大学计算机基础—操作系统
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操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是 这样一些程序模块的集合――它们管理和控制计 算机系统中的软件和硬件资源，合理地组织计算 机工作流程，以便有效的利用这些资源为用户提 供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境 ，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。
2.1.2 操作系统的引导过程
引导过程指在开启计算机与计算机准备完毕并能 接受用户发出的命令之间发生的一系列事件。 在引导过程中，操作系统内核会加载到内存中。 内核提供的是操作系统中最重要的服务（如内存 管理和文件访问）。在计算机运行时，内核会一 直驻留在内存中。 操作系统的其他部分（如定制应用程序）则只有 在需要时才载入。
2.2.2 存储器管理
2.2.3 设备管理
2.2.4 文件管理
2.2.1 处理器管理
处理器的管理包含两部分的内容：
中断处理
进程管理
中断处理
硬件发现中断事件，产生中断信号， CPU检测到中断信号，先进行现场保护，然后对中 断事件进行处理。 如磁盘驱动器通过发出中断信号告诉CPU它准备把 一个信息扇区传送到主内存，CPU检测到这个信号 后，就会停下自己正在进行的一切，把控制权交 给中断程序。同时CPU还要把当前正在运行的程序 状况进行“现场保护”，以便处理完急待处理的 事件后能返回到原来的任务。
1.文件的基本概念
文件名：在计算机中，任何一个文件都有文件名。 文件名是存取文件的依据，即按名存取。一般情况 下，文件名分为文件主名和扩展名两个部分。如 p1.txt。 文件类型。在绝大多数的操作系统中，文件的扩展 名表示文件的类型。Windows中常见的文件扩展名 及其表示的意义见表1。
2.3.3 Mac OS
2.3.4 Unix和Linux
2.3.5 手持设备操作系统
计算机系统的层次结构
用户1 用户2 用户3 用户n
Fra Baidu bibliotek
各种应用程序软件
编译程序、汇编程序等系统软件 操作系统
裸机
2.1 操作系统概述
2.1.1 什么是操作系统
2.1.2 操作系统的引导过程
2.1.3 用户界面
2.1.1 什么是操作系统？
2.1.3 用户界面
用户界面就是指用户与计算机交互时用到的软件 和硬件的集合。因此计算机的用户界面既包括图 表、菜单、工具栏按钮等这些软件元素，也包括 显示器、鼠标和键盘这些硬件设备。 用户界面有命令行界面和图形用户界面两种。
命令行界面
图形用户界面
2.2 操作系统的功能
2.2.1 处理器管理
“虚拟内存设置”对话框
2.存储空间的分配和回收
操作系统中的存储管理能根据记录每个存储区（ 分配单元）的状态做为主存分配的依据。当用户 提出申请时，实施存储空间的分配管理，并能及 时回收系统或用户释放的存储区，以供其它用户 使用。 通过主存分配记录表来管理主存的分配和回收。 保存每个存储区域的状态的数据结构称为主存分 配记录表。
文件是具有文件名的一组相关信息的集合。 在计算机系统中，所有的程序和数据都是以文件 的形式存放在计算机的外存储器(如磁盘等)上。 在操作系统中，负责管理和存取文件信息的部分 称为文件系统或信息管理系统。在文件系统的管 理下，用户可以按照文件名访问文件，而不必考 虑各种外存储器的差异，不必了解文件在外存储 器上的具体物理位置以及如何存放的。
设备驱动程序 即插即用 通用即插即用 集中、统一管理 提高使用效率
设备驱动程序
设备驱动程序是操作系统管理和驱动设备的程序。 用户使用设备之前，该设备必须安装驱动程序，否 则无法使用。 不同类型设备的驱动程序是不同的。 操作系统提供一套设备驱动程序的标准框架，由硬 件厂商根据标准编写设备驱动程序并随同设备一起 提交给用户。 在安装操作系统时，会自动检测设备并安装相关的 设备驱动程序，以后用户如果需要添加新的设备， 必须再安装相应的驱动程序。
