1、1.1 存儲程序式計算機1.2 操作系統的發展歷史1.3 操作系統的基本概念1.4 操作系統的邏輯模型1.5 微機操作系統操作系統的作用操作系統的發展操作系統的特征與功能多道程序設計的概念操作系統的模型返回首頁返回首頁1.1.1 存儲程序式計算機的結構與特點1.1.2 作為擴展計算機功能的操作系統1.1.3 作為資源管理的操作系統 返回首頁返回首頁存儲程序式計算機模型的基本方案是，如要使計算機能夠自動地計算，必須有一個存儲器用來存儲程序和數據；同時要有一個運算器，用以執行指定的操作；有一個控制器，以便實現自動操作；另外，輔以輸入/輸出部件，以便輸入原始數據和輸出計算結果。于是形成了現代計算機的

2、基本組成形式。如圖1.1所示。存儲器運算器數據數據指令控制器控制信號輸出器輸入器程序和數據圖1.1 存儲程序計算機的組成返回本節返回本節一臺完全無軟件的計算機系統稱為裸機，即便其性能再強，相對于用戶來講，如果要面對計算機的指令集、存儲組織、I/O總線結構的編程則是十分困難的。對于一般程序員也并不想涉足硬件編程的種種具體細節，而希望針對數據結構抽象地使用硬件。如果我們在裸機上覆蓋一層I/O設備管理軟件，用戶便可以利用這層I/O設備管理軟件提供給用戶的接口來進行數據的輸入和輸出，那么用戶此時看到的計算機是一臺功能強大、使用方便的計算機，但實際上，計算機的硬件絲毫沒有變化，這樣的計算機稱為軟件擴充的

3、機器，或稱軟件虛擬機。 OS作為硬件系統和應用程序間的界面具有如下功能： 程序創建。 程序執行。 I/O設備的訪問。 控制對文件的訪問。 系統訪問。 查錯和糾錯。 簿記。 10返回本節返回本節從作為機器功能擴充的觀點看，操作系統是為用戶提供基本的方便的接口，這是一種自頂向下的觀點或是自內向外的觀點。但是從用戶向機器的觀點或自底向上的觀點來看，操作系統則用來管理一個復雜計算機系統的各個部分。現代計算機包含處理器、存儲器、時鐘、磁盤、終端、網絡接口、打印機以及許多其他設備。從這個角度來看，操作系統的任務是在相互競爭的程序之間有序地控制對處理器、存儲器以及其他I/O接口設備的分配。 作為資源管理器的

4、操作系統： 12I/O 設 備內 存處 理 器處 理 器I/O 控 制 器I/O 控 制 器I/O 控 制 器操 作 系 統軟 件程 序 和數 據數 據程 序O S返回本節返回本節1.2.1 無操作系統的計算機1.2.2 單道批處理系統與多道批處理系統及執行系統1.2.3 分時系統1.2.4 實時系統 1.2.5 網絡操作系統與分布式操作系統 返回首頁返回首頁 操作系統發展至今已有四十多年。設計操作系統主要有兩個目的：第一，為程序的開發和執行提供一個方便的環境；第二，為保證計算機系統順利執行，操作系統對各個計算活動進行調度。 14人工操作方式有以下兩個缺點：（1）用戶獨占全部計算機系統資源。（

5、2）CPU等待人工操作。用戶進行裝帶（卡）、卸帶（卡）等人工操作時，CPU這個系統最重要的資源空閑。 用戶 紙帶、卡片 計算機 圖圖1.2 手工操作計算機手工操作計算機16運算速度：運算速度：50005000次次/ /每秒每秒, 18000, 18000個真空管個真空管, , 占地占地182182平方米，重量平方米，重量130130噸，功耗噸，功耗140kW140kW 最早的計算機，從20世紀40年代末到50年代中期，程序員直接與硬件接觸，根本沒有OS。計算機運行在一個集成了指示器、各種開關、一些輸入設備以及一個打印機的控制臺之上。早期的這種系統存在兩個問題： (1)上機安排 (2)啟動時間

