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操作系统基础

在计算机软件系统中，操作系统是最基础的软件，是计算机系统中硬件和软件资源的管理者和仲裁者，为用户提供了友好的操作及编写程序的接口，并为其它软件提供可靠的支撑平台和运行环境。没有安装操作系统的计算机，普通人员几乎无法使用，即使会用，工作起来的效率也非常低下。

操作系统经历了一个从无到有，从简单到复杂，功能不断完善的发展过程，并且仍在发展中。现代计算机系统的功能发挥和效率的提高依赖于操作系统。

1 操作系统的概念

计算机系统由硬件系统和软件系统共同组成。硬件系统构成计算机系统赖以工作的物理实体，没有安装任何软件的计算机称为“裸机”。利用“裸机”进行工作是困难的，人们在它之上配置若干软件构成了计算机系统。软件指的是在计算机上运行的各种程序、要处理的数据以及各种相关文档的总称。其中程序是指为解决某个问题，人们事先设计好的计算机能够执行的指令序列；数据是信息的表现，是计算机能处理的某种数据结构的集合；文档是在程序开发以及维护过程中所形成的相关图文资料。

1.1 操作系统的分类

在形成和发展中，基于不同需求目的，产生了多种不同特征的操作系统。按不同标准，对操作系统的分类也不相同。

①按系统工作方式可分为：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统。

●分时操作系统是指将计算机系统资源按时间片来为多个终端用户轮流服务，及

时地响应每个用户的服务请求，由于每个时间片很短，每个用户感觉上主机是在为他一个人服务。

●实时操作系统能够在限定时间内对输入的数据进行快速响应处理，通常它可分

实时控制系统和实时信息系统。实时系统具有高可靠性、及时性和第一页较少人为干预等特征。

②按资源共享可分为：单任务操作系统、多任务操作系统、单用户操作系统、多用户操作系统。

●单任务操作系统的主要特征是在一个计算机系统内一次只能运行一个用户程

序，该程序独占系统的所有软、硬件资源。

●多任务操作系统则在系统内可同时运行多个用户程序，它们共享系统中的各种

资源。

●单用户操作系统是指同一时刻只能有一个用户登录到计算机系统中。

●多用户操作系统则允许同时有多个用户登录到系统。

③按计算机体系结构可分为：单机系统、多机系统、网络系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统。

●单机系统和多机系统是从系统是否支持多处理机进行区分的。

●网络操作系统能提供网络通信和网络资源共享功能，它可以协调各主机上任务

的执行，为用户提供网络管理和统一的网络软件接口。

分布式操作系统是在计算机网络基础上发展起来的，它可以将任务分布到网络中不同计算机系统上进行处理，并能协调平衡网络中的不同处理机的负载，由

多个处理机协同完成任务。

1.2 常见操作系统

1）磁盘操作系统DOS

DOS（Disk Operating System，磁盘操作系统）是微软公司20世纪80年代开发的，其早期版权曾卖给IBM公司，主要安装在IBM的个人计算机上，是一个单用户单任务的操作系统。它有着优良的文件管理功能，但是受到Inter x86体系结构的限制，而且存储管理功能较弱，目前已基本淘汰。

2）Linux

Linux是一个自由软件（自由软件是指可以免费提供给任何用户使用，其源码公开，可以自由修改，但不能有商业用途），是一个多用户多任务的网络操作系统，并

且支持多CPU，其内核基于UNIX。目前它的版本众多，其服务器在操作系统市场占有率排名第二。

3）Windows

Windows是微软公司开发的基于图形用户界面的操作系统，因其界面形象生动、

操作简单方便，为广大用户所喜爱，也是个人计算机上安装使用率最高的操作系统，目前的最新版本是Windows Vista。本书中主要介绍发展得比较成熟，性能也比较稳定的版本Windows XP。

4）Mac OS

Mac OS是在苹果公司的Power Macintosh及Macintosh机型上使用的操作系统。它是最早的基于图形用户界面的操作系统，其强力的图形处理第二页功能为众多要处理图形任务的用户所钟爱，但由于支持的硬件受限，市场普及率不高。

