第二章 操作系统用户界面(精品).ppt

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1、第二章 操作系统用户界面 第一节 作业的基本概念一、作业的定义 1、作业：从用户的角度，作业是指在一 次应用业务处 理过程中，从输入开始到输出结束为止，用户要求 计算机所做的与该次业务处理相关的全部工作。2、作业步：完成一个作业的过程中所经历的相对独立 的工作。3、作业的组成：作业从内容上包含程序、数据、作业 说明书(作业控制块)。4、作业说明书：用作业控制语言书写的，用于对作业执行情况进行控制的特 殊文件。5、作业的特点：a、是一个动态的概念；b、在批处理系统中，作业是抢占内存资源的基本单位。二、作业组织 作业是由程序、数据、作业说明书组成。1、程序、数据：完成用户所要求的业务处理工作。2、

2、作业说明书：体现用户对作业的控制意图，且由作 业说明书生成作业控制块。3、JCB表格内容：登记作业要求的资源情况，预计执 行时间和执行优先级等。4、作业说明书内容：包括作业基本描述信息、作业控 制描述信息、资源要求描述信息。（1）作业基本描述：含用户名、作业明、使用的编 程语言、允许的最大处理时间等。(2)作业控制描述信息：含控制方式、各作业步的控制 顺序、出错处理等。（3）资源要求描述信息：含要求处理时间、内存空间、外设种类、数量、处理机优先级、所需处理时间、库函数、实用程序等。注意：（1）在微机中，人们常用批处理文件编写作业说明书。（2）作业说明书方式主要用于批处理系统中，且不同计算机厂家

3、对自己的系统定义有各自的作业说明书格式和内容。第二节 作业建立作业的建立：将一个作业所包含的程序、数据、作业说明书由输入设备送入外 存的输入井，并通过作业注册程序为 该作业申请建立一个相应的JCB过程。一、作业的输入方式 1、联机输入方式：（1）特点:a、主要用于交互式系统中，用户与主机 通过交互会话方式输入作业；b、外围设备与主机直接相连；c、由于CPU与外设速度不匹配，CPU利 用率低。（2）示意图：2、脱机输入方式 （1）目的：解决联机输入CPU利用率低的问题。（2）示意图：主机外存输入/输出主机高 速 外围设备后援存储器低档机I1后援存储器低档机I2 （3）特点：a、CPU效率高，但以

4、牺牲低档机为代价；b、需要用户干预和移动后援存储器；c、灵活性差，当遇紧急情况时无法直接将作业交 给主机处理。3、直接耦合方式：（1）方法：将主机与外围低档机通过一个大容量的 外存直接耦合起来，省去脱机方式中靠人工移动 后援存储器的过程。（3）示意图：主机公用存储器低档机低档机 （3）缺点：成本高。4、SPOOLING(假脱机系统)（1）多台I/O设备通过通道或DMA器件和主机、外存 连接起来。（2）原理图：输入设备输入设备通道输入井输出井通道输出设备输出设备通 道 主机系统输入管理模块输出管理模块 （3）特点：a、外设得以并行工作；b、CPU利用率高；c、与直接耦合方式相比，降低了成本。5、

5、网络输入方式：以上述四种微基础（略）。二、JCB建立：1、建立：由作业注册程序为已输入的作业建立。2、JCB的内容：（1）作业名：以区分作业；（2）估计执行时间、建立时间、优先级等为作业调度 提供依据；（3）作业说明书：控制作业执行的依据；（4）程序设计语言类型，指明所需的编译系统和库函 数等；（5）作业状态：描述作业生存期的各个阶段。a、提交态：从作业输入请求开始到建立JCB表为 止。b、后备态：从建立JCB表开始到作业调度程序选中 该作业进入内存为止，作业在作业等待 队列中所处的状态。c、执行态：从作业被调度选中开始到该作业执行结 束为止。d、完成态：从作业之行结束到被撤销为止。（6）对内

6、存、外存的要求。第三节 命令控制界面接口（补充）一、用户界面的发展 1、第一代用户界面，在一维空间（命令 行界面和编程人员在程序中的系统调用）用户要使用计算机，首先要熟悉一 套操作命令，而且不同的操作系统命令 是各不相同的，熟悉英文名称及其缩写 有助于记忆命令；多数的命令行有很多选项 实施多种控制操作能力；操作系统中必备一 套相应的命令解释程序。2、第二代用户界面，在二维空间（图形界面）（1）用户观看，单击缩影的图符。如Windows是视窗 操作系统发展的里程碑；（2）美国的苹果公司的Macintosh系列微机，其人机界 面设计仍是较优秀的；（3）在UNIX操作系统上，早已广为流行一种图形用户