6、返回本節返回本節所謂批處理系統是指加載在計算機上的一個系統軟件，在它的控制下，計算機能夠自動地成批地處理一個或多個用戶的作業。首先出現的是監督程序控制的聯機批處理系統。如圖1.3所示。 脫機批處理系統控制作業的輸入/輸出過程是：利用一臺或多臺衛星機或微機進行輸入輸出程序和數據，把用戶程序集中到一起，讓它們從輸入機上讀取用戶程序，并輸出到磁帶上；主機空閑時從輸入磁帶機上取作業運行，并把結果輸出到高速輸出磁帶機上；當微機或衛星機空閑時，再控制向慢速外設上輸出。用戶用戶輸入機輸入機磁磁帶帶主主機機輸出設備輸出設備圖圖1.3 聯機處理系統聯機處理系統(監督程序控制減少人工操作）監督程序控制減少人工操作

7、）20卡片卡片早期批處理系統早期批處理系統IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶輸入磁帶磁帶機磁帶機卡片閱讀機卡片閱讀機輸出磁帶輸出磁帶打印機打印機Operating System高高速速磁磁帶帶高高速速磁磁帶帶輸入輸入機機輸出設輸出設備備主主機機微機微機圖圖1.4 脫機批處理系統脫機批處理系統批處理系統雖然實現了作業的自動選擇、作業的緩輸入與緩輸出，但也有很多缺點。例如，為了實現主機與外設的并行操作，引入了衛星機或微機專門負責I/O操作；當主機與高速外存通訊時，其過程仍由主機控制。所謂中斷是指當主機接到外界硬件發來的中斷信號時，停止原來的工作，轉去處理中斷的事件。在處理中斷完成以

8、后，主機又回到原來的工作點繼續工作。這樣可以使用戶程序的I/O申請完成后，主機能自動在原中斷點之后繼續運行，同時為多道程序并發執行打下了基礎。 用戶將作業交到機房，操作員將一批作業輸入到輔存（如磁盤）上，形成一個作業隊列。當需要調入作業時，管理程序從這一批中選幾道作業調入內存，讓它們進入內存運行。當一些作業完成時，管理程序調入另一些程序，直到這一批作業全部完成。批處理系統的工作流程批處理系統的工作流程在單道批處理系統中，內存中僅有一道作業，中斷和通道技術出現以后，雖然可以實現輸入/輸出設備與中央處理機并行操作，但由于屬于同一道作業的可并發執行的進程不多，大多數進程是有同步關系的，這使系統中仍有

9、較多的空閑資源，致使系統的性能較差。為了進一步提高資源的利用率和系統對作業的吞吐量，在20世紀60年代中期，引入了多道程序設計技術，由此而形成了多道批處理系統。單道程序與多道程序的執行過程如圖1.5和圖1.6所示。圖圖1.5 單道程序工作過程示意單道程序工作過程示意圖圖1.6 多道程序執行過程示意多道程序執行過程示意設在內存中有三道程序A、B和C，并按A、B、C的優先次序執行。其內部計算和I/O操作的時間如下表所示：操操 作作ABC計算計算306020I/O403040計算計算101020 程程 序序要求： (1)試畫出按多道程序運行的時間關系圖(調度程序的執行時間忽略不計)。完成這三道程序共

10、花多少時間？比單道程序運行節省多少時間？ (2)若處理調度程序每次進行程序狀態轉換的時間為1 ms，試畫出在處理機調度程序管理下各程序狀態轉換的時間關系圖。304010603010204020t260 ms計算I/O3040t190 msAB40C通道10202030104020(a)(b)3040t180 msAB40C通道110202030104020(c)通道23040t186 msAB40C通道110202030104020(d)通道2111111 若采用多道方式運行(多個通道)這三道程序，其程序運行時間關系如圖1.3(c)所示，總運行時間為:30+40+10+20+20+40+20=

