计算机操作系统概述.ppt

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1、计算机操作系统概述计算机操作系统概述现在学习的是第1页，共38页本章学习目标本章学习目标操作系统的作用操作系统的作用操作系统的发展操作系统的发展操作系统的特征与功能操作系统的特征与功能多道程序设计的概念多道程序设计的概念操作系统的模型操作系统的模型返回本章首页返回本章首页现在学习的是第2页，共38页1.1存储程序式计算机模型存储程序式计算机模型1.1.1 作为扩展机器的操作系统作为扩展机器的操作系统1.1.2 作为资源管理的操作系统作为资源管理的操作系统 返回本章首页返回本章首页现在学习的是第3页，共38页储程序式计算机模型储程序式计算机模型储储程程序序式式计计算算机机模模型型的的基基本本方方

2、案案是是，如如要要使使计计算算机机能能够够自自动动地地计计算算，必必须须有有一一个个存存储储器器用用来来存存储储程程序序和和数数据据；同同时时要要有有一一个个运运算算器器，用用以以执执行行指指定定的的操操作作；有有一一个个控控制制器器，以以便便实实现现自自动动操操作作；另另外外，辅辅以以输输入入/输输出出部部件件，以以便便输输入入原原始始数数据据和和输输出出计计算算结结果果。于于是是形形成成了了现现代代计计算算机机的的基基本本组组成形式。如图成形式。如图1.1所示。所示。现在学习的是第4页，共38页图图1.1存储程序计算机的组成存储程序计算机的组成返回本节返回本节现在学习的是第5页，共38页1

3、.1.1 作为扩展机器的操作系统作为扩展机器的操作系统一一台台完完全全无无软软件件的的计计算算机机系系统统称称为为裸裸机机，即即便便其其性性能能再再强强，相相对对于于用用户户来来讲讲，如如果果要要面面对对计计算算机机的的指指令令集集、存存储储组组织织、I/O总总线线结结构构的的编编程程则则是是十十分分困困难难的的。对对于于一一般般程程序序员员也也并并不不想想涉涉足足硬硬件件编编程程的的种种种种具具体体细细节节，而而希希望望针针对对数数据据结结构构抽抽象象地地使使用用硬硬件件。如如果果我我们们在在裸裸机机上上覆覆盖盖一一层层I/O设设备备管管理理软软件件，用用户户便便可可以以利利用用这这层层I/

4、O设设备备管管理理软软件件提提供供给给用用户户的的接接口口来来进进行行数数据据的的输输入入和和输输出出，那那么么用用户户此此时时看看到到的的计计算算机机是是一一台台功功能能强强大大、使使用用方方便便的的计计算算机机，但但实实际际上上，计计算算机机的的硬硬件件丝丝毫毫没没有有变变化化，这这样样的的计计算算机机称称为为软软件件扩扩充充的的机器，或称软件虚拟机。机器，或称软件虚拟机。返回本节返回本节现在学习的是第6页，共38页1.1.2 作为资源管理的操作系统作为资源管理的操作系统 从从作作为为机机器器功功能能扩扩充充的的观观点点看看，操操作作系系统统是是为为用用户户提提供供基基本本的的方方便便的的

5、接接口口，这这是是一一种种自自顶顶向向下下的的观观点点或或是是自自内内向向外外的的观观点点。但但是是从从用用户户向向机机器器的的观观点点或或自自底底向向上上的的观观点点来来看看，操操作作系系统统则则用用来来管管理理一一个个复复杂杂计计算算机机系系统统的的各各个个部部分分。现现代代计计算算机机包包含含处处理理器器、存存储储器器、时时钟钟、磁磁盘盘、终终端端、网网络络接接口口、打打印印机机以以及及许许多多其其他他设设备备。从从这这个个角角度度来来看看，操操作作系系统统的的任任务务是是在在相相互互竞竞争争的的程程序序之之间间有有序序地控制对处理器、存储器以及其他地控制对处理器、存储器以及其他I/O接

6、口设备的分配。接口设备的分配。返回本节返回本节现在学习的是第7页，共38页1.2操作系统的发展历史操作系统的发展历史1.2.1 无操作系统的计算机无操作系统的计算机1.2.2 单单道道批批处处理理系系统统与与多多道道批批处处理系统及执行系统理系统及执行系统1.2.3 分时系统分时系统1.2.4 实时系统实时系统1.2.5 微微机机操操作作系系统统、网网络络操操作作系系统与分布式操作系统统与分布式操作系统 返回本章首页返回本章首页现在学习的是第8页，共38页1.2.1 无操作系统的计算机无操作系统的计算机从第一代计算机诞生到从第一代计算机诞生到20世纪世纪50年代中期还未出年代中期还未出现操作系

