 操作系统概论.ppt

操作系统课程概述 操作系统课程介绍的内容 课程考试方式及成绩计算 闭卷考试 平时成绩40% 期末考试成绩60% 第1章 操作系统绪论 操作系统是伴随着计算机系统的发展，逐步形成、发展和成熟起来的。 1.1 操作系统的概念 计算机系统由硬件和软件两部分组成。 硬件：计算机系统中由电子、机械、电气、光学和磁学等元器件构成的各种部件和设备。CPU、存储器及设备都是硬件。 软件：完成一定任务的程序及其数据。包括系统软件及应用软件。系统软件有操作系统、编译程序、编辑程序、数据库管理系统等；应用软件是为各种应用目的而编制的程序。 计算机的基本组成 计算机系统的层次关系 计算机硬件和软件以及软件的各部分之间形成了一种层次结构的关系。 操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩充。它位于硬件与其它软件之间，是所有其他软件运行的基础。 虚拟机 裸机：没有配置软件的计算机。 虚拟机：覆盖了软件的机器称为虚拟机或扩展机。 每当人们在计算机系统上覆盖了一层软件，系统功能便增强了。 配置操作系统的主要目标 提供用户与计算机之间的接口，使计算机更易于使用； 有效地控制和管理计算机系统中的各种资源，使之得到更有效的利用； 合理地组织计算机系统的工作流程，以提高资源利用率并改善系统性能。 研究操作系统的两个观点 从用户观点看：操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。为用户使用计算机提供服务。 从资源管理观点看：操作系统是计算机系统资源的管理者。 OS管理的计算机系统资源 操作系统管理的计算机系统软硬件资源包括： 处理机 存储器 设备 文件 资源的共享使用方式 资源的共享使用方式有： 时分复用：多个用户或程序轮流使用某个资源 空分复用：多个用户或程序同时使用资源的一部分 1.2 操作系统的形成与发展 操作系统的发展过程是一个从无到有，从简单到复杂的过程。 最初计算机上无操作系统，20世纪50年代出现了简单批处理系统，60年代出现了多道批处理系统，不久又出现了分时系统及实时系统… 1.2.1 手工操作阶段 人工操作方式：46~50年代中后期，计算机系统上没有配置操作系统，人们使用计算机采用手工操作方式。 用户使用计算机的过程大致如下： 先将程序纸带（或卡片）装入输入机， 然后启动输入机把程序和数据送入计算机， 接着通过控制台开关启动程序运行， 当程序运行完毕，由用户取走纸带和计算结果。 手工操作方式的特点 手工操作方式的特点： 用户独占计算机资源，资源利用率低 CPU等待人工操作 手工操作方式的不足： 手工操作的慢速与与CPU运算的高速之间的矛盾。此即人机矛盾。 CPU的快速与I/O设备慢速的矛盾。 1.2.2 早期批处理 为解决人机矛盾，人们提出了从一个作业到下一个作业的自动过渡方式，从而出现了批处理技术。 监督程序与批处理 监督程序是一个常驻内存的程序，它管理作业的运行，负责装入和运行各种系统程序来完成作业的自动过渡。监督程序是最早的操作系统雏形。 批处理技术是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。 早期的批处理分为： 联机批处理 脱机批处理 联机批处理 在早期联机批处理系统中， 操作员将若干作业合成一批输入到磁带上， 接着监督程序自动把磁带上该批作业的第一个调入内存编译， 然后由装配程序把编译结果装入内存启动执行， 该作业运行结束后输出结果； 第一个作业完成后，监督程序又调入第二个作业并重复上述过程，直到该批作业全部完成。 在完成了一批作业后，监督程序又控制输入另一批作业到磁带上，并按上述步骤重复处理。 脱机批处理 联机批处理中采用联机输入/输出，即输入/输出操作在主机控制下进行，其缺点是速度慢。为此引入脱机输入/输出技术。 在脱机批处理系统中，除主机外另设一台外围机（又称卫星机）。用户作业通过外围机输入到磁带上，而主机只负责从磁带上把作业调入内存，并予以执行。作业完成后，主机负责把结果输出到磁带上，然后再由外围机把磁带上的信息在打印机上输出。 脱机输入/输出技术 脱机输入：将用户程序和数据在一台外围机（又称卫星机）的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存。 脱机输出：当CPU需要输出时，高速地把结果送到磁带上，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。 脱机输入/输出示意图 脱机I/O与联机I/O 脱机输入/输出：输入/输出操作在外围机的控制下，脱离主机进行。 脱机I/O优点： 减少了CPU的空闲时间； 提高I/O速度。 联机输入/输出：输入/输出操作在主机控制下进行。 1.2.3 多道程序设计技术 单道批处理系统中内存仅一道程序，系统资源无法得到充分利用。下图是单道程序运行实例 多道程序设计技术 将多个作业存放在主存中，这些程序在