7、 界面，他就是X-Windows，它也有类似的功能，但 不属于操作系统核心的内容，需另行配置安装；（4）图形用户界面便于用户操作使用计算机，在显示 屏上可以建立很多缩微型形象化的图标，用户用鼠 标器单击就能调出程序工作，即所见所得。3、第三代用户界面，在三维空间（虚拟现实的界面元素）（1）目前已有不少的游戏软件在三维硬件显示卡的支 持下，改成三维动画效果。（2）在计算机的很多应用领域中，如建筑、医学等，需要有3维计算的图像显示立体效果；（3）现有的界面已能看到很多“虚拟仪器”，如电话机、放音机等，在计算机的“桌面”上显示出人们熟悉的家 用电器或其他仪器设备的操作面板。4、虚拟机概念 （1）虚拟

8、软驱、虚拟内存、虚拟硬盘、虚拟打印机、虚拟现实等技术均已出现并得以应用；（2）计算机也可以虚拟，可以使用虚拟机来创造出多 个理想的工作环境，而这一切只需在一台机器上可以 完成。二、界面管理的任务：1、界面管理的任务是：使用多媒体虚拟现实和科学计 算可视化等技术寻求最佳的人机通信方式；2、任何一种软件首先涉及人机交互的控制界面，目前 的计算机也离不开操作系统的界面。计算机的发展史 不仅是计算机在处理速度和存储容量飞速提高的历史，而且也是计算机用户界面不断改进的历史，Windows 系统中80%以上的编程代码是涉及与人打交道的界面 设计。3、作为面向最终用户的“作业”管理来看，人机交互界面 也可称

9、为用户界面，已成为计算机系统的一个重要组 成部分，是计算机科学与心理学、图形艺术和人素学 的交叉研究领域。他是计算机领域的竞争焦点从硬件 转向软件之后，又一新的重要研究领域。三、界面管理的功能：1、实现高效的人机通信 在传统的人机交互系统中，人被认为是操作者 去适应机器，人被认为是用户，能与机器对话，但无 主动参与感；而在虚拟现实系统中，人应是主动的参 与者，机器对人的各种动作做出反应，若将人的听、说、手和眼等协同动作，采用多通道、以自然方式交 互，可以实现高效的人机通信。2、改善计算机的可用性、可学性和有效性 键盘和鼠标均需用户“精确”输入，而人的动作或思 想，往往不很精确，要求计算机能理解

10、人们的要求，甚至能纠正人的错误，所以智能化的界面是一个重要 的方向。3、支持三维和多媒体技术 人的生活空间是三维的，头脑在进行思维时可 以进入多维的空间，而当今计算机的屏幕是二维的，虽然通过图形用户界面已提供了一些仿三维的按钮等 界面元素，但界面仍难以进行3维操作。4、为广大用户提供适应不同应用的众多界面构造工具 及语言。开发GUI的工作量及难度十分可观，普通用户已 很难自行开发，必须依靠熟练的程序员或方便的工具。现在已有一些GUI开发工具，如Visual Basic,Visual c+,Power builder,Visual foxpro等，还有一些电子表格、数据库查询语言或超文本制作语（

11、Hypertalk,OpenScipt）类似自然语言风格，但其中有的不支持汉字、有的适 应性差。四、用户界面研究 1、WIMP界面 WIMP界面是指窗口（Windows）、图符（icons）菜单(menu)、指点装置（pointing），它是目前个人 计算机流行的用户界面。2、WYSIWYG(what you see os what you get)所见即所得 3、多通道（multi-modal user interface,MMI）为了充分发挥CPU的高速运算性能，是CPU与外部 设备之间以及外部设备与外部设备之间实现更多的并行 工作。4、人机询问技术（man-machine interro

12、gation technique,MMIT）人机交互的界面发展，是机器能像人一样地进行“交 谈”。5、Post-WIMP时代（后WIMP）同时操作多个设备，例如多个传感器、多个通道、多个人同时使用以至能识别人的双手及形体语言等多 模式识别。6、X-window 它是86年美国MIT的雅典娜工程小组为了提供一个 独立于硬件的用户图形界面而开发成功的，广为流行 的是83年发行的X11.2版本。尤其与UNIX操作系统结 合，是唯一既可运行于IBM-PC到各种大中型机以及巨 型机，又可运行于X终端上。同时，它也给程序员编 程提供了工具箱编程接口和事件驱动型编程模型。他 有多窗口、按钮、菜单、图标、滚动

