操作系统原理与实践 -柯敏毅 第1章 计算机操作系统概述.ppt

操作系统原理与实践 主编 柯敏毅 李浩 中国水利水电出版社 第1章 计算机操作系统概述 1.1 存储程序式计算机模型 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念 1.4 操作系统的硬件介绍 1.5 操作系统的逻辑模型 1.6 操作系统简介 本章学习目标 操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型 1.1 存储程序式计算机模型 1.1.1 作为扩展机器的操作系统 1.1.2 作为资源管理的操作系统 储程序式计算机模型 储程序式计算机模型的基本方案是，如要使计算机能够自动地计算，必须有一个存储器用来存储程序和数据；同时要有一个运算器，用以执行指定的操作；有一个控制器，以便实现自动操作；另外，辅以输入/输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。于是形成了现代计算机的基本组成形式。如图1.1所示。 1.1.1 作为扩展机器的操作系统 一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软件虚拟机。 1.1.2 作为资源管理的操作系统 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。 1.2 操作系统的发展历史 1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统 1.2.3 分时系统 1.2.4 实时系统 1.2.5 微机操作系统、网络操作系统与分布式操作系统 1.2.1 无操作系统的计算机 从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其过程是： 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。 首先出现的是联机批处理系统。如下图1.3所示。 脱离主机控制的输入/输出批处理系统 在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批处理系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。如图1.4所示。 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统对作业的吞吐量，在60年代中期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程如图1.5和图1.6所示。 在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系统具有以下特征。 （1）多道性 （2）无序性 （3）宏观上并行、微观上串行 （4）调度性 1.2.3 分时系统 分时技术是把处理机的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各作业使用。如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等待下一轮运行，并把处理机的控制权让给另一个作业使用。这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。 分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同的特征，由上所述可以归纳成以下几点： 1.2.4 实时系统 1．实时操作系统的分类 2．实时操作系统的主要目标 1．实时操作系统的分类 l??实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。 l??实时信息