进程管理
计算机中的活动都是以“进程”的方式运行的。 进程为应用程序的运行实例，是应用程序的一次 动态执行。 在Windows操作系统中，可以通过“任务管理器” 查看处理器正在执行的进程列表 管理进程的方式有多任务、多线程以及多进程。
任务管理器查看进程列表
2.2.2 存储器管理
文件管理就是把存储、检索、共享和保护文件的 手段，提供给操作系统本身和用户，以达到方便 用户和提高资源利用率的目的。 文件管理的主要任务是实现按名存取，实现对文 件的共享、保护和保密，保证文件的安全性，并 提供给用户一套方便操作文件的命令。
文件基本概念 文件的组织 文件系统
1.文件的基本概念
3.文件系统
一个分区或磁盘在作为文件系统使用前，需要初始 化，并将记录数据结构写到磁盘上。这个过程就叫 建立文件系统。建立文件系统需要根据操作系统的 需要，不同的操作系统有不同的文件系统。 Windows常用的文件系统为FAT32或NTFS，而UNIX则 使用NFS
3.文件系统
Windows支持的文件系统有FAT、FAT32和NTFS。 FAT： 只能支持512MB以下的容量，目前用在软盘 和移动硬盘。 FAT32：卷最大容量2TB，不支持512MB以下的卷。 用在硬盘分区。 NTFS：兼顾了磁盘空间的使用与访问效率，提供 高性能、安全性、 可靠性和许多FAT或FAT32没有 的高级功能的文件系统。
主存分配记录表
0 1 2 3 4 5 6 7 进程A 进程A 进程A 进程B 进程B 进程C 进程C …
3.地址的转换
逻辑地址：程序设计人员在进行程序设计中，用 来访问信息时所用到的一系列地址单元的集合称 为逻辑地址。 物理地址：主存的地址 在多道程序环境下，程序不是事先约定存放位置 ，而是在执行过程中可以动态浮动，所以程序的 逻辑地址和物理地址是不一致的，因此需要存储 管理机制提供地址映射功能，把程序地址空间中 的逻辑地址转换为主存空间中对应的物理地址。
即插即用
所谓即插即用(Plug and Play，PnP)，就是指把 设备连接到计算机上后无需手动配置可以立即使 用。即插即用技术不仅需要设备支持，而且操作 系统也必须支持。
通用即插即用
为了应对计算网络化、家电信息化的发展趋势， Microsoft公司在1999年推出了最新的即插即用技 术，即通用即插即用(Universal Plug and Play ，UPnP)。它让计算机自动发现和使用基于网络的 硬件设备，实现一种“零配置”和“隐性”的联 网过程，自动发现和控制来自各家厂商的各种网 络设备，如网络打印机、Internet网关和消费类 电子设备。
缓冲区：一个介于两个设备或设备与应用程序之间传 递数据的内存区域。主要作用是提供给不同速度的设 备之间传递数据。 高速缓存：高速缓存是一种先将数据复制到速度较快 的内存中再访问的做法，由于高速缓存的访问速度比 一般内存快很多，所以访问高速缓存中的数据会比访 问内存的数据更快。
2.2.4 文件管理
集中、统一管理
在Windows中，对设备进行集中统一的管理的是“ 设备管理器”。 在“设备管理器”中，用户可以了解有关计算机 上的硬件如何安装和配置的信息，以及硬件如何 与计算机程序交互的信息，还可以检查硬件状态 ，并更新安装在计算机上的设备驱动程序。
设备管理器
提高使用效率
提高外部设备的使用效率，除了合理分配使用各 种外部设备之外，现代操作系统通过缓冲技术提 高外部设备和CPU以及各种外设之间的工作的并行 性。
4.存储共享与保护
由于主存区域为多个用户程序共同使用，所以存储 共享有两方面的含义。 （1）指多个用户程序共同使用存储空间，各个程序 使用各自不同的存储区域。 （2）指多个用户程序共同使用主存中的某些程序和 数据区，这些共享程序和数据区称为共享区。
2.2.3 设备管理
