中国计量大学计算机操作系统-第4章(2016-2017-1)PPT课件
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大学计算机基础第4章操作系统基础精品PPT课件
为了合理的使用计算机系统内包含的的各种资源，提高整个系统的使用效率。 3
4.1.2 操作系统的发展历史
1. 人工操作
•工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；
•计算机的工作特点 计算机的全部资源（CPU、内存、外部设备等）由一个用户独占。 CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
使用。
“分时”的含义是多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个
用户或程序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。
多个用户分时：允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的
用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，
等待下一次用户输入。
时间片分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。
实时操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
12
4.1.4 操作系统的特征
• 并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生.
• 共享性 多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源.
• 虚拟性 通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备.
13
4.2 操作系统的功能
用户
应用程序 操作系统
卸取纸带或卡片；CPU利用率低； •缺点：
计算机的高处理速度与手工操作的慢速度成为矛盾; CPU和输入输出设备的工作串行进行，计算机工作效率很低。
4
手工操作阶段
手工操作阶段（无操作系统）
作业
程序 数据 作业说明
输入 设备
主机
输出 设备
计算 结果
10分钟
1分钟
10分钟
CPU利用率 = 1/21 < 5%
4.1.2 操作系统的发展历史
1. 人工操作
•工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；
•计算机的工作特点 计算机的全部资源（CPU、内存、外部设备等）由一个用户独占。 CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
使用。
“分时”的含义是多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个
用户或程序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。
多个用户分时：允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的
用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，
等待下一次用户输入。
时间片分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。
实时操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
12
4.1.4 操作系统的特征
• 并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生.
• 共享性 多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源.
• 虚拟性 通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备.
13
4.2 操作系统的功能
用户
应用程序 操作系统
卸取纸带或卡片；CPU利用率低； •缺点：
计算机的高处理速度与手工操作的慢速度成为矛盾; CPU和输入输出设备的工作串行进行，计算机工作效率很低。
4
手工操作阶段
手工操作阶段（无操作系统）
作业
程序 数据 作业说明
输入 设备
主机
输出 设备
计算 结果
10分钟
1分钟
10分钟
CPU利用率 = 1/21 < 5%
计算机操作系统慕课版课件
固定分区
将内存划分为若干个大小相等的分区，每个 分区只能装入一个作业。
分区分配策略
首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算 法等。
页式存储管理
页面
将进程的逻辑地址空间划分为一系列大小相等的页。
页框
将内存物理地址空间划分为与页面大小相等的存储块，称为页框或页帧。
页表
记录逻辑页号与物理页框号之间的对应关系。
DMA控制方式
通道控制方式
外设与内存直接进行数据交换，无需CPU 干预。
通道控制器控制多个外设与内存进行数据传 输。
设备分配与回收