7、统，这时的计算机采用人工操作方式。现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其过程是：其过程是：图图1.2手工操作计算机手工操作计算机返回本节返回本节现在学习的是第9页，共38页1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及执单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统行系统所所谓谓批批处处理理系系统统是是指指加加载载在在计计算算机机上上的的一一个个系系统统软软件件，在在它它的的控控制制下下，计计算算机机能能够够自自动动地地成成批批地地处理一个或多个用户的作业。处理一个或多个用户的作业。首先出现的是联机批处理系统。如下图首先出现的是联机批处理系统。如下图1.3所示。所示。下一页下一页现在学习的是第1

8、0页，共38页脱离主机控制的输入脱离主机控制的输入/输出批处理系统输出批处理系统 在在外外设设处处理理数数据据时时，主主机机处处理理“忙忙等等”状状态态，这这样样高高速速的的主主机机与与慢慢速速的的外外设设矛矛盾盾就就显显现现出出来来。为为了了克克服服与与缓缓解解主主机机与与外外设设的的矛矛盾盾。我我们们引引入入脱脱机机批批处处理理系系统统，即即脱脱离离主主机机控控制制的的输输入入/输输出出批批处处理理系统。如图系统。如图1.4所示。所示。下一页下一页现在学习的是第11页，共38页图图1.4脱机批处理系统脱机批处理系统下一页下一页现在学习的是第12页，共38页在单道批处理系统中，内存中仅有一道

9、作业，中断和通道技术出在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入现以后，虽然可以实现输入/输出设备与中央处理机并行操作，但输出设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有由于属于同一道作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统对作业的吞吐量，在较差。为了进一步提高资源的利用率和系统对作业的吞吐量，在60年代中期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理年代中期，引

10、入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程如图系统。单道程序与多道程序的执行过程如图1.5和图和图1.6所示。所示。下一页下一页现在学习的是第13页，共38页下一页下一页现在学习的是第14页，共38页在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系统具有以下特征。系统具有以下特征。（1）多道性）多道性（2）无序性）无序性（3）宏观上并行、微观上串行）宏观上并行、微观上串行（4）调度性）调度性 返回本节返回本节现在学习的是第15页，共38页1.2.3 分时系统分时系统分分时时技技术术是是把把处处理理机机的的时时间间分分成成

11、很很短短的的时时间间片片，这这些些时时间间片片轮轮流流地地分分配配给给各各个个联联机机的的各各作作业业使使用用。如如果果某某作作业业在在分分配配给给它它的的时时间间片片用用完完时时仍仍未未完完成成，则则该该作作业业就就暂暂时时中中断断，等等待待下下一一轮轮运运行行，并并把把处处理理机机的的控控制制权权让让给给另另一一个个作作业业使使用用。这这样样在在一一个个相相对对较较短短的的时时间间间间隔隔内内，每每个个用用户户作作业业都都能能得得到到快速响应，以实现人机交互。快速响应，以实现人机交互。现在学习的是第16页，共38页分分时时系系统统与与多多道道批批处处理理系系统统相相比比，具具有有完完全全不

12、不同同的的特特征征，由由上上所所述述可可以以归归纳纳成成以以下下几点：几点：（1）多路性）多路性（2）独立性）独立性（3）及时性）及时性（4）交互性）交互性 返回本节返回本节现在学习的是第17页，共38页1.2.4 实时系统实时系统1实时操作系统的分类实时操作系统的分类2实时操作系统的主要目标实时操作系统的主要目标现在学习的是第18页，共38页1实时操作系统的分类实时操作系统的分类l l实实时时控控制制：当当计计算算机机应应用用于于生生产产过过程程的的控控制制形形成成以以计计算算机机为为中中心心的的控控制制系系统统时时，系系统统要要求求能能实实时时采采集集现现场场数数据据，并并对对所所采采集集

13、的的数数据据进进行行及及时时处处理理，从从而而自自动动地地控控制制相相应应的的执执行行机机构构，使使某某些些参参数数（如如湿湿度度、压压力力、液液位位）能能按按预预定定的的规规律律变变化，以保证产品的质量和提高产量。化，以保证产品的质量和提高产量。l l实实时时信信息息处处理理：通通常常，我我们们把把要要求求对对信信息息进进行实时处理的系统称为实时信息处理系统。行实时处理的系统称为实时信息处理系统。现在学习的是第19页，共38页2实时操作系统的主要目标实时操作系统的主要目标（1）实时时钟管理。）实时时钟管理。（2）连续人机对话。）连续人机对话。（3）过载防护。）过载防护。（4）高可靠性。）高可

