《操作系统》第1章 概论(精品·公开课件).ppt

HZAU 理学院计算机系 姚娟 第1章 操作系统概述 1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的形成和发展 1.3 操作系统的功能 1.4 操作系统的类型 1.5 操作系统的特性及性能指标 1.6 中断系统 1.7 研究操作系统的几种观点 1.8 Windows XP的结构和特点 1.1 什么是操作系统 计算机硬件组织 微 型 机： 处理机+存储器+输入/输出设备。 总线结构（各部分通过总线交换信息）。 大，小型机： 中央处理机，I/O处理机（通道），存储器，I/O设备。 非总线结构（存储器成为其中心部分） 操作系统在计算机系统中的地位 操作系统的定义 1、科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。 2、功能的观点 3、用户的观点 4、软件的观点 5、管理的观点 课本上的定义P3 在计算机系统中必须配备操作系统的目标 有效性（系统管理人员的观点） 方便性（用户的观点 可扩充性（开放的观点） 1.2 操作系统的形成和发展 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高资源利用率的需要 2．方便用户操作 3．硬件的不断更新换代 4．计算机体系结构的不断发展 操作系统的发展 第1代 没有OS (40年代，电子管)：手工操作 计算机发展初期，计算机系统基本上仅由硬件组成(没有OS)，整个系统是由用户直接控制使用 缺陷 1. 用户上机时一人独占全机资源。 2. 程序运行前的准备时间过长。 3. 人的操作速度与机器运行速度相比，仍存在速度极不匹配的矛盾 (CPU等待人工操作－装卡片)。 第2代 OS的雏形(50年代，晶体管)：单道批处理系统 基本思想：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门常驻内存的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。 缺陷： 1. I/O 慢速，与CPU 的高速： CPU 与 I/O 操作交叉覆盖（串行） 2. 用户交互性差 第3代 OS出现：60年代中期——70年代中期 计算机进入第三代——集成电路时代。在这一时期操作系统初步形成并完善。 依次出现了三种最基本的操作系统类型：多道批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。（1.4节介绍） 第4代 OS的进一步发展：80年代至今 第四代计算机，大规模集成电路工艺技术飞速发展。操作系统也有了进一步发展：出现了个人计算机上的操作系统、网络操作系统和分布式操作系统，以及嵌入式OS。 1.3 操作系统的功能 处理机管理：对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务 存储管理：对存储“空间”的管理，主要指对内存的管理 设备管理：对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收 文件管理：又称为信息管理 用户接口：提供一个友好的用户访问操作系统的接口 1.4 操作系统的类型 基本类型 多道批处理操作系统（批处理系统、多道程序系统、多道批处理系统） 分时操作系统 实时操作系统 其它类型 多处理操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 个人计算机操作系统 嵌入式操作系统 批处理系统 所谓批处理系统是指系统中有一个监控程序，它负责完成用户程序的调人、启动运行、输出运行结果等工作。 联机批处理系统（50年代初） 脱机批处理系统（50年代末） 多道程序系统 60年代计算机硬件获得两个重大的进展： 通道: 是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。 中断： 指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。 定义 多道程序系统是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。 特征: 多道 宏观上并行 微观上串行 例题1 优点与问题： CPU 利用率大大提高 用户无控制权，无交互性，延迟大 多道批处理操作系统 多道批处理操作系统=批处理系统+多道程序设计技术 单道和多道批处理的比较： 单道：每次一个作业，内存大量浪费，作业按照先进先出的次序顺序处理； 多道：每次多个作业，充分利用内存，作业处理没有确定顺序。 多道批处理系统的特点 优点： 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 缺点： 用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改； 作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长； 分时操作系统Time Sharing OS 分时的定义 把计算机的系统资源（包括硬件和软件资源，尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片（