设备分配原则
先进先出、优先级高者先等。
设备回收策略
安全回收、非安全回收等。
设备分配算法
静态分配、动态分配等。
设备分配数据结构
设备控制表、系统设备表等。
设备处理与缓冲区管理
常见的操作系统安全威胁
包括病毒、木马、蠕虫、恶意软件等。
操作系统安全机制
身份认证机制
确保用户身份合法，防止非法用户访问系统 资源。
加密与解密机制
保护数据在传输和存储过程中的机密性和完 整性。
访问控制机制
根据用户身份和权限，控制用户对系统资源 的访问。
审计与日志机制
记录系统操作和用户行为，便于事后分析和 追责。
设备处理流程
设备驱动、数据传输、设备中断等。
缓冲区管理策略
单缓冲、双缓冲、循环缓冲等。
ABCD
缓冲区的作用
缓解CPU与外设速度不匹配的问题，提高数据 传输效率。
缓冲区与设备间的数据交换方式
同步交换、异步交换等。
设备驱动程序的设计
设备驱动程序的功能
控制设备操作，实现数据传输。
大学计算机基础——第一讲ch4计算机结构
二进制（binary） 0,1 (逢二进一)
m
N= bi×2i
八进制(octal)
in
0,1,...,7
(逢八进一)
N= oi×8mi
十进制(decimal) i0n,1,...,9 (逢十进一)
N= di×1m0i
十六进制(shíliùjiìnn zhì)(hex) 0,1,...,9,A,B,C,D,E,F (逢十六进一)
优点：元件状态少，处理简单、可靠。
③逻辑性强
二进制数字0和1正好代表逻辑代数中的‘假’ 和‘真’。因此，可用逻辑代数作为工具分析 和设计计算机中的逻辑电路，使逻辑电路成为 计算机设计的数学基础。
精品资料
3)信息存储单位 位（bit比特，缩写b）:
二进制的每一位（0或1）是二进制信息的最小 单位，存储器中最小存储单位称为一个存储位 （bit）。 字节（byte ,缩写B）：
N = hi×1m6i
in
精品资料
2)计算机采用二进制的原因
①二进制数运算简单 只有0和1两个数。“逢二进一”； 二进制数是由一串0和1的数构成。
二进制数加法运算规则(guīzé)： 0+0=0; 0+1=1+0=1; 1+1=10 (逢二进一) 例： 计算1011011+1010.11
1011011 + 1 0 1 0.1 1
精品资料
程序执行过程(guòchéng)
取指令
分析指令
结束指令？
N
执行指令
由不同(bù tón 功能部件 完成
Y
结束
精品资料
流水线工作方式(fāngshì)的指令执 行过程
取指令1 取指令2 取指令3 取指令4
计算机操作系统第四版ppt课件
计算机操作系统第 四版ppt课件
目录
• 引言 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 并行与分布式处理系统
01
CATALOGUE
引言
计算机操作系统概述
01
02
03
定义
计算机操作系统是一种系 统软件，它是计算机上的 一个关键组成部分。
作用
操作系统管理和控制计算 机的硬件和软件资源，为 用户提供方便、高效的使 用环境。
04
共享性
操作系统中的资源可以被多个程序共 同使用。
06
异步性
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行， 但由于资源有限，进程的执行顺序和执行时间 都是不确定的。
02
CATALOGUE
进程管理
进程的概念和特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
通道控制方式
通道独立控制I/O操作，实现了 CPU、通道、I/O设备的并行工
作。
设备分配策略及实现方法
设备分配中的数据结构
设备控制表、设备队列、系统设备表等。
设备分配策略
先进先出、优先级高者先等分配策略。
设备分配算法
基于设备请求队列的分配算法、基于设备优先级的分配算法等。
设备分配的安全性
死锁的预防、避免和检测与恢复。
实现多道程序的并发执行，提高内存 利用率和系统吞吐量。
分区存储管理方案
固定分区
将内存划分为若干个固定大小的区域，每个 区域只能装入一个作业。
分区分配算法
首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适 应算法等。
可变分区
根据作业大小动态划分内存区域，提高内存 利用率。
目录
• 引言 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 并行与分布式处理系统
01
CATALOGUE
引言
计算机操作系统概述
01
02
03
定义
计算机操作系统是一种系 统软件，它是计算机上的 一个关键组成部分。
作用
操作系统管理和控制计算 机的硬件和软件资源，为 用户提供方便、高效的使 用环境。
04
共享性
操作系统中的资源可以被多个程序共 同使用。
06
异步性
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行， 但由于资源有限，进程的执行顺序和执行时间 都是不确定的。
02
CATALOGUE
进程管理
进程的概念和特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
通道控制方式
通道独立控制I/O操作，实现了 CPU、通道、I/O设备的并行工
作。
设备分配策略及实现方法
设备分配中的数据结构
设备控制表、设备队列、系统设备表等。