设备管理是指计算机系统对除CPU和内存之外的所 有输入输出设备的管理，是操作系统的主要功能 之一。 设备管理包括五个方面：
2.文件的组织
现代操作系统通常采用树形结构对文件进行组织。 最基本的一级称为卷，一盘磁带、一张光盘片、一 个硬盘分区或一张软盘片都可称为一卷。在卷上可 以建立目录树或称为文件夹。用户可以在每一卷的 根目录下建立子目录，在子目录下再建立子目录， 也就是将目录结构构建成树状结构，然后让用户将 文件分门别类地存放在不同的目录中。
3.文件系统
文件系统由3部分组成：与文件有关的软件、被管 理的文件以及实施文件管理所需的数据结构。 从系统角度来看，文件系统是对文件存储空间进 行组织和分配、负责文件的存储并对存入的文件 进行保护和检索的系统。 文件系统是操作系统用于明确磁盘或分区上的文 件的方法和数据结构，即在磁盘或分区上组织文 件的方法。一个分区就是一个实际的文件系统。
引导过程包含以下6个步骤
通电 打开电源开关，电源指示灯变亮，开始给计算机硬件供电 启动引导程序 CPU执行ROM中的引导程序 开机自检 关键部件诊断测试 识别并检查外围设备 识别外围设备 加载操作系统 内核程序从硬盘读取到RAM 检查配置文件并对操作系统进行定制
CPU执行一条转移指令，转到内核存储的内存区域。之后操作系 统接管并开始控制整个机器的活动。
1.文件的基本概念
文件类型 可执行程序 源程序文件
目标文件 批处理文件 Office文档文件 图像文件 流媒体文件 压缩文件 音频文件 网页文件
扩展名 EXE、COM C、CPP、BAS、 ASM OBJ BAT
说明 可执行程序文件 程序设计语言的源程序文件
源程序文件经编译后产生的目标文件 将一批系统操作命令存储在一起，可供用户执行 连续执行 DOC、XLS、PPT、 MS Office中Word、Excel、PowerPoint创建的 文档 DOCX、XLSX、 PPTX BMP、JPG、GIF 图像文件，不同的扩展名表示不同格式的图像文 件 WMV、RM、QT 能 通 过 Internet播放的流式媒体文件，不需下载 整个文件就可播放 ZIP、RAR 压缩文件 WAV、MP3、MID 声音文件，不同的扩展名表示不同格式的音频文 件 HTML、ASP 一般来说，前者是静态的，后者是动态的
存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管 理计算机系统的重要资源――主存储器，也就是 我们通常说的计算机内存。 操作系统的存储功能主要包含以下四个方面 ：
虚拟内存技术 存储空间的分配和回收 地址的转换 存储共享与保护
1.虚拟内存技术
虚拟内存：把辅助存储器当作内存来使用。 虚拟存储器的基本思路：作业提交时，先全部进入 辅助存储器（如硬盘），作业投入运行时，只是将 其中当前使用部分装入内存，其余暂时不用的部分 先存放在作为内存扩充的辅助存储器中，待用到这 些信息时，再由系统自动把它们装入到内存中。 操作系统的这个技术对应用程序来说是透明的，从 应用程序的角度来看，它拥有的是一段连续的内存 空间（尽管有一部分数据放在实际的内存，一部分 数据放在硬盘虚拟的内存中）。
树状的目录结构
目录路径
目录路径有两种：绝对路径和相对路径。 Notepad.exe和Test.doc文件的绝对路径分别为C: ＼Windows＼System32＼Notepad．exe和C:＼ Userl＼Test.doc。 如果当前目录为System32，则Data.mdb文件的相 对路径为..＼.. ＼User1＼Data.mdb（用“．． ”表示上一级目录）。
第 二 章 操作系统
本章主要内容：
2.1 操作系统概述
2.1.1 什么是操作系统
2.1.2 操作系统的引导过程
2.1.3 用户界面
主要内容
2.2 操作系统的功能
2.2.1 处理器管理
2.2.2 存储器管理
2.2.3 设备管理
2.2.4 文件管理
主要内容
2.3 典型操作系统
2.3.1 DOS
2.3.2 Microsoft Windows系列
1.文件的基本概念
