第一章 操作系统

图形用户接口采用了图形化的操作界面， 用非常容易识别的各种图标（icon）来 将系统的各项功能、各种应用程序和文 件，直观、逼真地表示出来。用户可用 鼠标或通过菜单和对话框，来完成对应 用程序和文件的操作。
1.3 操作系统的形成与发展
推动操作系统发展的动力 操作系统能够不断发展，其原因：
1. 2.
2．设备分配
①设备分配的基本任务，是根据用户进程 的I／O请求，按照某种设备分配策略，为 之分配其所需的设备。 ②为了实现设备分配，系统中应设置设备 控制表、控制器控制表等数据结构，用于 记录设备及控制器的标识符和状态，以供 进行设备分配时参考。 ③不同的设备类型（独占、共享）而采用 不同的设备分配方式。
3．文件的读／写管理和保护
（1）文件的读／写管理：是根据用户的请求， 从外存中读取数据或将数据写入外存。 （2）文件保护：即存取控制功能： ①防止未经核准的用户存取文件； ②防止冒名顶替存取文件； ③防止以不正确的方式使用文件。
OS的服务(作用)
●计算机用户需要的用户命令 由OS实现的所有用户命令所 构成的集合常被人们称为OS的Interface(用户接口)；有 时也称为命令接口。 命令的表示形式：
●
程序设计方面
●提出“多道程序”和“分时系统” 概念 ●出现了系列计算机、远程终端联机系统 ●应用于系统模拟、系统控制、智能模拟等
新的领域
苹果(Apple)计算机
第 4 代大规模集成电路计算机
● 大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路
（VLSI） 器件的使用是第四代计算机的主要标志。
● 应用领域：
能力得到很大提高。
●程序设计方面 • • •
研制出通用的算法和语言
出现批处理操作系统
主要应用于科学计算、数 据处理和实时控制等方面
第 3 代集成电路计算机
●
1958年，美国德州仪器公司利用照像技术
把多个晶体管和电路蚀刻在一块硅片上，
这种半导体集合体就是: “集成电路” —— IC (Integrated Circuit)

内存分配的机制中应具有这样的结构和功能：
①内存分配的数据结构，该结构用于记录内存 空间的使用情况。 ②内存分配功能——为用户程序分配内存空间； ③内存回收功能——当用户不再需要的内存时， 系统能回收内存的功能。
2．内存保护


内存保护的主要任务： 是确保每道用户程序都只在自己的内 存空间内运行，彼此互不干扰。 内存保护机制： 是设置两个界限寄存器，越界检查都 由硬件实现
存储器管理功能

存储器管理的主要任务：
为多道程序的运行提供良好的环 境，方便用户使用存储器，提高 存储器的利用率以及能从逻辑上 扩充内存。
存储器管理功能有4个：
1．内存分配 内存分配有两种方式： ①静态分配方式，每个作业运行之前分配 好内存空间，在作业的整个运行期间不 再改变。 ②动态分配方式中，每个作业在运行前或 运行中，均可申请新的附加内存空间， 以适应程序和数据的动态增涨。
军事预警、尖端科学、航天科学、天气预报等。
超大规模集成电路
第 5 代 智能计算机
● 广泛使用多媒体技术，使人们能够用语音、图像、视
频等更为自然的方式与计算机进行信息交互。
●硬件系统支持高度并行和快速推理，软件系统能够处
理知识信息 。
第 6 代生物计算机
● 利用蛋白质分子制造出基因芯片,研制生物计算机是当今 计算机技术的最前沿。 ● 阻抗低、能耗少、发热量极小。
3．地址映射
地址空间 ——目标程序或装入程序限定 的空间，称为“地址空间”。单元的编号 称为逻辑地址，又称为相对地址。 内存空间 —— 由内存中的一系列单元所限 定的地址范围称为“内存空间”，其中的 地址称为“物理地址”。 地址映射 —— 运行时，将地址空间中的逻 辑地址转换为内存空间中与之对应的物理 地址，称为地址映射 。
成绩构成：
Recommended Reading
•计算机操作系统，汤子瀛 etc.,西安电子科技大 学出版社（第3版）
•操作系统——内核与设计原理，魏迎梅译，电子 工业出版社 •Operating System Internals and Design principles, William Stallings , TsingHua University Press •Applied Operating System Concepts , Abraham Silberschatz etc. , Higher Education Press
●体积大小、处理能力强弱标准划分
1. 微型计算机 2. 小型计算机 3. 大中型计算机 4. 超级计算机
功能多样的个人电子计算机 功能较强,可以同时执行多个任务 功能强大的通用数字电子计算机 运算速度最快、存储容量最大、功 能最完善
第 1 代电子管计算机
世界上第1台计算机
●名称：ENIAC
(Electronic Numerical Integrator and Computer)
操作系统原理、设计及应用
电子科技大学计算机学院 罗惠琼 联系方式：教师社区
教学安排


