操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言
OS-01-1绪论
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力
“需求推动发展”
(1) 提高资源的利用率和系统性能：计算机 发展的初期，计算机系统昂贵，用作集 中计算 (2) 方便用户：用户上机、调试程序，分散 计算时的事务处理和非专业用户（商业 和办公、家庭） (3) 器件的发展：CPU的位宽度（指令和数 据）、快速外存 (4) 出现问题，解决问题
Abrahan Silberschatz,etc
Applied Operating System Concept
Abrahan Silberschatz,etc
参考教材
Mikey Williams Windows 2000 编程技术内幕 David A. Solomon, Windows NT 技术内幕 Windows操作系统原理 机械工业出版社 清华大学出版社 机械工业出版社
课程要求
• 期中论文： • 上机实验： • 期末考试： 10% 30% 60%
小论文要求
字数要求
– 3页纸 – 正文字数限制在 3000~4000字
格式要求
– 题目 – 学生姓名、学号、 电子邮件地址 – 正文 – 参考文献 * – 字体 正文 宋 小四
语言文字要求
– 简洁、流畅
风格要求
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 手工操作 1.2.3 单道批处理系统(simple batch processing) 1.2.4 多道批处理系统(multiprogramming system) 1.2.5 分时系统(time-sharing system) 1.2.6 实时系统(real-time system) 1.2.7 通用操作系统 1.2.8 操作系统的发展
操作系统全部课件
2.4.2 Windows的命令控制界面
Windows的命令控制界面分 为两个部分： 窗口交互：通过键盘和鼠标在图 形上操作。 命令解释器：通过cmd.exe为 用户服务。
2.4.2 Windows的命令控制界面
图2.6相互调用批处理示例
2.5 系统调用
系统调用分为6类： 1 设备管理 2 文件管理 3 进程控制 4 进程通信 5 存储管理 6 线程管理
1.4.2 分时操作系统（On-line）
HAL
Time Sharing OS
终端
终端
…...
终端
界面1：交互式命令语言(eg. shell, command) 界面2：图形用户界面(GUI)
1.4.2 分时操作系统
特点：
多路性：一个主机与多个终端相连； 交互性：以对话的方式为用户服务； 独占性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。
操作系统的发展
网络操作系统 分布式操作系统 多处理机操作系统 单用户操作系统 面向对象操作系统 嵌入式操作系统 智能卡操作系统
操作系统的完善
多道批处理系统 分时系统 实时处理系统 通用操作系统
1.3 操作系统特性
程序并发性
多个程序在宏观上同时向前推进、微观上串行推 进 并发(concurrent) vs. 并行 (parallel)
CPU CPU … CPU 内存
1.4.7 分布式操作系统
松散耦合：(loosely coupled)
由计算机网络发展而来（多Host) 无公共内存，无公共时钟
host1 DOS DOS host2 DOS
host3
1.4.7 分布式操作系统
分布式操作系统特征:
操作系统原理实验教学大纲(本科)-2013
《操作系统原理》实验教学大纲一、实验教学内容与基本要求实验一 批处理系统的作业调度1 目的要求1.加深对作业概念的理解；2.深入了解批处理系统如何组织作业、管理作业和调度作业。
2 实验内容编写程序完成批处理系统中的作业调度，要求采用响应比高者优先的作业调度算法。
实验具体包括：首先确定作业控制块的内容，作业控制块的组成方式；然后完成作业调度；最后编写主函数对所做工作进行测试。
3 所需实验设施设备PC、windows操作系统4 教学形式及过程演示、学生独立完成实验二 进程管理1 目的要求1．加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
2．深入了解系统如何组织进程、创建进程。
3．进一步认识如何实现处理器调度。
2 实验内容编写程序完成单处理机系统中的进程调度，要求采用时间片轮转调度算法。
实验具体包括：首先确定进程控制块的内容，进程控制块的组成方式；然后完成进程创建原语和进程调度原语；最后编写主函数对所做工作进行测试。
3 所需实验设施设备PC、windows操作系统4 教学形式及过程演示、学生独立完成实验三 动态分区存储管理方式的主存分配回收1 目的要求深入了解动态分区存储管理方式主存分配回收的实现。
2 实验内容编写程序完成动态分区存储管理方式的主存分配回收的实现。
实验具体包括：首先确定主存空间分配表；然后采用最优适应算法完成主存空间的分配和回收；最后编写主函数对所做工作进行测试。
3 所需实验设施设备PC、windows操作系统4 教学形式及过程演示、学生独立完成实验四 页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断1 目的要求1．深入了解页式存储管理如何实现地址转换；2．进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。
