操作系统课件

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操作系统
主讲:罗梓元 邮箱:cadre@ 课件下载:
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课程的性质、目的和要求
操作系统是计算机系统配置的最基本系统软件,在计算机 系统软件中占有极其重要的地位。 本课程主要从操作系统实现资源管理的观点出发,阐述如 何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理,使计算机系 统协调一致地、有效地为用户服务,充分发挥资源的使用 效率,提高计算机系统的可靠性和服务质量,是计算机专 业的一门重要的核心课程。 通过本课程的学习,要求学生能够较全面地了解和掌握现 代计算机操作系统的基本概念、基本原理,了解操作系统 的设计方法和常用的实现技术,具有使用和分析操作系统 的基本能力,为深入学习其他专业课打好理论基础。
脱机输入:将用户程序和数据在一台外围机的控制下,预 脱机输入:将用户程序和数据在一台外围机的控制下,
先输入到磁盘或磁带上, 需要这些程序和数据时, 先输入到磁盘或磁带上,当CPU需要这些程序和数据时, 需要这些程序和数据时 再直接从磁盘或磁带上输入到内存, 再直接从磁盘或磁带上输入到内存,这样就加快程序的输 入过程,减少CPU的等待时间 入过程,减少 的等待时间 脱机输出:程序运行完毕,CPU需要输出时, 脱机输出:程序运行完毕,CPU需要输出时,直接将运算结 需要输出时 果送到磁盘或磁带上, 果送到磁盘或磁带上,然后在一台外围机的控制下通过输 出设备输出
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
无操作系统阶段: 无操作系统阶段:脱机输入输出方式 采用脱机输入输出,有如下优点: 采用脱机输入输出,有如下优点: • 减少CPU的空闲时间 减少CPU CPU的空闲时间 • 提高输入输出速度
联机输入/输出 联机输入 输出
纸带机 外围机 打印机
输入带
存在的问题: 存在的问题:
• 在多道程序之间应如何分配被它们共享的处理机? 在多道程序之间应如何分配被它们共享的处理机? • 如何为每道程序分配必要的内存空间? 如何为每道程序分配必要的内存空间? • 系统中有多种类型的I/O设备供多道程序共享,应如何分配这 系统中有多种类型的I/O设备供多道程序共享, I/O设备供多道程序共享 I/O设备 设备? 些I/O设备? • 大量的程序和数据应如何组织,才能保证数据的安全性和一致 大量的程序和数据应如何组织, 性? 16
• 硬件技术的更新:晶体管、电子管、集成电路、大规模集成电 硬件技术的更新:晶体管、电子管、集成电路、 路和超大规模集成电路 • 应用需求的扩大:手工操作、批处理系统、分时系统、实时系 应用需求的扩大:手工操作、批处理系统、分时系统、 统 17
配置操作系统的目的: 配置操作系统的目的:
有效地控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源, 有效地控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源,使之得到更 有效的利用 合理组织计算机系统的工作流程, 合理组织计算机系统的工作流程,改善系统性能 提供一个计算机用户与硬件系统之间的接口, 提供一个计算机用户与硬件系统之间的接口,使计算机系统更易 于使用
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段: 多道程序设计阶段:
单处理机系统中多道程序运行特点: 单处理机系统中多道程序运行特点:
• 多道:计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 多道:计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 • 宏观上并行:同时进入系统的多道程序都处于运行过程中,即 宏观上并行:同时进入系统的多道程序都处于运行过程中, 它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕。 它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕。 • 微观上串行:内存中的多道程序轮流占有 CPU,交替执行。 微观上串行: CPU,交替执行。