设备分配策略
先进先出、优先级高者先等分配策略。
设备分配算法
基于设备请求队列的分配算法、基于设备优先级的分配算法等。
设备分配的安全性
死锁的预防、避免和检测与恢复。
实现多道程序的并发执行，提高内存 利用率和系统吞吐量。
分区存储管理方案
固定分区
将内存划分为若干个固定大小的区域，每个 区域只能装入一个作业。
分区分配算法
首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适 应算法等。
可变分区
根据作业大小动态划分内存区域，提高内存 利用率。
计算机操作系统第四 汤小丹 官方PPT课件
第22页/共86页
1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
第1页/共86页
1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
第11页/共86页
• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
第17页/共86页
• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
第1页/共86页
1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
第11页/共86页
• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
第17页/共86页
• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
《计算机操作系统》ppt课件完整版
线程的实现方式
1 2
用户级线程 在用户空间中实现的线程，内核对其无感知，线 程管理和调度由用户程序自己完成。
内核级线程 在内核空间中实现的线程，内核负责线程的创建、 撤销和调度等操作，线程管理开销较大。
3
混合实现方式 结合用户级线程和内核级线程的特点，将部分线 程管理功能交给用户程序完成，以提高效率。
进程的状态与转换
进程的基本状态包括就绪、执行和阻塞三种。
进程状态转换的典型情况包括：运行到就绪、就绪到运行、运行到阻塞、阻塞到就 绪等。
进程状态转换由操作系统内核中的进程调度程序完成。
进程控制与管理
进程控制包括进程的创建、撤销、阻塞和唤醒等操作。
进程管理包括进程同步、进程通信、进程调度和进程死锁 等问题。
优点
提高了系统的并发性和响应速度，充分利用了多核处理器 的优势。
缺点
线程间的同步和通信可能增加编程的复杂度和出错概率。
对象管理技术
对象管理概念
对象管理是指操作系统 采用面向对象的思想来 管理系统的资源，如文 件、设备、进程等。
优点
提高了系统的模块化程 度，便于扩展和维护； 增强了系统的安全性， 通过封装和访问控制保 护对象。
THANKS
感谢观看
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统概念
嵌入式操作系统是用于嵌入式系统的专用操作系统， 负责管理和控制嵌入式设备的硬件和软件资源。
优点
嵌入式操作系统具有实时性、可靠性和可定制性等特 点，适用于各种嵌入式应用场景。
缺点
嵌入式操作系统的资源受限，如处理器速度、内存大 小和存储容量等，需要针对特定应用进行优化。
享内存等。
调度与分配
按照一定策略对进程进 行调度，分配处理机资
计算机系统概论第四章
第四章冯·诺依曼（Von Neumann）模型我们现在将抽象层次再提高一层，下面我们将在第三章逻辑结构的基础上，运用判定元件和存储元件来构建被约翰·冯·诺依曼（John V on Neumann）在1946年首次提出的基本计算机模型。
4.1 基本组件为了让计算机完成一项工作，我们需要两样东西：为了完成工作，说明计算机必须做的事情的计算机程序，和执行这项工作的计算机。
计算机程序由一组指令组成，每一条指令说明了计算机执行的一件明确定义的工作。
指令是计算机程序中规定的可执行的最小的一件工作。
也就是说，计算机要么执行指令所说明的工作，要么就什么也不做，计算机并不奢侈于一次可以执行多条指令。
冯·诺依曼在1946年提出了一个处理计算机程序的基本的计算机模型。
图4.1显示了其基本组件。
我们对冯·诺依曼的原图进行了一点打破常规的改变，并做了一些修饰。
这个模型由5个部分组成：存储器，处理单元，输入，输出，控制单元。
程序被放在计算机存储器内。
指令执行的顺序控制是由控制单元来实现的。
我们将对这五个部件一一进行描述。
4.1.1 存储器回忆在第三章我们看到的一个简单的22×3存储器，它由逻辑门和锁存器组成。
更现实的今天的计算机系统的存储器一般是228×8位的。
这是今天的计算机的典型存储方式，一共有228个存储单元，每个存储单元可以存储8个比特。
我们说这样一个存储器有228个不同存储单元的地址空间和8位的寻址能力，我们称这样的存储器是一个256兆字节（缩写为MB）的存储器。
“256兆字节”是说有228个存储单元，“字节”是指每个存储单元里可以存储8个比特。
字节（byte）表示8个比特的信息量，就像一个加仑用来表示四夸脱一样。
我们注意到用k位可以表示2k项。
要确定228个地址，就必须使用28位二进制数表示。
在第五章，我们将开始讨论LC-3的指令集结构。
我们将看到LC-3的地址空间是216，寻址能力是16位。
大学计算机第4章 操作系统