14、靠性。返回本节返回本节现在学习的是第20页，共38页1.2.5 微机操作系统、网络操作系统与分布微机操作系统、网络操作系统与分布式操作系统式操作系统 微机操作系统微机操作系统到到20世纪世纪80年代，随着超大规模集成电路的发展年代，随着超大规模集成电路的发展产生了微型计算机，配置在微机上的操作系统称产生了微型计算机，配置在微机上的操作系统称为微机操作系统。最早出现的微机操作系统是为微机操作系统。最早出现的微机操作系统是8位微机上的位微机上的CP/M，它是一个单用户单任务操作系，它是一个单用户单任务操作系统，即只允许一个用户上机，且只允许用户程序统，即只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个

15、任务运行。作为一个任务运行。现在学习的是第21页，共38页计算机网络计算机网络 计计算算机机技技术术和和通通讯讯技技术术的的结结合合使使得得微微机机用用户户资资源源共共享享及及相相互互通通信信的的愿愿望望成成为为可可能能，即即在在一一台台计计算算机机上上可可以以使使用用其其他他机机器器上上的的资资源源或或进进行行通通信信。这这样样计计算算机机网网络络的的概概念念得得以以产产生生。一一些些独独立立自自治治的的计计算算机机利利用用通通信信线线路路相相互互连连接接形形成成的的计计算算机机的的集集合，称为计算机网络。合，称为计算机网络。现在学习的是第22页，共38页分布式操作系统分布式操作系统 大大量

16、量的的实实际际应应用用要要求求一一个个一一体体化化的的系系统统，用用户户希希望望以以统统一一的的界界面面，标标准准的的接接口口去去使使用用系系统统的的各各种种资资源源，实实现现所所需需的的各各种种操操作作。这这就就导导致致了了分分布布式式系系统统的的出出现现。一一个个分分布布式式系系统统是是若若干干计计算算机机的的集集合合，它它们们都都有有自自己己的的局局部部存存储储器器和和外外部部设设备备，但但分分布布式式系系统统是是一一个个一一体体化化的的系系统统，在在系系统统中中有有一一个个全全局局操操作作系系统统，即即分分布布式式操操作作系系统统，它它负负责责整整个个系系统统的的资资源源分分配配和和调

17、调度度、任任务务划划分分、信信息息传传输输、控控制制协协调调等等工工作作，为为用用户户提提供供一一个个统统一一的的界界面面，标标准准的的接接口口，用用户户通通过过这这一一界界面面实实现现所所需需的的操操作作和和使使用用系系统统的的资资源源，但但操操作作和和计计算算是是在在哪哪一一台台计计算算机机上上执执行行或或使使用用哪哪个个计计算算机机的的资资源源则则由由操操作作系系统统自自动动完完成成，用户不用知道，即分布或操作系统是透明的。用户不用知道，即分布或操作系统是透明的。返回本节返回本节现在学习的是第23页，共38页1.3 操作系统的基本概念操作系统的基本概念 1.3.1 操作系统的定义操作系统

18、的定义1.3.2 操作系统的基本功能操作系统的基本功能1.3.3 操作系统的特征操作系统的特征 返回本章首页返回本章首页现在学习的是第24页，共38页1.3.1 操作系统的定义操作系统是用户和系统的界面，系统内部虽然十操作系统是用户和系统的界面，系统内部虽然十分复杂，但这些复杂性由于有操作系统的存在而分复杂，但这些复杂性由于有操作系统的存在而不显现在用户面前。计算机操作系统向用户提供不显现在用户面前。计算机操作系统向用户提供系统调用，用户通过操作系统提供的命令，简单系统调用，用户通过操作系统提供的命令，简单方便地把自己的意图告诉系统，让操作系统去完方便地把自己的意图告诉系统，让操作系统去完成工

19、作。由于操作系统的卓越工作，才能保证系成工作。由于操作系统的卓越工作，才能保证系统资源的充分利用，又使用户能方便使用计算机。统资源的充分利用，又使用户能方便使用计算机。返回本节返回本节现在学习的是第25页，共38页1.3.2 操作系统的基本功能操作系统的基本功能1存储器管理的功能存储器管理的功能2处理机管理的功能处理机管理的功能3设备管理的功能设备管理的功能4文件管理的功能文件管理的功能下一页下一页现在学习的是第26页，共38页1存储器管理的功能存储器管理的功能l l内存分配内存分配l l内存保护内存保护l l地址映射地址映射l l内存扩充内存扩充下一页下一页现在学习的是第27页，共38页2处

20、理机管理的功能处理机管理的功能l l进程控制进程控制l l进程同步进程同步l l进程通信进程通信l l调度调度下一页下一页现在学习的是第28页，共38页3设备管理的功能v缓冲管理缓冲管理v设备分配设备分配 v设备处理设备处理v设备独立性和虚拟设备设备独立性和虚拟设备下一页下一页现在学习的是第29页，共38页4文件管理的功能文件管理的功能文件存储空间的管理文件存储空间的管理目录管理目录管理文件的操作文件的操作 返回本节返回本节现在学习的是第30页，共38页1.3.3 操作系统的特征操作系统的特征 1并发特征（并发特征（Concurrence）2共享特征（共享特征（Sharing）3虚拟特征（虚拟