• 自动性:在正常的情况下,系统无需人工干预,载体上的一批 自动性:在正常的情况下,系统无需人工干预, 作业是被自动地依次处理 • 顺序性:载体上的各作业按顺序进入内存,各作业完成的顺序 顺序性:载体上的各作业按顺序进入内存, 与它们进入内存的顺序相同 • 单道性:内存中始终是保持一道作业。监督程序一次只调入一 单道性:内存中始终是保持一道作业。 个作业进入内存运行,当该作业完成或发生错误时, 个作业进入内存运行,当该作业完成或发生错误时,才调入后 一个作业进入 • 存储器保护:用户提交作业后,再不能修改提交作业的信息, 存储器保护:用户提交作业后,再不能修改提交作业的信息, 所有操作都由处理器自行完成
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段: 多道程序设计阶段: 多道程序设计技术: 多道程序设计技术:是指同时把多个作业放入内存并 允许它交替执行,当一道程序因某种原因( I/O请求 请求) 允许它交替执行,当一道程序因某种原因(如I/O请求) 而暂停执行时,CPU立即转去执行另一道程序 而暂停执行时,CPU立即转去执行另一道程序 多道程序设计的基本思想是 多道程序设计的基本思想是:在内存中同时存放多道 基本思想 程序,这些程序在管理程序的控制下交替运行, 程序,这些程序在管理程序的控制下交替运行,共享 处理机及系统中的其他资源。 处理机及系统中的其他资源。
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
打印机
纸带机
输入带 外围机 输出带
输入带 主机 输出带
无操作系统阶段: 无操作系统阶段:脱机输入输出方式
在这种方式下,系统中除了主机之外,另设一台外围机 在这种方式下,系统中除了主机之外,另设一台外围机 又称卫星机),外围机只与外部设备打交道, ),外围机只与外部设备打交道 (又称卫星机),外围机只与外部设备打交道,不与主机 直接相连
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段: 多道程序设计阶段:
多道程序下程序的运行情况: 多道程序下程序的运行情况:
举例
从图中可以看出:两程序可以交替运行,若安排合适, 从图中可以看出:两程序可以交替运行,若安排合适,就会使 CPU保持忙碌状态,而I/O设备也可满负荷工作。系统的资源利 保持忙碌状态, 设备也可满负荷工作。 保持忙碌状态 设备也可满负荷工作 用率提高了
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段: 单道批处理系统阶段:
在单道批处理系统下单道程序的运行情况: 在单道批处理系统下单道程序的运行情况:
计算 请求输入
用户程序
启动I/O 启动 I/O完成 完成
继续计算
监督程序 I/O操作 操作
结束中断
从图中可以看出:当程序发出 请求时 请求时, 从图中可以看出:当程序发出I/O请求时,CPU便处于等待状态 便处于等待状态 此时CPU空闲),当I/O完成后才能继续运行程序,因此单道 空闲), 完成后才能继续运行程序, (此时 空闲),当 完成后才能继续运行程序 程序系统中, 程序系统中,CPU的利用率不高 的利用率不高 13
输入带 主机
输出带
输出带
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段: 单道批处理系统阶段:
批处理: 批处理:是指计算机系统对一批作业自动进行处理的技术 单道批处理:在内存中只保持一道作业 单道批处理: 批处理过程:在脱机输入/输出方式中 输出方式中, 批处理过程:在脱机输入/输出方式中,事先把一批作业放 在磁带上,这些作业在系统监督程序的控制下, 系统监督程序的控制下 在磁带上,这些作业在系统监督程序的控制下,先把磁带 中的第一个作业调入内存,并把控制权交给该作业。 中的第一个作业调入内存,并把控制权交给该作业。该作 业处理完成后,监督程序再把第二个作业调入内存, 业处理完成后,监督程序再把第二个作业调入内存,按照 这种方式,把磁带上的作业一个一个自动地处理, 这种方式,把磁带上的作业一个一个自动地处理,直到把 磁带上的全部作业处理完毕 监督程序: 监督程序:
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第一章 操作系统概述
教学目的: 教学目的
掌握操作系统的概念及发展 了解操作系统的分类 掌握操作系统的特性和功能 认知几种典型的操作系统
§1.1 操作系统的概念及发展
一、计算机系统的组成
计算机系统:由硬件系统和软件系统两部分组成, 计算机系统:由硬件系统和软件系统两部分组成,硬件是 系统的物质基础, 系统的物质基础,软件是计算机系统发挥功能的灵魂 硬件系统: 硬件系统: 主要由5部分组成:运算器、控制器、存储器、 主要由5部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设 备和输出设备 裸机:没有配置任何软件的计算机 裸机:
• 监督程序是一个常驻内存的程序,它管理作业的运行。监督程 监督程序是一个常驻内存的程序,它管理作业的运行。 序是最早的操作系统雏形。 序是最早的操作系统雏形。 11
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段: 单道批处理系统阶段:
单道批处理系统的主要特征: 单道批处理系统的主要特征:
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
现代操作系统的形成: 现代操作系统的形成:
针对多道程序系统中存在的问题,人们研制了组软件, 针对多道程序系统中存在的问题,人们研制了组软件,利 用这组软件来妥善有效地处理上述问题, 用这组软件来妥善有效地处理上述问题,这样便形成了操 作系统 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源, 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理 一组控制和管理计算机硬件和软件资源 组织计算机工作流程,以及方便用户使用的程序的集合 组织计算机工作流程,以及方便用户使用的程序的集合 从操作系统形成至今的几十年间,其性能、规模、 从操作系统形成至今的几十年间,其性能、规模、应用等 方面都取得了飞速的发展。 方面都取得了飞速的发展。推动其发展的主要因素为
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
无操作系统阶段: 无操作系统阶段:人工操作方式 人工操作方式的特点: 人工操作方式的特点: • 用户独占计算机资源,资源利用率低 用户独占计算机资源, • CPU等待人工操作 等待人工操作 人工操作方式的不足: 人工操作方式的不足: • 手工操作的慢速与与 手工操作的慢速与与CPU运算的高速之间的矛盾。 运算的高速之间的矛盾。 运算的高速之间的矛盾 此即人机矛盾。 此即人机矛盾。 • CPU的快速与 设备慢速的矛盾。 的快速与I/O设备慢速的矛盾 的快速与 设备慢速的矛盾。 为解决这些矛盾,出现了批处理技术及脱机输入/输出 为解决这些矛盾, 出现了批处理技术及脱机输入 输出 技术。 技术。
二、操作系统的定义
操作系统: System,是计算机系统中的一个系统软件, 操作系统:Operating System,是计算机系统中的一个系统软件,
是一些程序和模块的集合, 是一些程序和模块的集合,它们以最有效合理的方式组织和管理计算 机的软硬件资源,合理地组织计算机的工作流程, 机的软硬件资源,合理地组织计算机的工作流程,控制程序的执行并 向用户提供各种服务功能,使用户能够灵活、方便、 向用户提供各种服务功能,使用户能够灵活、方便、有效地使用计算 使整个计算机系统能高效地运行。 机,使整个计算机系统能高效地运行。
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
无操作系统阶段: 无操作系统阶段:人工操作方式 时间: 时间: • 20世纪50年代,计算机系统上没有配置操作系统, 20世纪50年代 计算机系统上没有配置操作系统, 世纪50年代, 人们使用计算机采用手工操作方式 用户使用计算机的过程大致如下: 用户使用计算机的过程大致如下: • 先将程序纸带(或卡片)装入输入机, 先将程序纸带(或卡片)装入输入机, • 然后启动输入机把程序和数据送入计算机, 然后启动输入机把程序和数据送入计算机, • 接着通过控制台开关启动程序运行, 接着通过控制台开关启动程序运行, • 当程序运行完毕,由用户取走纸带和计算结果。 当程序运行完毕,由用户取走纸带和计算结果。
我是硬件
软件系统: 软件系统: 主要由系统软件 和应用软件组成
我是软件
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§1.1 操作系统的概念及发展
一、计算机系统的组成
完整的计算机系统的组成: 完整的计算机系统的组成:
运算器 CPU
主机
控制器 ROM RAM 存储器
计 算 机 系 统
硬件系统
内存储器
系统
件 件
件系统
Байду номын сангаас
系统 件 件
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§1.1 操作系统的概念及发展
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