文件属性：文件除了文件名外，还有文件大小、 占用空间、所有者信息等，这些信息称为文件属 性。
1.文件的基本概念
文件操作：一个文件中所存储的可能是数据，也 可能是程序的代码，不同格式的文件通常都会有 不同的应用和操作。 文件的常用操作有：建立文件、打开文件、写入 文件、删除文件、属性更改等。
2.1.2 操作系统的引导过程
引导过程指在开启计算机与计算机准备完毕并能 接受用户发出的命令之间发生的一系列事件。 在引导过程中，操作系统内核会加载到内存中。 内核提供的是操作系统中最重要的服务（如内存 管理和文件访问）。在计算机运行时，内核会一 直驻留在内存中。 操作系统的其他部分（如定制应用程序）则只有 在需要时才载入。
2.2.2 存储器管理
2.2.3 设备管理
2.2.4 文件管理
2.2.1 处理器管理
处理器的管理包含两部分的内容：
中断处理
进程管理
中断处理
硬件发现中断事件，产生中断信号， CPU检测到中断信号，先进行现场保护，然后对中 断事件进行处理。 如磁盘驱动器通过发出中断信号告诉CPU它准备把 一个信息扇区传送到主内存，CPU检测到这个信号 后，就会停下自己正在进行的一切，把控制权交 给中断程序。同时CPU还要把当前正在运行的程序 状况进行“现场保护”，以便处理完急待处理的 事件后能返回到原来的任务。
1.文件的基本概念
文件名：在计算机中，任何一个文件都有文件名。 文件名是存取文件的依据，即按名存取。一般情况 下，文件名分为文件主名和扩展名两个部分。如 p1.txt。 文件类型。在绝大多数的操作系统中，文件的扩展 名表示文件的类型。Windows中常见的文件扩展名 及其表示的意义见表1。
2.3.3 Mac OS
2.3.4 Unix和Linux
2.3.5 手持设备操作系统
计算机系统的层次结构
用户1 用户2 用户3 用户n
Fra Baidu bibliotek
各种应用程序软件
编译程序、汇编程序等系统软件 操作系统
裸机
2.1 操作系统概述
2.1.1 什么是操作系统
2.1.2 操作系统的引导过程
2.1.3 用户界面
2.1.1 什么是操作系统？
2.1.3 用户界面
用户界面就是指用户与计算机交互时用到的软件 和硬件的集合。因此计算机的用户界面既包括图 表、菜单、工具栏按钮等这些软件元素，也包括 显示器、鼠标和键盘这些硬件设备。 用户界面有命令行界面和图形用户界面两种。
命令行界面
图形用户界面
2.2 操作系统的功能
2.2.1 处理器管理
“虚拟内存设置”对话框
2.存储空间的分配和回收
操作系统中的存储管理能根据记录每个存储区（ 分配单元）的状态做为主存分配的依据。当用户 提出申请时，实施存储空间的分配管理，并能及 时回收系统或用户释放的存储区，以供其它用户 使用。 通过主存分配记录表来管理主存的分配和回收。 保存每个存储区域的状态的数据结构称为主存分 配记录表。
文件是具有文件名的一组相关信息的集合。 在计算机系统中，所有的程序和数据都是以文件 的形式存放在计算机的外存储器(如磁盘等)上。 在操作系统中，负责管理和存取文件信息的部分 称为文件系统或信息管理系统。在文件系统的管 理下，用户可以按照文件名访问文件，而不必考 虑各种外存储器的差异，不必了解文件在外存储 器上的具体物理位置以及如何存放的。
设备驱动程序 即插即用 通用即插即用 集中、统一管理 提高使用效率
设备驱动程序
设备驱动程序是操作系统管理和驱动设备的程序。 用户使用设备之前，该设备必须安装驱动程序，否 则无法使用。 不同类型设备的驱动程序是不同的。 操作系统提供一套设备驱动程序的标准框架，由硬 件厂商根据标准编写设备驱动程序并随同设备一起 提交给用户。 在安装操作系统时，会自动检测设备并安装相关的 设备驱动程序，以后用户如果需要添加新的设备， 必须再安装相应的驱动程序。
进程管理
计算机中的活动都是以“进程”的方式运行的。 进程为应用程序的运行实例，是应用程序的一次 动态执行。 在Windows操作系统中，可以通过“任务管理器” 查看处理器正在执行的进程列表 管理进程的方式有多任务、多线程以及多进程。