❖ 对于多CPU的大型并行计算机系统，就可以同时执 行几个进程。
❖ 等待状态，又成为阻塞状态，指进程 由于等待某个事件（条件）的发生 （成立）而暂时不能运行的状态。通 常在系统中，处于等待的进程也常有 多个。
❖ 等待状态还可以根据等待事件的类别 分为不同的子状态，如：内存等待、 I/O等待、文件等待等等。
读卡机 打印机
卫星机
输入 输出
主机
管理程序阶段
手工操作
批量处理 ❖ 脱机批处理缓解了I/O与CPU的速度矛盾，但 增加了用户的等待时间。
管理程序 ❖ 60年代引入了通道(Channel)技术，中断
(Interrupt)技术取得突破性发展。通道专门用
多道程序 设计与多
于控制I/O的小型处理机，借助与缓冲存储技 术实现与主机的CPU并行工作。
❖ 由于批处理实现了作业的自动转换，从而缩
多道程序 设计与多
短了作业间的交接时间和准备时间。这叫单 道批处理系统。
道批处理 ❖ 由于是单道的，慢速I/O与高速CPU的矛盾仍
未解决，CPU的利用率仍很低下。
操作系统
脱机批处理系统
1. 设置一个低挡的卫星机专门管理I/O，用户的作业仍在主机上 运行，但其输入输出在卫星机上并行进行，这样提高了主机 CPU的利用率。
独立性
进程是程序和数据集合的 实体，是系统分配资源，能 被处理机调度运行的基本单 位，各个进程之间是相互独 立的。
异步性
各个进程按照各自独立地、 不可预知的速度异步的向前 推进。
进程与程序的区别
❖ 程序是一组有序的指令，是一种静态的概念。而进程是指的一 次运行的活动，是动态的概念。也即，进程是执行程序的动态 过程，程序是进程运行的静态文件。
❖ 等待状态，又成为阻塞状态，指进程 由于等待某个事件（条件）的发生 （成立）而暂时不能运行的状态。通 常在系统中，处于等待的进程也常有 多个。
❖ 等待状态还可以根据等待事件的类别 分为不同的子状态，如：内存等待、 I/O等待、文件等待等等。
读卡机 打印机
卫星机
输入 输出
主机
管理程序阶段
手工操作
批量处理 ❖ 脱机批处理缓解了I/O与CPU的速度矛盾，但 增加了用户的等待时间。
管理程序 ❖ 60年代引入了通道(Channel)技术，中断
(Interrupt)技术取得突破性发展。通道专门用
多道程序 设计与多
于控制I/O的小型处理机，借助与缓冲存储技 术实现与主机的CPU并行工作。
❖ 由于批处理实现了作业的自动转换，从而缩
多道程序 设计与多
短了作业间的交接时间和准备时间。这叫单 道批处理系统。
道批处理 ❖ 由于是单道的，慢速I/O与高速CPU的矛盾仍
未解决，CPU的利用率仍很低下。
操作系统
脱机批处理系统
1. 设置一个低挡的卫星机专门管理I/O，用户的作业仍在主机上 运行，但其输入输出在卫星机上并行进行，这样提高了主机 CPU的利用率。
独立性
进程是程序和数据集合的 实体，是系统分配资源，能 被处理机调度运行的基本单 位，各个进程之间是相互独 立的。
异步性
各个进程按照各自独立地、 不可预知的速度异步的向前 推进。
进程与程序的区别
❖ 程序是一组有序的指令，是一种静态的概念。而进程是指的一 次运行的活动，是动态的概念。也即，进程是执行程序的动态 过程，程序是进程运行的静态文件。
大学计算机基础课件 第4章
9
4.2.3 保存文档
使用文件|保存命令。 使用文件|另存为命令，可以将当前编 辑的文档以另一文件名保存。
10
4.3 文档的编辑
4.3.1 输入文本
1. 改写/插入状态 状态栏中的“改写”若为灰色，表示
当前的输入状态为插入状态；状态栏中的 “改写”若为正常显示，表示当前的输入 状态为改写状态。
改写/插入状态的切换可通过双击状态 栏上的 “改写”按钮或按Insert键来实现。
11
2. 输入文本 若输入英文直接输入就可以了，输入
的过程中Word会自动将句首的字母大写， 并能自动检查出拼读错误的单词。
12
Word会自动更正一些简单的输入错误。 若错误地拼写了一个不太常用的词，Word 会在该单词下边标上红波浪线。
若Word认为有语法错误，则在错误下 边标上绿波浪线。若要想修改它，按 Backspace键，直到错误消除(标记消失)， 再重新输入文本。
选择需要的制表位类型后，在需要制 表位的位置(水平标尺下标有刻度线的浅灰 色部分)单击，则标尺上就产生相应的制表 位。
44
设置制表位后，制表位前的水平标尺 浅灰色部分标的刻度线将被取消。
若要删除制表位，只要将制表位拖动 出标尺即可。在标尺内拖动的话，可以移 动制表位的位置。
45
使用鼠标设置制表位，其位置不好精 确确定。
大家好
1
第4章 文字处理软件Word 2010
4.1 Word 2010基础 4.2 文档的基本操作 4.3 文档的编辑 4.4 文档排版
2
4.5 制作表格 4.6 图文混排 4.7 形状 4.8 审阅文档 4.9 打印文档
3
4.1 Word 2010基础
4.1.1 中文版Word 2010的新功能
4.2.3 保存文档
使用文件|保存命令。 使用文件|另存为命令，可以将当前编 辑的文档以另一文件名保存。
10
4.3 文档的编辑
4.3.1 输入文本
1. 改写/插入状态 状态栏中的“改写”若为灰色，表示
当前的输入状态为插入状态；状态栏中的 “改写”若为正常显示，表示当前的输入 状态为改写状态。
改写/插入状态的切换可通过双击状态 栏上的 “改写”按钮或按Insert键来实现。
11
2. 输入文本 若输入英文直接输入就可以了，输入
