《操作系统原理》第一章 概述

计算机发展史中的大事
1848年英国数学家George Boole创立了二进制代 数学
1937年Turing提出了一种抽象计算模型，用来精 确定义可计算函数。图灵机由一个控制器，一条无 限延伸的带子和一个带子上左右移动的读写头组成 。这个在概念上如此简单的机器，理论上可以计算 任何直观可计算的函数。
1840年英国人Charles Babbage设计了差分机 和分析机，设计理论非常超前，提出了卡 片输入程序和数据
计算机的发展—电子计算机时代
电子计算机时代（1946-至今）：
第一代电子计算机（1946－1958），电子管制作开 关逻辑部件。代表机有“科洛萨斯”（英国）， ENIAC(美国），10Hz
程序A 运行
等待
运行
等待
程序B 等待 运行
等待
运行
等待
程序C
等待
运行
操作系统的作用
应用软件 操作系统
硬件
文化思想
软件与硬件的关系
人的头颅和思想的关系
第一章 操作系统概论
计算机的发展 操作系统的发展 操作系统的基本概念 分析操作系统的几种观点
计算机的发展—机械计算机时代
机械计算机时代（1614-1946）：1614苏格兰 人John Napier年提出的原始的自动计算装置 标志着计算机时代的来临。
目标：充分利用硬件 提供更好的服务
大型机 → PC机 → 后PC时代
操作系统的发展--手工操作阶段
操作员将纸带/卡 片装入输入机
启动输入机把程序 和数据装入输入机
通过控制台开关使 程序运行
程序运行结束将 结果在打印机上
输出
卸下纸带/卡片， 将结果取走
手工操作方式具有以下两个特点: •串行工作方式 •资源独占方式
《计算机操作系统教程》，张尧学等，清 华大学出版社
课程目的
不是 如何使用操作系统 而是 理解操作系统如何工作
操作系统的工作方式 操作系统内部的数据结构和算法 设计、开发操作系统过程中的问题、解决
方案和折中权衡
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
操作系统概论 进程管理 进程之间的并发控制和死锁 存储器管理 文件系统 设备管理
操作系统原理
Principle of Operating System
参考书目
《操作系统原理教程》（第2版），张丽芬 刘美华，电子工业出版社
《操作系统实用教程》，任爱华主编，清 华大学出版社
《计算机操作系统》，汤子瀛等，西安电 子科技大学出版社
《计算机操作系统》，胡志刚、谭长庚， 中南大学出版社
为了给用户操作计算机提供一个良好的界面， 以便用户无须了解计算机硬件或系统软件的有 关细节就能方便地使用计算机。
操作系统由哪些成分组成？
控制和管理计算机系统的硬件和软件资源 的程序集合
合理地组织计算机的工Leabharlann Baidu流程的程序集合 方便用户使用的程序集合
操作系统的发展
操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用 软件的发展而发展的
联机批处理：输入过程、运算和输出过程 全部都由CPU处理。输入输出设备速度远比 CPU低，在管理输入输出设备过程中大部分 时间CPU都处于等待状态。造成CPU资源的 很大浪费
脱机批处理：除主机外另设一台外围机， 外围机只与输入输出设备打交道，不与主 机直接连接。
纸带机 卡片机 打印机
脱机批处理
1949年出现Von Neumann计算机。它的结构和 现代计算机结构一致，由运算器，控制器，存储器 ，I/O设备等五个部分组成。
Von Neumann计算机
又叫“存储程序式计算机” 主要特点：集中顺序过程控制
处理器
（运算器，控制器）
协处理器
总
线
内存储器
I/O设备
硬盘等
计算机未来的发展
未来的计算机将与各种新技术相结合： 与光电子学相结合的光子计算机 与生物科学相结合，用生物材料进行运
法实时控制，如果运行中途出现故障，也只能停 下来，重新运行。
操作系统的发展--多道批处理系统
多道批处理系统－现代意义的操作系统 引入的原因：
单道批处理系统中，任意时刻只允许一 道作业在内存中运行，资源利用率低。
为了提高系统资源利用率和系统吞吐量 ，形成了多道批处理系统
多道批处理系统
多道：内存中同时存放多个相互独立的程 序，并按照某种原则分派处理机，逐个执 行这些程序。
人机矛盾 突出
世界第一台计算机（ENIAC）内部工作情况
操作系统的发展--批处理阶段
过程：将用户提交的作业分批输入到磁带上 ，在监督程序的控制下连续处理。
特征： 自动性 ：无人工干预，提高计算机使用 顺序性 ：按照进入内存的先后顺序执行 单道性：内存中只保持一道作业
联机批处理和脱机批处理
批处理：用户提交的作业首先存放在外存 ，并排成一个队列。然后，由作业调度程 序按照一定的算法从该队列中一次选取一 个或若干个作业装入内存执行。
处理机自动切换
当某个程序占用处理机执行过程中遇到了输 入/输出语句，可以启动专门负责输入/输出 的系统服务程序完成输入/输出操作，而处 理机切换到另一个程序执行
外围机
输入带
执行管理带
主机
输出带
单道批处理系统---评价
解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间 的浪费。
不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行, 则它必须一直占据处理机，直到运行完毕。
资源利用率低。 对短作业不公平，因为它们等待执行的时间可能
远远超过它们实际执行的时间。 交互性差。作业由批处理程序控制运行，用户无
算的生物计算机
第一章 操作系统概论
计算机的发展 操作系统的发展 操作系统的基本概念 分析操作系统的几种观点
为什么引入操作系统？
从计算机管理的角度来看
为了更加充分、有效地使用计算机系统资源， 合理地组织计算机的工作流程、有效地管理和 分配计算机系统的硬件和软件资源。
从计算机使用的角度来看
第二代电子计算机（1959－1964），晶体管制作开 关逻辑部件。程序设计开始使用高级语言。代表机 IBM-7094，几十到几百万Hz
第三代电子计算机（1965－1970），使用集成电路 制作开关逻辑部件，IBM360，几百万到几千万Hz
第四代电子计算机（1971－至今），使用大规模/ 超大规模集成电路制作开关逻辑部件，Pentium等