11、180 ms，比單道可節省260180=80 ms。(2) 若處理調度程序每次進行程序狀態轉換的時間為1 ms，其程序運行時間關系如圖1.3(d)所示，這三道程序的總運行時間為： 30+1+40+1+10+1+20+1+20+1+40+1+20=186 ms。存儲保護與程序重定位處理機管理和調度系統資源的管理和調度多道。宏觀上并行。微觀上串行。在操作系統中引入多道程序設計技術以后，會使系統具有以下特征。（1）多道性 （2）無序性 （3）宏觀上并行、微觀上串行 （4）調度性 返回本節返回本節分時技術是把處理機的時間分成很短的時間片，這些時間片輪流地分配給各個聯機的各作業使用。如果某作業在分配給它

12、的時間片用完時仍未完成，則該作業就暫時中斷，等待下一輪運行，并把處理機的控制權讓給另一個作業使用。這樣在一個相對較短的時間間隔內，每個用戶作業都能得到快速響應，以實現人機交互。分時系統圖示主機主機終終端端是指終端用戶發出一條命令到系統處理完這條命令并作出回答所需的時間.T=NQ分時系統與多道批處理系統相比，具有完全不同的特征，由上所述可以歸納成以下幾點：（1）多路性：允許在一臺主機上同時聯接多臺聯機終端，系統按分時原則為每個用戶服務。（2）獨立性：每個用戶各占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。（3）及時性：用戶的請求能在很短時間內獲得響應。（4）交互性：用戶可通過終端與系統進行廣泛的人機對話。

13、操作系統的形成標志是多道程序和分時系統。多道程序設計：是指同時把若干個作業存放在內存中，并且同時處于執行過程中分時系統：在一臺計算機上，連接若干個終端，用戶通過這些聯機終端設備采用交互方式把他的程序和數據輸入到計算機中，并控制程序的執行操作系統的形成階段操作系統的形成階段返回本節返回本節1實時操作系統的分類2實時操作系統的主要目標實時控制實時控制系統的主要特點是：與被控制過程的變化速度相比，其反應速度要足夠快；工作安全可靠，即使系統硬件發生故障，系統也能安全運行；操作人員使用系統也簡單、方便。實時信息處理典型的實時信息處理系統有：飛機訂票系統、情報檢索系統等。專用性實時性在線性高可靠性系統的設

14、計目標不同交互性的強弱不同響應時間長短不同（1）實時時鐘管理。（2）連續人機對話。 （3）過載防護。 （4）高可靠性。 返回本節返回本節到20世紀80年代，隨著超大規模集成電路的發展產生了微型計算機，配置在微機上的操作系統稱為微機操作系統。最早出現的微機操作系統是8位微機上的CP/M，它是一個單用戶單任務操作系統，即只允許一個用戶上機，且只允許用戶程序作為一個任務運行。 1981年IBM公司推出16位的IBM-PC個人計算機，并在其上采用了微軟公司開發的MS-DOS操作系統。 1987年4月，IBM公司推出了OS/2，其最初的版本OS/2 1.X是針對80286開發的，仍屬16位操作系統，但已

15、能實現真正的多任務處理。 1990年微軟公司推出Windows 3.0，其友好的圖形用戶界面及易學易用的特點使其很快占領了個人計算機操作系統的市場。 1995年推出的Windows 95及1998年推出的Windows 98成為32位多任務操作系統的主流。 WindowsXPVista Windows7計算機網絡操作系統的模式：客戶/服務器模式（Client/Server）網絡中的各個站點可以分為兩大類：服務器：為客戶提供服務如文件服務、打印服務、數據庫服務等客戶機：用戶通過客戶機訪問服務器對等模式（Peer-to-Peer）各個站點是對等的，它既可作為客戶也可作為服務 在以往的系統中，其處理