的过程中Word会自动将句首的字母大写， 并能自动检查出拼读错误的单词。
12
Word会自动更正一些简单的输入错误。 若错误地拼写了一个不太常用的词，Word 会在该单词下边标上红波浪线。
若Word认为有语法错误，则在错误下 边标上绿波浪线。若要想修改它，按 Backspace键，直到错误消除(标记消失)， 再重新输入文本。
选择需要的制表位类型后，在需要制 表位的位置(水平标尺下标有刻度线的浅灰 色部分)单击，则标尺上就产生相应的制表 位。
44
设置制表位后，制表位前的水平标尺 浅灰色部分标的刻度线将被取消。
若要删除制表位，只要将制表位拖动 出标尺即可。在标尺内拖动的话，可以移 动制表位的位置。
45
使用鼠标设置制表位，其位置不好精 确确定。
大家好
1
第4章 文字处理软件Word 2010
4.1 Word 2010基础 4.2 文档的基本操作 4.3 文档的编辑 4.4 文档排版
2
4.5 制作表格 4.6 图文混排 4.7 形状 4.8 审阅文档 4.9 打印文档
3
4.1 Word 2010基础
4.1.1 中文版Word 2010的新功能
计算机操作系统第四版课件
计算机操作系统第四版课件contents •计算机操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统•设备管理•操作系统安全与保护目录01计算机操作系统概述存储器管理处理机管理程控制、进程同步、进程通信和定义设备管理设备，包括设备驱动、设备无关性、缓冲管理和虚拟设备等。
文件管理早期操作系统批处理系统分时系统030201实时系统系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
网络操作系统和分布式操作系统网络操作系统是基于计算机网络的，是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用；分布式操作系统是管理分布式系统资源的软件，它负责分布式系统中全部软、硬件资源的分配与调度，保证系统高效、可靠地运行，并提供各种系统服务。
计算机硬件与软件的关系硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。
没有软件的计算机被称为“裸机”，裸机是无法工作的。
硬件和软件相互依存，缺一不可。
硬件和软件协同发展，共同推动计算机技术的进步。
随着半导体技术、集成电路技术和微处理器技术的发展，计算机硬件的性能不断提高，成本不断降低，使得计算机软件的开发和应用得以广泛普及。
同时，软件技术的不断发展也促进了硬件技术的不断进步，例如操作系统的发展推动了计算机体系结构的变革，数据库技术的发展促进了存储技术的进步等。
02进程管理进程的概念与特性010203进程的状态与转换进程的状态就绪状态、执行状态、阻塞状态。
进程的状态转换就绪->执行、执行->阻塞、阻塞->就绪。
进程状态转换的原因时间片到、等待事件发生、资源分配等。
进程控制块PCB PCB包含的信息PCB的作用1 2 3进程同步进程通信实现进程同步与通信的机制进程同步与通信03内存管理位于CPU 内部，速度最快，容量最小，用于存放指令和数据。
寄存器高速缓存（Cache ）主存（内存）磁盘（外存）位于CPU 和主存之间，速度较快，容量较小，用于存放CPU 近期可能用到的数据和指令。
大学计算机基础课件 第4章 操作系统和文件管理
• BlackBerry OS：又称黑莓操作系统，是由加 拿大的Research In Motion公司（现已更名 为BlackBerry公司）为其智能手机产品 BlackBerry开发的专用操作系统。黑莓操作 系统以其处理邮件的能力而闻名。
操作系统的加载
• 对于大多数计算机而言，操作系统存储在 硬盘上。在计算机开机时，需要从硬盘上 加载操作系统到内存中，并进行相应的处 理，计算机才可以正常工作。这个从计算 机开机到计算机准备完毕的过程，称为引 导过程，或引导计算机。
常见桌面操作系统
• DOS——经典命令行界面系统
常见移动操作系统
• iOS：苹果公司开发的移动操作系统，用于 iPhone、iPad和iPod Touch等移动设备。
• Android OS：也称安卓操作系统，是谷歌公 司为移动设备开发的基于Linux的开源操作 系统。
• Windows Phone（简称WP）：微软公司发 布的移动操作系统。
• 服务器操作系统一般安装在Web服务器、 数据库服务器、应用服务器等大型计算机 上，具有很高的稳定性和安全性
常见桌面操作系统
• Microsoft Windows——全球用户量最大的 桌面操作系统。（90%市场份额）
1983 1985 1987 1987 1988 1990 1991 1992 1992 1993 1993 1995 1996 1998
文件管理隐喻
• 文件管理隐喻是对计算机存储模型的形象 化描述，也可称为逻辑存储模型。
• 关于文件管理有两种隐喻：
• 文件柜式。计算机的存储设备相当于文件柜的 一个个抽屉。文件夹放在抽屉中，文件则放在 文件夹中或放在文件夹的外面。
• 树状结构。树代表了存储设备，树干相当于根 目录，树枝相当于子目录。树枝还能分出更小 的树枝代表多级子目录，树枝上的叶子代表文 件。
操作系统的加载
• 对于大多数计算机而言，操作系统存储在 硬盘上。在计算机开机时，需要从硬盘上 加载操作系统到内存中，并进行相应的处 理，计算机才可以正常工作。这个从计算 机开机到计算机准备完毕的过程，称为引 导过程，或引导计算机。