2 操作系统的功能

操作系统是计算机系统的内核与基石，提供了对庞大的计算机硬件和软件资源进行管理控制的功能，使得用户可以方便高效、安全可靠地操纵计算机来开展工作。从管理的角度看，操作系统其实就是由一组管理程序组成的程序集合，不管是哪种类型的操作系统，它们都提供了处理机管理、存储管理、I/O设备管理、文件管理和用户接口五个方面的管理功能。

1）处理机管理

处理机是计算机硬件的核心部件，所有程序的运行和数据的处理都是靠它来实现的，所以它的使用效率关系到整个计算机系统的效率。在早期的单道程序系统中，一个程序运行时占用系统的所有资源，但并非所有资源在程序运行期间时时刻刻都用到，这使得系统的资源利用效率非常低下，大量资源在很多时刻是空闲的。为了提高系统资源的使用效率，人们提出了多道程序系统的概念，引入了前面所提及的多道批处理

系统。多道程序共享系统的资源，有效地提高了资源的利用率。

处理机管理以进程为单位，因此有的书籍中也称处理机管理为进程管理。进程与程序关系为：进程是程序及其相关数据在某一台计算机的一次执行，可以简单的理解为进程是正在运行的程序，程序没有执行或执行完毕，也就不存在进程，因此进程是有生命期的。Windows用户可以通过任务管理器查看到系统中已有的进程。

2）存储管理

存储器是计算机系统的重要资源。任何要被执行的程序其代码和数据要全部或部分驻留内存，操作系统本身也要占据部分存储空间。合理管理存储空间，提高它的利用率，关系到整个系统的性能。存储空间的管理主要包括：内存分配、内存保护、地址映射及内存扩充。

①内存分配。多道程序环境下，内存为多个进程所共享，每个进程都须拥有不同的存储空间，内存管理根据每个进程的需求合理地给它们分配存储器资源，这是内存管理的基本功能。

②内存保护。内存管理要保证每个进程在各自的内存空间互不干扰，并防止一个进程对其它进程空间内的代码和数据进行非法访问。

③地址映射。在程序员进行程序设计时，并不知道将来程序在内存空间第三页存放的位置，所以程序中使用的是逻辑地址。程序对应的进程被创建时，会被装入到内存，操作系统必须将程序中的逻辑地址映射（转换）为内存中对应的物理地址。

④内存扩充。由于物理内存空间有限，有时难以满足程序的需求，内存管理能够将部分外部存储空间模拟成内存空间，借以扩大内存空间。这种从逻辑上扩大物理存储空间的技术称之为虚拟存储技术。

3）I/O设备管理

在计算机系统中除CPU与内存外，其它大部分硬件称为外部设备，主要包括输入输出设备、外存设备以及终端设备。

设备管理的主要工作是控制设备和处理机（CPU）之间进行I/O操作。由于设备的多样性和复杂性，设备管理成为操作系统中最复杂的一种管理，它的功能主要分以下几个方面：

① I/O设备的分配。

②控制I/O设备与内存（或CPU）间的数据交换。

③为用户提供友好的透明接口，也称I/O设备的无关性（独立性）。它将设备的物理特性和用户分开，用户使用逻辑设备。例如，某台计算机配备了一台激光打印机和一台喷墨打印机，用户在打印时只要选择打印机的逻辑名称，而不用关心将来打印机是如何实现打印的。

④实现设备缓冲管理。I/O设备、内存、CPU之间速度的差异非常大，引入缓冲技术可以缓和速度不匹配的问题，提高它们之间操作的并行能力，进而提高CPU及设备的利用率。

4）文件管理

计算机中的所有程序和数据都是以文件的形式存放在外部存储器上，所以文件也是计算机中的重要资源。

文件管理的主要功能是实现文件的按名存取、文件存储空间的分配与回收、目录管理、文件存取控制、文件的安全与维护以及文件的逻辑地址与物理地址的映射等。

3 Windows XP操作系统

本节主要介绍Windows XP中文专业版的主要功能和基本使用方法，Windows 2000以上版本的Windows系列操作系统使用方法与其类似。

3.1 Windows XP概述

1）Microsoft Windows简介

1983年，微软宣布开始设计Windows 1.0操作系统，55个开发人员花费了整整一年的时间，直到1985年11才正式发布，它基于MS-DOS2.0，并且开始尝试在操作系统中使用图形用户界面，但由于当时硬件条件的限制以及软件自身存在缺陷，所以并没有获得用户认同。如今已过去20多年，Windows走过Windows 3.x、Windows NT 3.1、Windows 95、Windows 2000、Windows XP等几个重要发展里程碑，已经成为风靡全球的个人计算机上的操作系统。

