计算机操作系统 PPT课件

IBM 7094
IBM 1401
输入磁带
输出磁带
Operating System
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基本控制卡片
是现代作业控制语言和命令解释器的先驱
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•在IBM 7094机上, 若当前作业因等待I/O而暂停， CUP只能踏步直至该I/O完成。 对于CPU操作密集的科学计算问题, 浪费时间少。 对于商业数据处理, I/O等待时间常占80-90％。 • 解决办法 多道程序设计技术(multiprogramming) 将内存分几个部分, 每部分放不同的作业。 当一个作业等待I/O时,另一个作业可以使用CPU。 注意：在主存中同时驻留多个作业需要进行保护, 以避免信息被窃取或攻击。
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二. 为什么学习操作系统? 综合—宏观层面
技术、经济、政治、…
专业—微观层面
计算机领域
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• 设计操作系统 或者 修改现有的系统
存在人们意识不到的大量“操作系统” 嵌入式系统(Embedded OS）
• 加深对使用的OS的理解，有利于深入编程
用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道
• 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法
第1章 操作系统引论
1.0 引言
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教材
计算机操作系统 汤子赢
参考教材
操作系统设计与实现 王鹏等译 电子工业出版社 现代操作系统 陈向群等译 机械工业出版社 操作系统教程 王素华 人民邮电出版社 计算机操作系统教程 张尧学,史美林 清华大学出版社 操作系统教程 孟庆昌 西安电子科技大学出版社
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真空管计算机时代 硬件非常昂贵, 人工操作, 没有操作系统 1. 人工操作方式： 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
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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
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缺点：
(1) 上机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。 (2) CPU 等待人工操作。
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二. 多道批处理系统
1.多道程序设计 • 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 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 • 多道程序共享资源,提高CPU、内存和I/O设备的 利用率。增加系统吞吐量。
(3) 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。
出现两个矛盾： 人机矛盾—人低速与机器高速 CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾。
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2. 脱机I/O方式
习题 p25 4
为了解决这两个矛盾，50 年代末出现了 脱机I/O方式, I/O设备由外围机控制。减少了 CPU的空闲时间，提高了 I/O 速度
操作系统中的许多概念和技巧可推广 到其他领域
• 选择购买操作系统
• 我们并不总使用微软Windows
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四、操作系统的性能指标
1. 系统的RSA 可靠性(Reliability):用平均无故障时间(MTBF)度量 可维修性(Serviceability):用平均故障修复时间度量 可用性 (Availability):正常工作的概率 2. 系统吞吐量: 单位时间完成的作业数 3. 系统响应时间: 从输入到回应所需时间 4. 资源利用率:资源(CPU,内存,I/O设备)实际使用比例 5. 可维护性: 改错、改变功能、扩充功能 6. 可移植性: 将OS移植到另以机型所需工作量 7. 方便用户: 用户界面友好，使用灵活方
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习题：p25 1, 2 课后思考题 1. 谈谈你对操作系统的初步认识 2. 你对学习操作系统课程有什么样的希望和 要求？你打算这样来学习这门课？
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1.2 操作系统的发展过程
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
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1.2.1 无操作系统的操作方式
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3.单道批处理系统的典型代表
•FMS(FORTRAN Monitor System,FORTRAN监控系统) •IBMSYS（IBM为7094机配备的操作系统） 这些操作系统由监控程序，特权指令，存储保护和简单 的批处理构成
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早期批处理系统
卡 片 阅 读 机
卡片
磁带机
打 印 机
IBM 1401
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开始Fra Baidu bibliotek
有作业？ 否 终止
是
把作业的源 程序转换为 目标程序
是
有错吗？ 否
运 行 目标程序
装 配 目标程序
单道批处理过程
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2. 单道批处理系统的特征
• 自动性:磁带上一批作业能自动逐个依次运行
• 顺序性:作业顺序进入内存,执行与完成的顺序
和调入的顺序完全相同。 • 单道性:内存中仅有一道程序,只有该程序完成 或发生异常时,才调入后继程序进入内存运行。 一个用户独占全部资源CPU负责计算，也负责 传输, CPU与外设速度不匹配 CPU与I/O串行资源利用率仍然很低。
操作系统课程的特点：
实践性强（从实践总结出原理）
涉及面广（并行程序，性能问题，结构问 题，程序方法论，软件工程，等等） 错综复杂：纵横交叉 注意学习方式的变化 教师只指出要点 要通过自学、研读参考书掌握内容
善于发现问题、提出问题 要努力寻求问题的答案
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操作系统检查字符串的位置是否正确
操作系统找到字符串被送往的设备, 该设备是一个 伪终端, 由一个进程控制 操作系统将字符串送给该进程 该进程告诉窗口系统它要显示字符串 窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符 串转换成像素 窗口系统将像素写入存储映像区 视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显 示器（重画屏幕）, 显示器发射电子束 用户在屏幕上看到 hello world
输入设备
外围机
主机 外围机
磁盘
输出设备
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1.2.2 批处理
为了提高资源利用率和系统吞吐量
一. 单道批处理系统
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。
1. 单道批处理系统处理过程：
重复进行 装入程序、运行、打印结果、撤出