常见桌面操作系统
• DOS——经典命令行界面系统
常见移动操作系统
• iOS：苹果公司开发的移动操作系统，用于 iPhone、iPad和iPod Touch等移动设备。
• Android OS：也称安卓操作系统，是谷歌公 司为移动设备开发的基于Linux的开源操作 系统。
• Windows Phone（简称WP）：微软公司发 布的移动操作系统。
• 服务器操作系统一般安装在Web服务器、 数据库服务器、应用服务器等大型计算机 上，具有很高的稳定性和安全性
常见桌面操作系统
• Microsoft Windows——全球用户量最大的 桌面操作系统。（90%市场份额）
1983 1985 1987 1987 1988 1990 1991 1992 1992 1993 1993 1995 1996 1998
文件管理隐喻
• 文件管理隐喻是对计算机存储模型的形象 化描述，也可称为逻辑存储模型。
• 关于文件管理有两种隐喻：
• 文件柜式。计算机的存储设备相当于文件柜的 一个个抽屉。文件夹放在抽屉中，文件则放在 文件夹中或放在文件夹的外面。
• 树状结构。树代表了存储设备，树干相当于根 目录，树枝相当于子目录。树枝还能分出更小 的树枝代表多级子目录，树枝上的叶子代表文 件。
汤小丹计算机操作系统官方第四PPT课件
页面置换算法
FIFO（先进先出）算法
选择最早进入内存的页面进行置换。
LRU（最近最少使用）算法
选择最近一段时间内最久未使用的页面进行 置换。
OPT（最佳）算法
选择将来最久不会被访问的页面进行置换， 需要预知未来的页面访问序列。
04
文件系统
文件的概念与类型
文件的基本概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作 系统进行数据管理的基本单位。
06
操作系统安全与保 护
操作系统安全概述
安全威胁的类型
病毒、蠕虫、木马、黑客攻击等。
操作系统安全的重要性
保护系统资源，防止未经授权的访问和破坏 。
安全策略的制定
访问控制、加密、防火墙等。
访问控制技术
访问控制的概念
通过身份认证和权限管理， 控制用户对系统资源的访问 。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控 制、基于角色的访问控制等 。
担。
中断驱动I/O方式
利用中断机制实现CPU与I/O设备的 并行工作，提高CPU的利用率。
通道控制方式
使用通道控制器管理多个I/O设备， 实现更高效的I/O操作。
设备分配技术
独占设备分配
为进程分配独占设备，确保进程对设备的独占性 访问。
共享设备分配
允许多个进程共享同一设备，通过时间片轮转或 优先级调度等方式实现设备的共享访问。
设备访问控制
提供设备访问接口，对用户或 应用程序的设备访问请求进行 控制和管理。
设备性能优化
对设备的性能进行监测和分析 ，提供性能优化建议，提高设 备的运行效率。
I/O控制方式
程序I/O方式
通过程序直接控制I/O操作，适用于简 单的、低速的I/O设备。
《计算机操作系统》PPT课件
3、存档：既可以进行读出又可以进行写入操作。
四、文件与文件夹的删除与恢复
在对文件或文件夹进行删除操作之前，首先要选定操作。 常用的选定方法以下几种：
1、单击一个文件或文件夹，此文件或文件夹就变为反色 显示，这就是该文件或文件夹进行了选定。
2、在资源管理器的右边文件夹内容列表中、可以同时选 定多个连续的文件夹、方法是：单击待选内容的第一项、 然后按下Shift 键后在选待选内容的最后一项、然后松开 Shift键、就可以选定连续的内容
（式做图例标题，）就可以立即打开该程序的窗口。
1、复制软盘
由于保管不善或其他原因，软盘可能会损坏、这时软盘中的 信息会读不出来，所以存重要信息的软盘一定要复制一长做备 份。做法如下例题：
（做例题）
软件的安装、使用与卸载
一、团件的安装与卸载一般步骤
1、软件的安装 第一步：打开“控制面板”窗口
单击
第二布：双击“控制面板”窗口中的“Байду номын сангаас加删除程序”对 话框。
第三步：单击“填加/删除”按钮，稍后会弹出一个“确认删 除”的信息框
第四步：单击“确定”按钮，就会弹出删除对话框，选择 “删除”单选选项，再单击“下一步”按钮。
第五步：卸载完成后弹出完成的对话框，单击“完成”就次 软件被删除了。
3、软件运行的集中方法
1、单击“开始”按钮，然后选择“程序”，在选择应用程 序。 2、直接在桌面上双击该应用程序的快捷图标。 3、从“资源管理器”中双击双击该应用程序的执行文件。 4、利用“开始”菜单的“运行”选项启动程序。 （做演示）
三、“开始”菜单
单击任务栏 左端的“开始”，就打开了如图所示的“开始”
程序
菜单。 把鼠标指针指向开始菜单中的“程序”菜单就可以看
四、文件与文件夹的删除与恢复
在对文件或文件夹进行删除操作之前，首先要选定操作。 常用的选定方法以下几种：
1、单击一个文件或文件夹，此文件或文件夹就变为反色 显示，这就是该文件或文件夹进行了选定。
2、在资源管理器的右边文件夹内容列表中、可以同时选 定多个连续的文件夹、方法是：单击待选内容的第一项、 然后按下Shift 键后在选待选内容的最后一项、然后松开 Shift键、就可以选定连续的内容
（式做图例标题，）就可以立即打开该程序的窗口。
1、复制软盘
