第一章操作系统引论

1936年制造的手摇式机械计算机
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第一章 操作系统引论
电动机械式计算机（1930年）
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第一章 操作系统引论
1943年12月，“巨人”计算机运行
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第一章 操作系统引论
第一代电子计算机
结构：由数万个真空电子管、
插件板、导线组成，体积巨大， 运算极慢，且很不可靠。
操作：程序员提前在墙上的 机时表上预约时间，然后到机
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第一章 操作系统引论
什么是操作系统？
操作系统是掌控计算机上所有事情的软件系统。
操作系统是一个软件系统；
操作系统使计算机变得好用； 操作系统使计算机运作变得有序；
操作系统的功能：
替用户及其应用管理计算机上的软硬件资源； 保证计算机资源的公平竞争和使用； 防止对计算机资源的非法侵占和使用； 保证计算机操作系统自身正常运转；
操作系统的层次模型
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第一章 操作系统引论
操作系统的发展动力
不断提高计算机资源利用率 方便用户 器件的不断更新换代
计算机体系结构的不断发展
不断提出的新的应用需求
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第一章 操作系统引论
操作系统的形成和发展
计算机发展分为四个阶段： 1946～50年代末：第一代:电子管时代 50年代末～60年代中：第二代:晶体管时代 60年代中～70年代中：第三代:集成电路时代
NO.3 红杉
NO.5 米拉
2014排行
1.72亿亿次
1.05亿亿次 8.59千万亿次
链接
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NO.4 K计算机
第一章 操作系统引论
操作系统的发展
操作系统的发展和计算机体系结构有着密切联系
第一台机械计算机：差分机；由英国数学家Charles Babbage设计
电脑之父 Charles Babbage （1792－1871）
人写出来，即编程， 然后放到计算机里 面即可运行。
程序语言 执行环境
操作系统（CPU调度、进程管理） CPU上执行
指令结 构集
操作系统（文件、输入输出）
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第一章 操作系统引论
什么是操作系统呢？
Operating 翻译为中文的“操作”，因为翻译的人没有真正理解英文 Operating System（操作系统的英文名称，一般缩写为OS）这个名字所蕴含 的精髓。
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第一章 操作系统引论
虚拟机：一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个功能更 强的机器，我们把这种“功能更强的机器”称之为“虚拟机” （虚机器） 如果是多用户的操作系统，那么经过扩充后，一个实际的处理 器就可以扩充成多个虚拟机，使得每一个用户都拥有一个处理机。
应用程序 调试程序 编译程序 排错程序 汇编程序 操作系统 裸机 诊断程序 解释程序
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第一章 操作系统引论
教材中的定义……
操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组 织和管理计算机的工作流程以方面用户使用的程序的集合。
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第一章 操作系统引论
操作系统的地位
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第一章 操作系统引论
硬件和软件的关系
有定点运算 浮点运算软件 裸机：没有配置任何软件的计算机 可以进行浮点运算 功能的计算机 ＋ 软件是在硬件基础之上对硬件的性能加以扩充和完善
龙芯一号CPU 13
第一章 操作系统引论
“中国芯”工程[通用芯片]
汉芯2号、汉芯3号：汉芯2号是我国首颗以IP专利授权的方式进入国际市场的“中国芯”，国外公司在其
产品中嵌入汉芯2号需缴纳一定数额的专利费；而汉芯3号则申请了6项专利，IBM将在其系统整机方案中采用该芯片。
龙芯1号：采用动态流水线结构，定点和浮点最高运算速度均超过每秒2亿次，与英特尔的奔腾Ⅱ芯片性能大致相当，
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第一章 操作系统引论