总学时：80（上课64学时、上机16学时） 主要讲授前五章 教学理论和综合应用相结合
基础课程 考研的课程 应用价值
期末考试占70% 考勤和作业占10% 中期考试占10% 实验占10%

50年代中期出现了第一个批处理系统。 60年代中期产生了分时系统。 80年代之后出现了：微机系统、多处理 机系统、计算机网络系统。
传统计算机划代
●根据计算机采用的电子器件来划分 1.电子管计算机 2. 晶体管计算机 4. 大规模集成电路计算机 5. 智能计算机 6. 生物计算机
Байду номын сангаас
3. 集成电路计算机
操作系统的主要功能

操作系统应具有五方面的功能：
1、处理机管理 2、存储器管理 3、设备管理 4、文件管理 5、方便用户使用的用户接口。
处理机管理功能
处理机管理的主要功能 ：按照一定的算 法把处理机分配给进程（线程），并对 其进行有效的管理和控制。 1．进程控制 进程控制的主要功能是为作业创建进程、 撤消已结束的进程，以及控制进程在运 行过程中的状态转换。
文件管理功能

文件管理的主要任务：是对用户文件和
系统文件进行管理，以方便用户使用， 并保证文件的安全性。

文件管理的主要功能：
1．文件存储空间的管理 ——是对诸多文 件及文件的存储空间，实施统一的管理。 基于数据结构（MCB）对存储空间进行 分配和回收的功能。
2．目录管理
为每个文件建立目录项，并对众多的目 录项加以有效的组织与管理（例如，按 名存取，文件共享 ）。
计算机时代的开始：以1951年 UNIVAC-Ⅰ投入运行为 标志，第一台批量生产的商用计算机，从此，计算机走 向社会。
第 2 代 晶体管计算机
●
1947年，美国贝尔电话实验室发明了晶体管，利用半导体锗和硅制作 的晶体管开始用于计算机的制造上。
● 晶体管体积小，反应速度快，
使计算机的运算速度和处理
晶体管
字符形式：较灵活但因繁琐而难记； 菜单形式：(试图在字符终端上提供友好的用户界 面) 图形形式：因直观而易记但不灵活。
●应用软件需要的System Call(系统调用) 由OS实现的所有 系统调用所构成的集合被人们称为程序接口或应用编程接 口(Application Programming Interface,API)。
4．内存扩充

借助于虚拟存储技术
从逻辑上去扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量 比实际内存容量大得多；

扩充内存必须具有内存扩充机制：
（1）请求调入功能。在程序运行过程中，若所需的程序 和数据尚未装入内存，可由OS从磁盘中将所需部分调入 内存，继续运行。 （2）置换功能。将内存中的一部分暂时不用的程序和数 据调出到磁盘上，然后再将所需调入的部分装入内存。
●目的：用于第二次世界大战后期的弹道计算 ●诞生时间：1946年2月15日 ●诞生地：美国宾夕法尼亚大学
电子管
ENIAC计算机
●使用18000只电子管 ●1500个继电器 ●占地面积170m2
●重量30吨
●耗电量140千瓦
计算机诞生中的三个第一



世界上第一台投入运行的电子计算机 ENIAC, 1946.2 , 美国 世界上第一台按存储程序控制功能设计的计算机 EDVAC，1946--1950，美国 世界上第一台投入运行的实现存储程序控制的计算机 EDSAC，1947--1949，英国
生物芯片
现代计算机的发展趋势
（1）微型化 体积更小，重量更轻，价格更便宜，且功能更强。

2 、进程同步

进程同步的主要任务是为多个进程的运行进 行协调。

两种协调方式：
①进程互斥方式，这是指诸进程（线程） 在对临界资源进行访问时，应采用互斥方式； ②进程同步方式，指进程相互合作去完成 共同的任务时，诸进程之间的协调。

实现进程同步采用信号量机制。
3．进程通信

进程通信——是进程之间的信息交换。 当相互合作的进程（线程）处于同一计 算机系统时，通常在它们之间是采用直 接通信方式，即由源进程利用发送命令 直接将消息（message）挂到目标进程 的消息队列上，以后由目标进程利用接 收命令从其消息队列中取出消息。
第一章 计算机操作系统概论
操作系统的目标、作用和模型
l 操作系统——是裸机上的第一层软件， 它是对硬件系统功能的首次扩充，是填补 人与机器之间的鸿沟。
用户 OS 计算机
操作系统的目标
● 设置操作系统的目的： 1、方便性:操作系统使计算机更易于使用 2、有效性:操作系统允许以更有效的方式使 用计算机系统资源。 3、可扩展性:在操作系统中,允许有效地开发， 测试和引进新的系统功能。 4、开放性:实现应用程序的可移植性和互操 作性,要求具有统一的开放的环境。