Microsoft Windows使用成熟的图形界面作为用户接口，为应用程序配上生动形象的图标，用户通过鼠标很容易对它进行操作，从而完成相关任务。除此以外，Windows 还为用户提供了灵活便捷的外部设备配置方式（如支持即插即用）；提供了多任务的工作环境，用户工作时可以开多个窗口，同时运行多个程序。

2）Windows XP的特点

Windows XP是Microsoft公司于2001年推出的，主要有4个版本：面向家庭使用的Windows XP Home Edition、面向企业的扩展专业版Windows XP Professional、增强了多媒体应用的Windows XP Media Center以及增加了手写输入功能的Windows XP Tablet PC，其中XP Professional使用最广泛。Windows XP的特点和新功能主要有：

(1) 用户界面美观、靓丽

用户启动Windows XP系统后，登录界面以蓝色为主色调，给人以一种宁静清新的感觉，登录的提示、交互对话也更加友善。进入系统后的桌面布局也焕然一新。“开始”菜单设计更为合理，显示区域增大，这样有利于用户进行识别和选择。

(2) 易用性更好

在中文版Windows XP中集成了很多应用软件，如多媒体软件、网络连接、防火墙等。系统的窗口（如“控制面板”）中，增加了其它相关操作的链接区域，方便用户操作，使工作效率大为提高。

(3) 稳定性和可靠性提高

由于Windows XP采用了Windows NT核心技术，运行的稳定性和可靠性大为提高。

(4) 强大的网络功能

可以用Windows XP来组建一个家庭网络或小型办公网络，即使用户不具有太多的网络知识，也可以使用“网络安装向导”轻松地完成网络的设置，使得网络中互连的多台计算机共享Internet连接，共享网络中的文件、文件夹以及打印机等资源。内置的Internet连接防火墙，可以使未经授权的人无法随意访问用户的计算机或家庭网络，从而阻止来自Internet的黑客入侵和攻击。

集成软件MSN Explorer、NetMeeting、Windows Messenger，利用它们可以使用户轻松地上网冲浪，与朋友进行交流、管理财务、收听音乐、进行聊天。

(5) 多媒体功能更加突出

① Windows XP系统中“Windows Media player 9.0”是一个功能强大的数字媒体播放器，可以播放CD、VCR、DVD等格式的音频、视频文件。

②提供了对扫描仪和照相机的支持，用户可以在“控制面板”窗口中启动“扫描仪和照相机安装向导”给计算机添加这两种外部设备。

③提供了“Movie Maker”，该程序可用于视频影片的编辑。用户可以将便携式摄像机或者数码摄像机中的影音资料导入到自己的计算机中，然后利用这个程序进行编辑，也可以将计算机中现存的音频、视频文件合成一个电影，可以在其中加入插曲、旁白甚至静物照片。

3.2 Windows XP的基本操作

1）XP的启动

在确定连接计算机的各种电源线和数据线都完好时，按下主机箱上的Power电源按钮，如计算机硬件系统自检正常，Windows XP便开始自动启动，当屏幕上出现欢迎登录界面，用户可以选择帐户并输入密码进行XP系统登录，登录成功后出现XP的桌面。

2）关闭计算机

在Windows XP系统下，要关闭计算机，不能采用直接关闭计算机第六页电源的方式，否则可能造成正在运行的应用程序被破坏或数据丢失。正确的方法是：选择“开始”→“关闭计算机”命令，然后在出现的对话框中选择“关闭”按钮。如果只是要注销当前用户，则应选择“开始”→“注销”命令，然后在弹出的注销Windows对话框中选择“注销”。

3）鼠标的基本操作

鼠标一般有左、中、右三个按键（中键是一个滑轮）。默认设置下左、右键的基本操作方法有：

①单击。按下鼠标左键，立即释放。

②单击右键。按下鼠标右键，立即释放。单击鼠标右键后，一般会弹出一个快捷菜单，其中包含一些常用的命令。

③双击。快速对左键进行两次单击操作。