2 实验内容编写程序完成页式存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。
实验具体包括：首先对给定的地址进行地址转换工作，若发生缺页则先进行缺页中断处理，然后再进行地址转换；最后编写主函数对所做工作进行测试。
操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言
三. 桌面系统
随着微电子技术的发展，操作系统的目标： 不再是最大化CPU和外设的利用率 而是最大化用户方便性和响应速度 各种类型的Windows替代MS-DOS， IBM公司将MS-DOS升级为多任务OS/2 Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX)
个人计算机操作系统得益于大型机操作系统的研制成果。 另一方面，微型计算机硬件费用很低，有些技术实现可简单。
2
为什么学习操作系统 ?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统 软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统
为后继课程打好基础 ———— 数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实 现技术 ———— UNIX，Linux, Windows
3
操作系统能做什么 ?
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软 操 统
件 程 序
用
其 户
二. 存储程序式计算机的结构和特点
存储程序式计算机(Von Neumann计算机)
1. 基本部件
CPU、主存储器、I/O设备、控制台 2. 特点 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程
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3. 计算机系统结构与操作系统的关系
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二. 批处理阶段
1. 联机批处理
特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
17
2. 脱机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
输入机
输入带
输入带
卫星机
主机
打印机
输出带
操作系统原理与Linux系统试验(庞丽萍 郑然) 复习笔记
操作系统原理与Linux系统实验考试范围第一章操作系统的发展也历经了初级阶段、操作系统的形成阶段和操作系统的进一步发展这三个阶段。
通道：一种专用的处理部件，它能控制一台或多台外设的工作，负责外设与主存之间的信息传输。
中断：指当主机与接到某种信号（如I/0设备完成信号）时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，当事件处理完毕，主机又回到原来的工作点继续工作。
操作系统的形成标志是：采用多道程序设计技术和分时技术。
多道程序设计技术：主存中同时存放几道相互独立的程序，它们在操作系统的控制之下，相互穿插地运行。
分时技术：把CPU时间划分成很短的时间片，轮流地分配给各个联机作业使用。
什么是操作系统：操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的软、硬件资源的分配和管理；控制和协调并发活动；提供用户界面，使用户获得良好的工作环境。
操作系统的特性：1、并发（指能处理多个同时性活动的能力）；2、共享（多个计算任务对系统资源的共同享用）；3、不确定性并发和共享是一对孪生兄弟，程序的并发执行，必然要求对系统资源的共享，而只有提供系统资源共享的可能才能使程序真正的并发执行。
操作系统的资源管理：处理机管理、存储管理、设备管理和文件系统。
处理机管理：最核心的是问题是CPU的时间分配；功能是：确定进程调度策略；给出进程调度算法和进行处理机的分派。
存储管理：任何程序的执行都必须从主存中获取数据信息。
功能：1.存储分配和存储无关；2.存储保护；3.存储扩充。
文件系统：软件资源是各种程序和数据的集合，操作系统将这些信息组织成文件，以文件的形势进行管理。
操作系统的基本类型：批量操作系统、分时操作系统、实时操作系统。
个人计算机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。
分时操作系统特点：1.并行性 2.独占性 3.交互性实时操作系统：实时应用的目的是监视、响应或控制外部环境。
实时：计算机对外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控制对象允许的截止期限内作出快速反应。
庞丽萍操作系统第四版--第1章绪论
牛郎星8800,之所 以能广泛流行并从 而掀起一场“微机 革命”,是同比 尔· 盖茨和保罗.艾 伦(Paul Allen)看准 机会为它配上 BASIC语言分不开 的 !!
