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第1章操作系统引论 参考书： 操作系统——精髓与设计原理第五版 William Stalling 著 操作系统原理与设计 曹先彬 陈兰香 编 操作系统第二版 孟庆昌 牛欣源 编 本章内容提要 ■计算机硬件结构 ■什么是操作系统 ●操作系统概念 ●操作系统的主要功能 ●操作系统的地位 ■操作系统的发展历程 ■操作系统的类型 ■操作系统的特征 ■操作系统结构设计 1.1计算机硬件结构 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 软件是对硬件进行管理和功能扩充 计算机硬件结构 由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 它们经由系统总线连接在一起，实现彼此通信。 现代计算机硬件结构 1.1.1 处理器 ■CPU工作的基本周期是： 提取指令，译码分析，执行指令 每个CPU可以执行的指令集是专用的 ■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） ■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 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 1.1.4 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 ●把硬件细节与程序员隔离开，隐藏了底层硬件的特性 ●功能更强、使用更方便 2．操作系统作为资源管理器 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。 3. 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 操作系统是系统软件 ②基本职能是控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行 ③提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能 1.2.2 操作系统的主要功能 1．存储管理 内存分配 地址映射 内存保护 内存扩充 1.2.2 操作系统的主要功能 2．作业和进程管理 作业和进程调度 进程控制 进程通信 1.2.2 操作系统的主要功能 3．设备管理 缓冲区管理 设备分配 设备驱动 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 1.2.2 操作系统的主要功能 5．用户接口 ●程序接口 ●命令行接口 ●图形用户接口（GUI） 1.2.3 操作系统的地位 计算机系统的层次关系 简言之，软件是计算机执行的程序 软件通常可分为三大类 ●应用软件 ●支撑软件 ●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” 1.3 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 ●早期联机批处理 ●早期脱机批处理 3．多道批处理系统 多道批处理系统 ●多道程序设计： 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。 ●并发：多道程序在CPU上交替运行 ●系统吞吐量： 在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。 1.3.2 操作系统的发展 1.3.3 推动操作系统发展的动力 硬件技术更新 应用需求扩大 1.4 操作系统的类型 5大基本类型 批处理系统 分时系统 实时系统 网络系统 分布式系统 1.4.1 批处理系统 1．作业 是用户定义的、由计算机完成的工作单位。它通常包括一组计算机程序、文件和对操作