计算机系统：计算机硬件 计算机软件 计算机硬件：运算器、控制器、存储器、输入设备、 输出 设备 2002年8月25日，中科院计算所公布，我国自主研发的 CPU芯片，经测试成功。“狗剩”，结束了中国无“芯”的 历史。 2003年“北大众志”集成32位定点CPU和64位浮点协处 理器,基于北大众志－863系列CPU构建的运行Linux操作系统 的网络计算机,已经应用在的电子政务、教育信息化、企业 信息化、医疗信息化等领域中。
榜中的第24位 就在前一周，日本 研制成功演算速度每秒 85.1万亿次的超级计算 机，称为目前世界上最 快的计算机。 “深腾6800”超级计 算机于2003年11月研制 成功每秒4.183万亿次的 运算速度位居第14位 “走鹃”采用了一系列专 门针对游戏和商业的技术， 包括用于Play Station 3游 戏机的Cell宽带引擎和 AMD x86处理器。“走鹃” 拥有130536个计算核心， 包括12960颗Cell引擎的 116640个PPE和SPE核心， 以及6948颗双核AMD Opteron处理器。
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课程主要内容
操作系统引论
进程的描述与控制 处理机调度与死锁 存储器管理和虚拟存储器 输入输出系统
Leabharlann Baidu
文件管理
磁盘存储器管理 操作系统接口
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课程参考书目
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课程参考书目
《操作系统概念》，[美]Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin,Greg Gagne著，郑扣根译，高等教育 出版社 《操作系统》，冯耀霖，杜舜国，西安电子科技大学 出版社 《操作系统之哲学原理》，邹恒明，机械工业出版社
差分机
虽然这台机器不怎么美观，却和现代电脑一样，拥有记忆体、运算部门、控 制中心和输出输入中心这四部分，可谓历史性的创造。不过这台机器最终还是没能 运行起来，当然它也没有操作系统。
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第一章 操作系统引论
世界第一台机械式加法计算机 1642年
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1674年发明的乘法计算机
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第一章 操作系统引论
在总体上达到了1997年前后的国际先进水平。 龙芯2号：2004年6月，中科院计算所将研发出实际性能与奔腾4水平相当的“龙芯2号”通用CPU，比“龙芯1号”性 能提高10至15倍。
威盛系列：威盛公司的首席执行官陈文奇9月24日称将在年底前推出世界上最小的桌面处理器。
· 神威一号：实现了与市场上最通用指令的完全兼容，可运行DOS、WINDOWS等主流操作系统。
70年代中期～至今：第四代:大规模、超大规模集成电路时代
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第一章 操作系统概论
手工操作阶段（第一代电子计算机）
计算速度慢（几千次每秒），没有操作系统甚至没有任何软件 用户独占计算机，完全手工操作 2009年IBM凭借超级计算 2002年8月30日，我国联 机“走鹃”(Roadrunner) 纸带（卡片） 输入机 计算机 打印输出结果 取走纸带 想集团推出“深腾”超 首次将运算速度提升至 级计算机，运算速度可 量级(1 petaflop 等 3分钟 1个程序 计算机（一千次/秒） petaflop 30分钟完成 手工卸下 达1.027万亿次，达到目 于每秒钟进行1千万亿次的 计算机（一万次/秒） 3 分钟完成 手工卸下3分钟 前500名超级计算机排行 数学运算）
S698:2003年5月全国首家系统级芯片设计平台日前在哈工大微电子中心搭建成功。
神州龙芯：2003年3月5日开始收尾，是从去年推出的32位、266兆赫版本改进而来，它针对的是嵌入系统市场。
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第一章 操作系统引论
程序是如何运行的？
程序设计语言
人工编写
高级语言程序 编译器和汇编器 机器语言程序 操作系统（加载器、文件、内存） 进程
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第一章 操作系统引论
早期批处理系统（第二代计算机）
把若干个作业合成一批，调入计算机执行，完成后再调 入下一批作业
早期的批处理：联机批处理 脱机批处理 IBM 360小型机
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1970年7月底止，共售出32300台
关于IBM/360(第三代计算机的里程碑）