21、特征（Virtual）4不确定性不确定性返回本章首页返回本章首页现在学习的是第31页，共38页1.4 操作系统的逻辑模型操作系统的逻辑模型 近近年年来来，大大型型软软件件都都是是采采用用层层次次式式结结构构，也也就就是是将将一一个个软软件件分分为为若若干干个个逻逻辑辑层层次次。如如下下图图1.7所所示示，简要地示意了操作系统的分层逻辑结构。简要地示意了操作系统的分层逻辑结构。用户接口（命令接口、程序接口、图形用户接口）对对象操纵和管理的软件集合（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件）操作系统对象（处理机、存储器、设备、文件）返回本章首页返回本章首页现在学习的是第32页，共

22、38页1操作系统的对象操作系统的对象2操作系统对象操纵和管理的软件集合操作系统对象操纵和管理的软件集合3用户接口用户接口（1）命令接口）命令接口（2）程序接口）程序接口（3）图形用户接口）图形用户接口 现在学习的是第33页，共38页1.5 微机操作系统微机操作系统 1.5.1 DOS操作系统操作系统1.5.2 MS-Windows操作系统操作系统1.5.3 UNIX操作系统操作系统 返回本章首页返回本章首页现在学习的是第34页，共38页1.5.1 DOS操作系统操作系统1981年年IBM公公司司首首次次推推出出了了IBM-PC个个人人计计算算机机，在在微微机机中中采采用用了了微微软软公公司司开

23、开发发的的MS-DOS操操作作系系统统。该该操操作作系系统统在在8位位计计算算机机操操作作系系统统CP/M的的基基础础上上进进行行了了较较大大的的扩扩充充，增增加加了了许许多多内内部部和和外外部部命命令令，使使该该操操作作系系统统具具有有较较强强的的功功能能及及性性能能优优良良的的文文件件系系统统。随随着着IBM-PC及及其其兼兼容容机机的的普普及及和和畅畅销销，MS-DOS操操作作系系统统也也就就成成了了事事实实上上的的16位位微微机机单单用用户单任务操作系统的标准。户单任务操作系统的标准。返回本节返回本节现在学习的是第35页，共38页1.5.2 MS-Windows操作系统操作系统1990

24、年年微微软软公公司司推推出出的的Windows 3.0以以其其易易学学易易用用、友友好好的的图图形形用户界面、支持多任务的优点，很快占领了市场。用户界面、支持多任务的优点，很快占领了市场。1992年年推推出出的的Windows 3.1版版，提提供供了了386增增强强模模式式，提提高高了了运运行行速速度，功能也更强大。度，功能也更强大。1993年推出了年推出了Windows NT是一个全新的是一个全新的32位多任务操作系统，位多任务操作系统，成为成为Windows家族中功能最强并支持网络功能的操作系统。家族中功能最强并支持网络功能的操作系统。1995年年推出的推出的Windows 95之后在之后

25、在Windows 95的基础上又推出了的基础上又推出了Windows 97、98，提供了，提供了Internet浏缆器和网络功能，使它们成了浏缆器和网络功能，使它们成了当今个人计算机上最广泛使用的操作系统。当今个人计算机上最广泛使用的操作系统。返回本节返回本节现在学习的是第36页，共38页1.5.3 UNIX操作系统操作系统 UNIX操作系统是目前大、中、小型计算机上广泛使用的多用户多任操作系统是目前大、中、小型计算机上广泛使用的多用户多任务操作系统，在务操作系统，在32位微机上也有不少配置多用户多任务操作系位微机上也有不少配置多用户多任务操作系统。统。UNIX操作系统是美国电报电话公司的操作

26、系统是美国电报电话公司的Bell实验室开发的，至今已实验室开发的，至今已有有20多年的历史，它最初是配置在多年的历史，它最初是配置在DEC公司的公司的PDP小型机上，后小型机上，后来在微机亦可使用。来在微机亦可使用。UNIX操作系统是唯一能在微机工作站、小操作系统是唯一能在微机工作站、小型机到大型机上都能运行的操作系统，也是当今世界最流行型机到大型机上都能运行的操作系统，也是当今世界最流行的多用户、多任务操作系统。的多用户、多任务操作系统。返回本节返回本节现在学习的是第37页，共38页Thank you very much!本章到此结束，本章到此结束，谢谢您的光临！谢谢您的光临！结束放映结束放映返回本章首页返回本章首页现在学习的是第38页，共38页