任务管理器查看进程列表
2.2.2 存储器管理
文件管理就是把存储、检索、共享和保护文件的 手段，提供给操作系统本身和用户，以达到方便 用户和提高资源利用率的目的。 文件管理的主要任务是实现按名存取，实现对文 件的共享、保护和保密，保证文件的安全性，并 提供给用户一套方便操作文件的命令。
文件基本概念 文件的组织 文件系统
1.文件的基本概念
3.文件系统
一个分区或磁盘在作为文件系统使用前，需要初始 化，并将记录数据结构写到磁盘上。这个过程就叫 建立文件系统。建立文件系统需要根据操作系统的 需要，不同的操作系统有不同的文件系统。 Windows常用的文件系统为FAT32或NTFS，而UNIX则 使用NFS
3.文件系统
Windows支持的文件系统有FAT、FAT32和NTFS。 FAT： 只能支持512MB以下的容量，目前用在软盘 和移动硬盘。 FAT32：卷最大容量2TB，不支持512MB以下的卷。 用在硬盘分区。 NTFS：兼顾了磁盘空间的使用与访问效率，提供 高性能、安全性、 可靠性和许多FAT或FAT32没有 的高级功能的文件系统。
主存分配记录表
0 1 2 3 4 5 6 7 进程A 进程A 进程A 进程B 进程B 进程C 进程C …
3.地址的转换
逻辑地址：程序设计人员在进行程序设计中，用 来访问信息时所用到的一系列地址单元的集合称 为逻辑地址。 物理地址：主存的地址 在多道程序环境下，程序不是事先约定存放位置 ，而是在执行过程中可以动态浮动，所以程序的 逻辑地址和物理地址是不一致的，因此需要存储 管理机制提供地址映射功能，把程序地址空间中 的逻辑地址转换为主存空间中对应的物理地址。
即插即用
所谓即插即用(Plug and Play，PnP)，就是指把 设备连接到计算机上后无需手动配置可以立即使 用。即插即用技术不仅需要设备支持，而且操作 系统也必须支持。
通用即插即用
为了应对计算网络化、家电信息化的发展趋势， Microsoft公司在1999年推出了最新的即插即用技 术，即通用即插即用(Universal Plug and Play ，UPnP)。它让计算机自动发现和使用基于网络的 硬件设备，实现一种“零配置”和“隐性”的联 网过程，自动发现和控制来自各家厂商的各种网 络设备，如网络打印机、Internet网关和消费类 电子设备。
缓冲区：一个介于两个设备或设备与应用程序之间传 递数据的内存区域。主要作用是提供给不同速度的设 备之间传递数据。 高速缓存：高速缓存是一种先将数据复制到速度较快 的内存中再访问的做法，由于高速缓存的访问速度比 一般内存快很多，所以访问高速缓存中的数据会比访 问内存的数据更快。
2.2.4 文件管理
集中、统一管理
在Windows中，对设备进行集中统一的管理的是“ 设备管理器”。 在“设备管理器”中，用户可以了解有关计算机 上的硬件如何安装和配置的信息，以及硬件如何 与计算机程序交互的信息，还可以检查硬件状态 ，并更新安装在计算机上的设备驱动程序。
设备管理器
提高使用效率
提高外部设备的使用效率，除了合理分配使用各 种外部设备之外，现代操作系统通过缓冲技术提 高外部设备和CPU以及各种外设之间的工作的并行 性。
4.存储共享与保护
由于主存区域为多个用户程序共同使用，所以存储 共享有两方面的含义。 （1）指多个用户程序共同使用存储空间，各个程序 使用各自不同的存储区域。 （2）指多个用户程序共同使用主存中的某些程序和 数据区，这些共享程序和数据区称为共享区。
2.2.3 设备管理
设备管理是指计算机系统对除CPU和内存之外的所 有输入输出设备的管理，是操作系统的主要功能 之一。 设备管理包括五个方面：
2.文件的组织
现代操作系统通常采用树形结构对文件进行组织。 最基本的一级称为卷，一盘磁带、一张光盘片、一 个硬盘分区或一张软盘片都可称为一卷。在卷上可 以建立目录树或称为文件夹。用户可以在每一卷的 根目录下建立子目录，在子目录下再建立子目录， 也就是将目录结构构建成树状结构，然后让用户将 文件分门别类地存放在不同的目录中。