由于保管不善或其他原因，软盘可能会损坏、这时软盘中的 信息会读不出来，所以存重要信息的软盘一定要复制一长做备 份。做法如下例题：
（做例题）
软件的安装、使用与卸载
一、团件的安装与卸载一般步骤
1、软件的安装 第一步：打开“控制面板”窗口
单击
第二布：双击“控制面板”窗口中的“Байду номын сангаас加删除程序”对 话框。
第三步：单击“填加/删除”按钮，稍后会弹出一个“确认删 除”的信息框
第四步：单击“确定”按钮，就会弹出删除对话框，选择 “删除”单选选项，再单击“下一步”按钮。
第五步：卸载完成后弹出完成的对话框，单击“完成”就次 软件被删除了。
3、软件运行的集中方法
1、单击“开始”按钮，然后选择“程序”，在选择应用程 序。 2、直接在桌面上双击该应用程序的快捷图标。 3、从“资源管理器”中双击双击该应用程序的执行文件。 4、利用“开始”菜单的“运行”选项启动程序。 （做演示）
三、“开始”菜单
单击任务栏 左端的“开始”，就打开了如图所示的“开始”
程序
菜单。 把鼠标指针指向开始菜单中的“程序”菜单就可以看
《计算机系统概论》PPT课件
第2、3章 主要教学内容
第2章 讲解数据表示和运算方法，这是设计实现计算机运算器部件的理 论根底。
计算机中都使用二进制的信息编码。二进制编码和码制转换是数据运算 的数学根底。
整数的原码、补码表示是为了简化数据运算的方案，可以简化用到的硬 件线路，提高运算速度。
数据的检错纠错编码技术是提高硬件可靠性的有效措施。 第3章 讲解计算机的运算器部件，有定点运算器和浮点运算器２种类型， 是实现数据运算的执行部件。 重点学习定点运算器，由完成算数与逻辑运算的电路 ALU 和暂存运算 数据和中间结果的存放器组 REGs 、保存结果特征状态的Flag 存放器这３ 个主要局部组成。 一般了解浮点运算器的组成和浮点数的运算方法即可。
学习存储器分类和可用器件的存储原理、读写过 程的根本知识；了解存储器的性能指标；
学习主存的构建技术，与CPU的连接方式和读写 时序关系；学习高速缓存的构建技术，运行原理；一 般了解虚拟存储器的实现方案和根本术语。
对磁盘、光盘的原理性组成和运行原理有根本了 解，理解磁盘阵列技术的特点和对系统性能的影响。12
不是只有设计计算机硬件系统的人才要学这门课,计算机专 业的人员都应该对其有所了解。选择了计算机专业，终生要与 计算机系统打交道、要使用好计算机就应该学习这门课，否那 么就算不上一名合格的计算机专业人员。总不该把计算机硬件 系统看作为电视机一样的产品，开一下电源选选台能看节目了 就行了。
计算机中有许多知识是到处都会用到的，是学习后续多门 课程 (系统构造， 操作系统，编译原理，高级语言程序设计, 计 算机网络，数据库) 的根底，将来工作中如何想清楚、如何解 决遇到的许多问题都会涉及到计算机的硬件问题。
10
第4章 主要教学内容
第4章 讲解计算机的存储器系统。 当前计算机的存储器系统由高速缓存、主存和虚
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第四章 存储器管理
4.2.2 程序的链接
1．静态链接方式(Static Linking)
(1)对相对地址进行修改。在由编译程序所产生的所有目标 模块中，使用的都是相对地址，其起始地址都为0，每个模 块中的地址都是相对于起始地址计算的。
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5
第四章 存储器管理
4.1.3 高速缓存和磁盘缓存
1．高速缓存
介于寄存器和存储器之间，主要用于备份主存中较常用 的数据，以减少处理机对主存的访问次数。高速缓存的容 量大于或远大于寄存器，访问速度快于主存储器。
根据程序执行的局部性原理(即程序在执行时将呈现出局 部性规律，在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个 部分)，将主存中一些经常访问的信息存放在高速缓存中， 减少访问主存储器的次数，可大幅度提高程序执行速度。
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6
第四章 存储器管理
4.1.3 高速缓存和磁盘缓存
2．磁盘缓存
由于磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，因此 将频繁使用的一部分磁盘数据和信息，暂时存放在磁盘 缓存中。
磁盘缓存本身并不是一种实际存在的存储介质，是利 用主存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出(或写入)的 信息。主存也可以看做是辅存的高速缓存。 一个文件的数据可能出现在存储器层次的不同级别中。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
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第四章 存储器管理
4.2.1 程序的装入
3．动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading)
可重定位装入方式不允许程序运行时在内存中移动位 置。然而，程序在运行过程中，它在内存中的位置可能 经常要改变，此时就应采用动态运行时装入的方式。
第四章 存储器管理