16、和控制功能都高度集中在一臺主機上，所有的任務都由主機處理，這樣的系統稱為集中式處理系統。 所謂分布式系統，是指由多個分散的處理單元經網絡的連接而形成的系統。在分布式處理系統中，系統的處理和控制功能都分散在系統的各個處理單元上。系統中的所有任務可以動態地分配到各個處理單元中去。 如果允許多個用戶通過各自的終端，使用同一臺主機共享主機系統中的各類資源，而每個用戶程序又可進一步分為幾個任務，使它們并發執行，從而進一步提高資源利用率和系統吞吐量，則這種操作系統稱多為用戶多任務操作系統。在大、中、小型計算機上都可以配置多用戶多任務操作系統，在32位微機上也有很多配置多用戶多任務操作系統，最有代表性的是U

17、NIX操作系統。 計算機技術和通訊技術的結合使得微機用戶資源共享及相互通信的愿望成為可能，即在一臺計算機上可以使用其他機器上的資源或進行通信。這樣計算機網絡的概念得以產生。一些獨立自治的計算機利用通信線路相互連接形成的計算機的集合，稱為計算機網絡。大量的實際應用要求一個一體化的系統，用戶希望以統一的界面，標準的接口去使用系統的各種資源，實現所需的各種操作。這就導致了分布式系統的出現。一個分布式系統是若干計算機的集合，它們都有自己的局部存儲器和外部設備，但分布式系統是一個一體化的系統，在系統中有一個全局操作系統，即分布式操作系統，它負責整個系統的資源分配和調度、任務劃分、信息傳輸、控制協調等工作

18、，為用戶提供一個統一的界面，標準的接口，用戶通過這一界面實現所需的操作和使用系統的資源，但操作和計算是在哪一臺計算機上執行或使用哪個計算機的資源則由操作系統自動完成，用戶不用知道，即分布式操作系統是透明的。返回本節返回本節1.3.1 操作系統的定義1.3.2 操作系統的基本功能 1.3.3 操作系統的特征 返回首頁返回首頁用戶程序系統實用程序操作系統硬件方便用戶提高資源利用率操作系統是一個大型的程序系統，它負責計算機的全部軟、硬件資源的分配、調度工作，控制協調多個任務的活動，實現信息的存取保護，并提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環境。操作系統使整個計算機系統實現了高效率和高度自動化。計算機系

19、統擁有豐富的硬件、軟件資源，操作系統要對這些資源進行管理。在一般微機上配置單用戶操作系統，管理CPU、內存、打印機、鍵盤、顯示器、軟盤及硬盤驅動器、程序和數據，其目的是讓用戶方便地使用系統資源解決計算任務，如讓打印機打印計算結果，從鍵盤輸入數據、在軟盤上建立文件等。而在較大型機器上配置多用戶操作系統其資源管理的功能就要復雜得多，因為多個用戶共用一個系統，會產生資源共享的問題，即資源的競爭使用。 返回本節返回本節1存儲器管理的功能2處理機管理的功能3設備管理的功能4文件管理的功能內存分配內存分配的主要任務是為每道程序分配內存空間，但要以存儲器利用率最高、減少不可用的內存空間為準則，同時允許正在運

20、行的程序申請附加的內存空間，以適應程序和數據動態增長的需要。內存保護內存保護的主要任務是確保每道用戶程序在自己的內存空間中運行，互不干擾，也就是說絕不允許用戶程序訪問操作系統和其他用戶的程序和數據。地址映射一個應用程序經編譯后，通常會形成若干個目標程序，這些目標程序再經過鏈接而形成可執行程序。 內存擴充由于物理內存的容量有限，難以滿足用戶的需要，存儲器管理的任務就是在不增加物理內存的條件下，借助于虛擬內存技術從邏輯上去擴充內存容量，使用戶所感覺到的內存容量比實際內存容量大得多。 處理機管理的主要任務是對處理機進行分配，并對其運行進行有效的控制和管理。在多道程序環境下，處理機的分配和運行都是以進