1964年4月7日，IBM推出了划时代的System/360大型电脑，这一系列 是世界上首个指令集可兼容计算机。从前，计算机厂商要针对每种主机 量身定做操作系统，System/360的问世则让单一操作系统适用于整系列 的计算机 这项计划的投入规模空前，特为此招募了6万名新员工，建立了5座 新工厂，当时的研发费用超过了50亿美元（相当于现在的340亿美元）。 直到1965年首台System/360才开始出货，但是到1966年，IBM每月售出 超过千台。每台的价格在250到300万美元之间，约合现在的2000万美元. IBM System/360同时还和多项世界第一联系在了一起，例如协助美 国太空总署建立阿波罗11号资料库，完成太空人登陆月球计划；建立银 行跨行交易系统，以及航空业界最大的在线票务系统等。
“中国芯”工程[嵌入式芯片]
星光一号：2001年3月问世，是第一个打进国际市场的中国芯片 。 星光二号： 2002年5月问世，是全球第一个音频视频同体的图像处理芯片。 星光三号： 2002年9月问世，是中国第一块具有CPU驱动的图像处理芯片。 星光四号： 2003年2月问世，是中国第一块移动多媒体芯片 。 星光五号： 2003年6月研发成功并实现产业化，并被中国电信指定为可视通信芯片标准 北大众志：2003年12月8日，北大众志-863系列的CPU系统芯片由北京大学微处理器研究开发中心研制成功。 湖南中芯：2003年10月23日，我国第一片具有完全自主知识产权的数字图像与视频压缩编码解码芯片诞生。 万通1号：2003年9月25日，可应用于公共服务、企业用户、校园网、政府机构、家庭及个人用户的芯片诞生。
操作系统
刘华文 浙江师范大学
《操作系统》课程简介
课程性质与基本要求
课程主要内容 学时分配 关于实验 参考书目 考核方式
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课程性质与基本要求
课程性质：计算机专业必修课 前期课程：《高级语言程序设计》、《数据结构》 《计算机组成》等 基本要求：掌握操作系统原理，主要包括：计算机 资源管理的总体思路、进程管理、存储管理、 I/O 设备 管理、文件管理等。
2010年12月，经过技术升级的中国“天河一号”二期系统(天河-1A)，实测运算速 度可达每秒2570万亿次，成为当时超级计算机500强排行榜中位列第一的计算机 国产超级计算机2011年底将告别国外芯片，使用‘中国芯’
2011年6月500强超级计算机排行榜中，日本的K超级计算机的运算能力为每秒8.16 千万亿次，超过中国的天号-1A成为全球运算能力最强的超级计算机系统。K配置68544 个SPARC64 VIIIfx CPU(中央处理器)，每个CPU集成有8个内核，内核总数为548352个， 几乎相当于排行榜上其他系统的2倍。
房将他的插板插到计算机里， 在接下来的几小时里计算自己 的题目。这个阶段基本上所有 的题目都是数值计算问题。 缺点：系统资源利用率极低
用户独占计算机，完全手工操作CPU等待人工操作
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第一章 操作系统引论
ENIAC
计算速度慢（几千次每秒），没有操作系统甚至没有任何软件
高2.5米、宽近1米、长30多米、占地167M2重30吨 5000/秒
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第一章 操作系统引论
什么是操作系统？
不同的观点
用户角度：操作系统是用户使用计算机的界面。提供 用户与计算机硬件之间的接口，一般可以分为三种： 命令方式，系统调用，图形界面。 软件角度：操作系统是程序和数据结构的集合。它是 直接和硬件相邻的第一层软件，是由大量极其复杂的 系统程序和众多的数据结构集成的。
手术过程：主刀大夫称为Operating Surgeon，在整个手术过程中主刀大夫具 有至高无尚的权威： Operating Surgeon就是掌控整个手术过程、具有精湛技 术和敏锐判断力的医师 Operating Person意思是操刀手，就是掌控事情的人，再将person换成 System，Operating System就是掌控局势的一种系统，也就是说计算机里面 的一切事情均由Operating System来掌控。 操作系统到底是什么？ 操作系统都掌控了些什么？
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第一章 操作系统引论
2013年世界超级计算机排名
NO.1天河二号 天河二号：每秒3.39亿亿次的优越性能位居榜首。天河 二号将于今年年底被部署到广州的国家超级计算机中心。它 的出世比原定计划提前两年，标志着中国自2010年11月天河 一号成为500强榜单第一位的超级计算机之后，第一次返回 到世界超算第一位。 NO.2 泰坦 1.76亿亿次
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第一章 操作系统引论 操作系统概论 第一章
2010年6月曙光星云超级计算机在超级计算机500强 中位列世界第二位，处理速度达到了1.27千万亿次计算。 当时世界上最快的计算机是Cray Jaguar，位于美国田 纳西州橡树岭国家实验室，处理速度是1.75千万亿次计 算。
曙光星云超级计算机
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第一章 操作系统引论