第四章 存储器管理
4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配存储管理方式 4.4 对换(Swapping) 4.5 分页存储管理方式 4.6 分段存储管理方式、
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1
第四章 存储器管理
4.1 存储器的层次结构
4.1.1 多级存储器结构
存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄存器，中间 为主存，最底层是辅存。
装入模块。根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内 存 空 间.
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
根据具体的功能分工可细为：寄存器、高速缓存、主存 储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。
在存储层次中越往上，存储介质的访问速度越快，价格 也越高，相对存储容量也越小。
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2
第四章 存储器管理
CPU寄 存 器
寄存器 高速缓存
主存
主存
磁盘缓存
辅存
磁盘 可移动存储介质
图4-1 计算机系统存储层次示意
动态运行时的装入程序在把装入模块装入内存后，并不 立即把装入模块中的逻辑地址转换为物理地址，而是把这 种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。
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12
第四章 存储器管理
4.2.2 程序的链接
源程序经过编译后得到一组目标模块。链接程序将这组目 标模块以及它们所需要的库函数装配成一个完整的装入模块。
根据链接时间的不同，可把链接分如下三种： (1)静态链接。在程序运行之前，先将各目标模块及它们 所需的库函数，链接成一个完整的装配模块。 (2)装入时动态链接。一组目标模块在装入内存时，采用 边装入边链接的链接方式。 (3) 运行时动态链接。对某些目标模块的链接，是在程序 执行中需要该(目标)模块时，才对它进行的链接。
程序中所使用的绝对地址，既可在编译或汇编时给出， 也可由程序员直接赋予。
绝对装入方式只适用于单道程序环境。
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第四章 存储器管理
4.2.1 程序的装入
2．可重定位装入方式(Relocation Loading Mode)
在多道程序环境下，编译程序产生从0开始编址的目标 模块，并由链接程序链接成一个从0开始编址的、完整的
装入，由装入程序(Loader)将装入模块装入内存。
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第四章 存储器管理
库
编译程序 产生的目 标模块
内存
链接 程序
装入模块
装入 程序
…
第一步
第二步
第三步
图4-2 对用户程序的处理步骤
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第四章 存储器管理
4.2.1 程序的装入 1．绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
在编译时，编译程序产生绝对地址（即物理地址）的 目标代码（即装入模块）。装入程序按照装入模块中的 地址，将程序和数据装入内存。这时，逻辑地址与实际 内存地址完全相同。
寄存器和主存储器 称为可执行存储器
OS的存储管理负 责对可执行存储器 的分配、回收，以 及数据移动的管理 机制。
寄存器、高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于操作系
统存储管理的管辖范畴，掉电后它们存储的信息不再存 在。固定磁盘和可移动存储介质属于设备管理的管辖范 畴，它们存储的信息将被长期保存。
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3
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第四章 存储器管理
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
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4
第四章 存储器管理
4.1.2 主存储器与寄存器
2．寄存器
寄存器访问速度最快，完全能与CPU协调工作，但容量 不大。寄存器的数目，对于当前的微机系统和大中型机，可 能有几十个甚至上百个；而嵌入式计算机系统一般仅有几个 到几十个。寄存器用于加速存储器的访问速度。寄存器的长 度一般以字(word)为单位。
第四章 存储器管理
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。
CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。