21、程為單位，所以對處理機的管理可理解為對進程的管理。進程控制進程同步進程通信調度緩沖管理為達到緩解CPU和I/O設備速度不匹配的矛盾，達到提高CPU和I/O設備利用率，提高系統吞吐量的目的，許多操作系統通過設置緩沖區的辦法來實現。 設備分配設備分配的基本任務是根據用戶的I/O請求，為他們分配所需的設備。如果在I/O設備和CPU之間還存在設備控制器和通道，則還需為分配出去的設備分配相應的控制器和通道。設備處理設備處理程序又稱設備驅動程序。其基本任務是實現CPU和設備控制器之間的通信。 設備獨立性和虛擬設備用戶向系統申請和使用的設備與實際操作的設備無關 文件存儲空間的管理目錄管理文件的操作返回本節返

22、回本節1并發特征（Concurrence）2共享特征（Sharing）3虛擬特征（Virtual）4不確定性1并發特征（Concurrence） 并發性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。 2共享特征（Sharing） 共享是指系統中資源可供內存中多個并發執行的進程共同使用。 3虛擬特征（Virtual） 虛擬是指將一個物理的實體映射為若干個邏輯實體。 4不確定性第一，程序執行結果的不確定，程序執行結果的不可再現。 第二，多道程序設計環境下，每道程序在何時執行，各自執行的程序以及每道程序所需的時間是不確定的，也是不可預知。 返回本節返回本節1操作系統的對象2操作系統對象操縱和管理的軟件集合

23、3用戶接口返回首頁返回首頁用戶接口用戶接口（命令接口、程序接口、圖形用戶接口）（命令接口、程序接口、圖形用戶接口）對對象操縱和管理的軟件集合對對象操縱和管理的軟件集合（處理機管理軟件、存儲器管理軟件、設備管理軟件、（處理機管理軟件、存儲器管理軟件、設備管理軟件、文件管理軟件）文件管理軟件）操作系統對象操作系統對象（處理機、存儲器、設備、文件）（處理機、存儲器、設備、文件）圖圖1.7 操作系統的邏輯結構操作系統的邏輯結構（1）命令接口：這是用戶與操作系統直接的接口。用戶可以直接從鍵盤等終端設備輸入命令來取得操作系統的服務。（2）程序接口：這是應用程序與操作系統的接口。用戶通過在程序中安排系統調用

24、，讓程序取得操作系統的服務。（3）圖形用戶接口：目前流行的操作系統普遍配置了更為直觀的圖形用戶接口，將操作系統的各項功能及各種應用程序以圖標的形式表示出來，利用鼠標進行操作，這樣使用戶對計算機的操作更為直觀、簡單方便。返回本節返回本節1.5.1 DOS操作系統1.5.2 MS-Windows操作系統1.5.3 UNIX操作系統 返回首頁返回首頁 1981年IBM公司首次推出IBM-PC個人計算機，在微機中采用了微軟公司開發的MS-DOS操作系統。該操作系統在8位計算機操作系統CP/M的基礎上進行了較大的擴充，增加了許多內部和外部命令，使該操作系統具有較強的功能及性能優良的文件系統。隨著IBM-

25、PC及其兼容機的普及和暢銷，MS-DOS操作系統也就成了事實上的16位微機單用戶單任務操作系統的標準。返回本節返回本節1990年微軟公司推出的Windows 3.0以其易學易用、友好的圖形用戶界面、支持多任務的優點，很快占領了市場。1992年推出的Windows 3.1版，提供386增強模式，提高了運行速度，功能也更強大。1993年推出Windows NT是一個全新的32位多任務操作系統，成為Windows家族中功能最強并支持網絡功能的操作系統。 之后在Windows 95的基礎上又推出Windows 97、98，提供了Internet瀏纜器和網絡功能，使它們成了當今個人計算機上最廣泛使用的操