13、条和鼠标等控制 输入命令的工具。7、虚拟现实 （1）虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的3维 视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以 从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对 这生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。（2）虚拟现实是一项综合的的技术涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能技术等，需要 计算机、心理学、人类工程学等专家共同开发研究。（3）实际应用的虚拟系统大体可分为4类：a、桌面虚拟现实系统，也成窗口中的VR，它成本 低，需要用于CAD/CAM、建筑设计的领域；b、沉浸虚拟现实系统，使用头盔显示器把用户的 视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临 其境的错

14、觉；c、分布式虚拟现实系统，它建立在沉静虚拟现实系 统和分布式交互仿真的基础上；d、增强现实。五、用户界面设计的特点：1、计算机不断适应人的需求，以方便用户为目的。一 般用户欢迎“傻瓜型”机器；2、现代操作系统程序编写代码中80%以上与用户界面的 设计有关。界面设计不单是技术上的设计问题，还有 一个艺术上的问题。要增强个性化的设计，即允许有 个人的选择和改编的可能；c、美国微软公司是以商业运作为指挥棒，源代码是不 公开的。而MIT对购买X-Windows源程序的开发单位 只进行象征性的收费，是它能得到迅速的发展。类似 的Linux操作系统源代码是公开的，因此使它3年就走 完UNIX20年的历程

15、。d、多窗口系统一般都采用事件驱动控制方式。系统内 有一个事件驱动控制程序，负责接收输入事件，并在 接收事件后为用户反馈信息，然后按某种调度方式从 接收的事件队列中取出相应事件并进行处理，最后还 对已处理过的事件进行清理工作。第四节 作业调度（补充）一、作业调度的功能 （1）采用作业控制块（JCB）记录系统 中个作业工作状况；（2）根据选定的调度算法，从后备作业 队列中选出一部分或一个作业投入运 行；（3）为被选中的作业做好运行前的准备工作，包括选择相应的进程执行单元以及为这些进 程分配系统资源，州县判断用户的资源要求 是否能够满足。（4）作业运行结束后的善后处理工作。二、作业调度算法 1、先

16、来先服务（FCFS）按作业进入输入井的先后次序安排。优点是实现 简单，FIFO队列顺序工作，对相同的或均衡的作业较 为合理；缺点是不利于运行时间短的作业。2、最短作业优先（shortest jib first,SJF）（1）方法：选择那些估计需要执行时间最短的作业投 入执行，为他们创建进程和分配资源。（2）特点：可使得系统在同一时间内处理的作业数最 多，从而吞吐量也大于其它调度方式。但是对于一个不断有作业进入的批处理系统 来说，该方法可能使得长作业永远得不到调度执行 的的机会。3、最高响应比优先法（highest response-ratio next,HRN）（1）方法：同时考虑每个作业的等

17、待时间长短和估计 需要的执行时间长短，从中选出相应比最高的作业 投入执行。（2）响应比或响应系数比定义：R=(W+T)/T T:为作业估计需要的执行时间，W：为作业在后 备状态队列中的等待时间。（3）缺点：实现复杂，每次调度前要对所有作业扫描一 遍，比较后再调度。4、定时轮转法：按时间片轮转，可分为短时间的固定时间片和长 时间的不固定时间片。在UNIX中，采用长度为几毫秒至几十毫秒的固 定时间片轮转；在Windows中，完成多任务的工作方 式是协调式及抢占式，并不按固定时间片工作。5、优先数法：按优先数排队次序工作。分为静态和动态：经 态是在排队前计算优先数，动态是在调度时计算优 先数。又可分

18、为用户给定优先数法和系统给定优先 数，例如：系统给定前台和后台工作的优先数。6、事件驱动法：美国微软公司的MS-Windows采用事件驱动法，它不同于固定时间片完成多任务。每当发生一些事件 就进入相应的调度程序工作，典型的事件，例如，用 户打开一个新的“窗口”。从用户角度表面看，如果定 义作业是让计算机干一件事情，事情可大可小，可多 可少，作业与事件是类似的，作业可以有许多工作步 完成。作业一般只工作或任务的整体；更广泛。实际 上，作业的退出、链接、夭折、完成以及封闭等都可 以看成是一个事件。用户点击窗口界面上的各种图标 就可通知计算机干一件事。系统通过事件驱动程序执 行任务。7、各种不同类型作业搭配调度算法：一个实际的操作系统往往是综合的，即采用以上 所述的几种算法组合，以适应不同用户不同需求的均 衡满足。系统调度原则是综合考虑到CPU运行时间多 少、对内存的要求、多外设的要求、对输入输出吞吐 量的以及等待时间等