3.文件系统
文件系统由3部分组成：与文件有关的软件、被管 理的文件以及实施文件管理所需的数据结构。 从系统角度来看，文件系统是对文件存储空间进 行组织和分配、负责文件的存储并对存入的文件 进行保护和检索的系统。 文件系统是操作系统用于明确磁盘或分区上的文 件的方法和数据结构，即在磁盘或分区上组织文 件的方法。一个分区就是一个实际的文件系统。
引导过程包含以下6个步骤
通电 打开电源开关，电源指示灯变亮，开始给计算机硬件供电 启动引导程序 CPU执行ROM中的引导程序 开机自检 关键部件诊断测试 识别并检查外围设备 识别外围设备 加载操作系统 内核程序从硬盘读取到RAM 检查配置文件并对操作系统进行定制
CPU执行一条转移指令，转到内核存储的内存区域。之后操作系 统接管并开始控制整个机器的活动。
1.文件的基本概念
文件类型 可执行程序 源程序文件
目标文件 批处理文件 Office文档文件 图像文件 流媒体文件 压缩文件 音频文件 网页文件
扩展名 EXE、COM C、CPP、BAS、 ASM OBJ BAT
说明 可执行程序文件 程序设计语言的源程序文件
源程序文件经编译后产生的目标文件 将一批系统操作命令存储在一起，可供用户执行 连续执行 DOC、XLS、PPT、 MS Office中Word、Excel、PowerPoint创建的 文档 DOCX、XLSX、 PPTX BMP、JPG、GIF 图像文件，不同的扩展名表示不同格式的图像文 件 WMV、RM、QT 能 通 过 Internet播放的流式媒体文件，不需下载 整个文件就可播放 ZIP、RAR 压缩文件 WAV、MP3、MID 声音文件，不同的扩展名表示不同格式的音频文 件 HTML、ASP 一般来说，前者是静态的，后者是动态的
存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管 理计算机系统的重要资源――主存储器，也就是 我们通常说的计算机内存。 操作系统的存储功能主要包含以下四个方面 ：
虚拟内存技术 存储空间的分配和回收 地址的转换 存储共享与保护
1.虚拟内存技术
虚拟内存：把辅助存储器当作内存来使用。 虚拟存储器的基本思路：作业提交时，先全部进入 辅助存储器（如硬盘），作业投入运行时，只是将 其中当前使用部分装入内存，其余暂时不用的部分 先存放在作为内存扩充的辅助存储器中，待用到这 些信息时，再由系统自动把它们装入到内存中。 操作系统的这个技术对应用程序来说是透明的，从 应用程序的角度来看，它拥有的是一段连续的内存 空间（尽管有一部分数据放在实际的内存，一部分 数据放在硬盘虚拟的内存中）。
树状的目录结构
目录路径
目录路径有两种：绝对路径和相对路径。 Notepad.exe和Test.doc文件的绝对路径分别为C: ＼Windows＼System32＼Notepad．exe和C:＼ Userl＼Test.doc。 如果当前目录为System32，则Data.mdb文件的相 对路径为..＼.. ＼User1＼Data.mdb（用“．． ”表示上一级目录）。
第 二 章 操作系统
本章主要内容：
2.1 操作系统概述
2.1.1 什么是操作系统
2.1.2 操作系统的引导过程
2.1.3 用户界面
主要内容
2.2 操作系统的功能
2.2.1 处理器管理
2.2.2 存储器管理
2.2.3 设备管理
2.2.4 文件管理
主要内容
2.3 典型操作系统
2.3.1 DOS
2.3.2 Microsoft Windows系列
1.文件的基本概念
文件属性：文件除了文件名外，还有文件大小、 占用空间、所有者信息等，这些信息称为文件属 性。
1.文件的基本概念
文件操作：一个文件中所存储的可能是数据，也 可能是程序的代码，不同格式的文件通常都会有 不同的应用和操作。 文件的常用操作有：建立文件、打开文件、写入 文件、删除文件、属性更改等。