26、作系統。 商用NT系列、嵌入式OS、家用+商用返回本節返回本節UNIX操作系統是美國電報電話公司的Bell實驗室開發的，至今已有20多年的歷史，它最初是配置在DEC公司的PDP小型機上，后來在微機亦可使用。UNIX操作系統是唯一能在微機工作站、小型機到大型機上都能運行的操作系統，也是當今世界最流行的多用戶、多任務操作系統。返回本節返回本節本章描述了操作系統的基本概貌。重點介紹操作系統的定義及操作系統對系統資源的管理功能和操作系統的特征；闡述了多道程序設計技術和分時技術，并說明了批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統、網絡操作系統、分布式操作系統的特點及使用場合。 返回首頁返回首頁 1計算機

27、的操作系統是一種（b）。A.應用軟件B.系統軟件 C.工具軟件D.字表處理軟件 2UNIX屬于一種（a ）操作系統。A.分時系統B.批處理系統C.實時系統D.分布式系統 3.操作系統是一組（c）程序。A.文件管理B.中斷處理C.資源管理D.設備管理4.下里四個操作系統中，是分時系統的為（下里四個操作系統中，是分時系統的為（c）。）。A.CP/MB.MS-DOSC.UNIXD.WINDOWS NT5.批處理系統的主要缺點是（批處理系統的主要缺點是（ b）。）。A.CPU的利用率不高的利用率不高B.失去了交互性失去了交互性C.不具備并行性不具備并行性D.以上都不是以上都不是6.DOS操作系統主要功

28、能是（操作系統主要功能是（a ）。）。A.文件管理程序文件管理程序B.中斷處理程序中斷處理程序C.作業管理程序作業管理程序D.打印管理程序打印管理程序7.計算機操作系統的功能是（計算機操作系統的功能是（ d ）。）。A.把源程序代碼轉換為標準代碼把源程序代碼轉換為標準代碼B.實現計算機用戶之間的相互交流實現計算機用戶之間的相互交流C.完成計算機硬件與軟件之間的轉換完成計算機硬件與軟件之間的轉換D.控制、管理計算機系統的資源和程序的執行控制、管理計算機系統的資源和程序的執行8. 在分時系統中。時間片一定時，（在分時系統中。時間片一定時，（b），響應時間越長。），響應時間越長。A.內存越多內存越多

29、B.用戶數越多用戶數越多C.內存越少內存越少D.用戶數越少用戶數越少9操作系統的（操作系統的（d）管理部分負責對進程進行調度。）管理部分負責對進程進行調度。A.主存儲器主存儲器B.控制器控制器 C.運算器運算器D.處理機處理機10操作系統是對（操作系統是對（c）進行管理的軟件。）進行管理的軟件。A.軟件軟件B.硬件硬件C.計算機資源計算機資源D.應用程序應用程序11.從用戶的觀點看，操作系統是（從用戶的觀點看，操作系統是（a）。）。A.用戶與計算機之間的接口用戶與計算機之間的接口B.控制和管理計算機資源的軟件控制和管理計算機資源的軟件C.合理地組織計算機工作流程的軟件合理地組織計算機工作流程的軟件D.由若干層次的程序按一定的結構組成的有機體由若干層次的程序按一定的結構組成的有機體12.操作系統中采用多道程序設計技術提高操作系統中采用多道程序設計技術提高CPU和外部設備的（和外部設備的（ ab ）。）。A.利用率利用率B.利用率利用率C.穩定性穩定性D.兼容性兼容性13.操作系統是現代計算機系統不可缺少的組成部分，是為了提高計算機的操作系統是現代計算機系統不可缺少的組成部分，是為了提高計算機的（ a ）和方便