操作系统第1章操作系统发展.pptx

第一台数字计算机
英国数学家Charles Babbage(1792-1871)设计 他投入了毕生精力 但却没能让它成功地运行起来
因为当时的技术不可能达到需要的精度
当然，这个分析机没有操作系统
1. 真空管计算机时代—人工操作
二战对武器设计的需要 美国、英国和德国等国家 开始了电子数字计算机的研究工作
• 成功之例：
AT&T公司贝尔实验室的两个计算机迷 Dennis Ritchie 和 Ken Thompson, 首先在 PDP-7 上实现了UNIX系统。 (这样他们可在一台无人使用的 DEC PDP-7 小型计算机上玩星际探险游戏）
Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 1983年图灵奖获得者 1999年4月 美国国家技术金奖
一个用户独占计算机的全部资源, 资 源利用率低,工作效率非常低。
每个用户都要自行编写涉及到硬件的 源代码。工作量大, 难度高, 易出错, 需要 大量人力和物力。
人机矛盾, 人低速与机器利用率。
CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾。
为了解决这两个矛盾出现了脱机I/O方 式, I/O设备由外围机控制。
二. 批处理
存中的另一个作业并运行之。 • 增加: 存储管理重定位保护,并发程序设计技术。
采用缓冲, DMA, 中断处理 • 优点: 多道程序共享资源,资源利用率高。
系统吞吐量大,资源保持忙,系统开销小。 • 缺点: 作业平均周转时间长,无交互能力。
单道：
用户程序 监督程序
I/O请求 启动I/O
I/O请求 I/O完成
哈佛大学的Howard Aiken 普林斯顿高等研究院的John Neuman（冯·诺依曼） 宾夕法尼亚大学的J.Presper Eckert和William Mauchley 德国电话公司的Konraad Zuse以及其他一些人 都使用真空管成功地建造了运算机器
ENIAC计算机
数万个真空管, 占地100平方米 运算速度：5000次/每秒,
• 分时系统的特点
1) 多路性: 一台主机同时联接多个终端,系统按 分时的原则为每个用户服务, 共享资源。
2) 独立性: 用户各占一个终端, 感觉像独占主机 3) 及时性: 用户请求能在容许的响应周期内及时
获得响应,响应周期通常在3秒以内。 4) 交互性: 用户通过终端与系统进行广泛的人机
对话, 以请求系统提供多方面的服务。
效, 成为大众的计算机 使OS回归简单 使用户再次与系统交互, 增强文件系统
• 操作系统的历史:变化! • 意味着技术总在改变,要适应、折衷权衡
六. 历史上的操作系统
随历史线索，介绍一些重要的操作系统 •真空管时代(1946年-1955年) •晶体管时代(1955年-1965年) •集成电路时代(1965年-1980年) •大规模集成电路时代(1980年-至今)
2. 实现方法
1) 作业直接进入内存。
2) 不允许某作业长期占用处理机, 将响应周期 分为很短的时间片, 在该周期内每个作业轮 流执行一次(占一个时间片)。每个作业可以 及时接收用户的命令和数据, 并能及时得到 处理。 - 易于使用,提高人的生产力 - 磁盘便宜,故可在线存放程序和数据 - 引入文件系统,使用户可存取数据
1. 单道批处理 用户把程序(卡片)交给系统管理员,他把 一批作业以脱机方式输入到磁带上,常驻监 督程序(Moniter)对这批作业一个接一个连 续处理。 批处理过程：重复进行 装入程序、运行、打印结果、撤出、
2. 多道程序批处理系统
• 在磁盘上多个作业等待运行排成“后备队列”。
•多道程序 – 内存中同时有多个作业。 -选择(调度)若干作业装入内存(存储管理)。 -运行的作业遇到I/ O请求时, 切换(调度)至内
第1章 操作系统引论
1.2 操作系统的发展
操作系统是随着计算机硬件技术、 软件技术的发展而发展的。
目标：充分地利用资源 更好的提供服务
一. 人工操作 硬件非常昂贵，没有操作系统 控制台 一个用户
• 一次完成一个功能 （计算，I/O，用户操作三者串行）
• 程序通过穿孔机或卡片装入 • 用户在控制台前调试程序
三. 分时系统 硬件速度更快，人力较以前昂贵
1. 分时系统的产生—用户需要
交互:所有用户看似独占全机,都能直接修改错 误,立即人--机交互
共享:多个用户用便宜终端,共享一台计算机。 方便:用户对自己的作业进行控制,调试方便。
分时系统是一台主机带多个终端,同时允许多个 用户用终端,共享一台主机,每个用户都可以通过 终端方便地以交互方式使用主机。
用机器语言,无程序设计 语言,更谈不上操作系统。
程序员提前预约一段时 间,然后到机房将他的插件 板插到计算机里。然后,期 盼着在接下来的时间中,几 万个真空管不会烧断,从而 可以计算自己的题目。
50年代早期
出现了穿孔卡片 程序写在卡片上然后读入计算机 但计算过程则依然如旧
2. 晶体管计算机时代
四. 实时系统
需要实时处理 1) 实时控制：生产过程控制, 武器控制, 宇航
自动控制。
2) 实时信息处理：飞机订票系统, 情报检索
系统, 期货、股票交易系统。
3) 特征
4) 实时系统除了与分时系统相似的特征外对 系
5) 统的及时性和可靠性要求更高。
五.回归简单
硬件非常便宜，人力昂贵
目标： 充分利用人和时间,个人计算雏形 CPU 便宜到可在每台终端上安装，功能强大有
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• 具有“前台”和“后台”的多道分时系 统
内存中同时存放多道作业, 道数和位置都 不固定, 某些称为“前台区”存放按时间片调 度的前台作业流, 其余道为“后台区”存放批 处理作业流。
只有当前台调进调出或前台无可运行的作 业时才运行后台作业。
既有分时系统多台终端共享主机交互性好, 又有多道批处理系统资源利用率高的优点。
I/O操作
t
多道：
程序A 程序B
A:I/O请求 A:I/O B:I/O请求
程序C
调度程序
B:I/O
A:完成
C:I/O
t
特征
1) 多道性: 内存同时驻留多道程序允许并发执 行。
2) 无序性: 作业完成顺序与进入内存顺序五严 格对应关系。
3) 调度性: 作业从提交到完成经两次调度。
4) 作业调度、进程调度。