第五代计算机（1990-）超大规模集成电 路和网络及分步式操作系统。
1.2.1手工操作阶段 没有操作系统,没有任何软件.用户直接用机器 语言编程.输入输出用穿孔纸带(卡片). 人工操作方式有以下两个缺点：
1.2.6个人计算机操作系统 如DOS,UNIX,WINDOWS
目前个人计算机上使用的操作系统 以windows系列和linux系统为主。
1.2.7网络操作系统 网络操作系统包括网络管理、通信、资源 共享、系统安全和多种网络应用服务。 多用户系统和网络系统的比较（表1-3）
（1） 计算机网络主要由3部分组成
IBM7090 1955年，美国在阿塔拉斯洲 际导弹上装备了以晶体管为 主要元件的小型计算机。 1958年，美国的IBM公司制 成了第一台全部使用晶体管 的计算机RCA501型。 1959年，IBM公司又生产出 全部晶体管化的的电子计算 机IBM7090。 1961年，世界上最大的晶体 管电子计算机ATLAS安装完毕。
1. 3操作系统的基本概念
1.3.1操作系统的定义和在计算机系统中的 地位 1. 操作系统的定义 计算机操作系统是一个大型的程序系 统,它负责计算机的全部软、硬件资源的分 配、调度工作，控制和协调并发活动，实 现信息的存取和保护。
பைடு நூலகம்
1. 操作系统的功能 根据操作系统的定义，操作系统主要是管理计 算机系统的硬件和软件，我们不难得到计算机 操作系统应该具有下面功能。 （1）处理机分配 （2）存储器管理 （3）设备管理 （4）软件资源管理
操作系统原理 庞丽萍 答案习题三答案
操作系统原理庞丽萍答案习题三答案操作系统原理庞丽萍答案华科习题三参考答案（P54）3-1用户与操作系统的接口是什么？一个分时系统提供什么接口？一个批处理系统又提供什么接口？答：用户与操作系统的接口是指操作系统提供给用户与计算机打交道的外部机制。
一个分时系统提供的接口有系统功能调用和键盘操作命令。
一个批处理系统提供的接口有系统功能调用和作业控制语言。
3-2计算机对用户算题任务的加工过程一般分哪几个作业步？各作业步之间的关系如何？用自己的上机体会说明。
答：计算机对用户算题任务的加工过程一般分四个作业步：编辑、编译、连接和运行。
各作业步之间的关系如下：前一个作业步的结果是下一个作业步的操作对象；一个作业步的成功完成依赖于上一个作业步的成功完成。
3-3什么是系统调用？对操作系统的服务请求与一般的子程序调用有什么区别？系统调用程序是在核心态执行，调用它们需要一个类似于硬件中断处理的中断3-5简述系统调用的执行过程。
及执行过程大体相同：存器；然后，在用户程序中适当的位置安排一条调用系统功能指令。
至于系统调用命令的功能号，有的系统直接在调用指令中给出，有的系统则把它作为系统调用命令的参数，在调用时放入指定寄存器。
当用户程序执行到调用系统功能的指令时，就转到系统调用的处理程序执行。
其过程如下：（1）为执行系统调用命令做准备，即将用户程序的“现场”保存起来，同时把系统调用命令的编号等参数放入约定的存储单元。
（2）根据系统调用命令的编号查找系统调用入口表，找到相应系统功能调用子程序的入口地址，然后转到该子程序执行。
当系统调用命令执行完毕，相应的结果通常返回给参数，这些参数放在约定的存储单元里。
（3）系统调用命令执行完毕后的处理，包括恢复用户程序执行的“现场”信息，同时把系统调用命令的返回参数或参数区首址放入指定的寄存器中，以供用户程序使用。
1感谢您的阅读，祝您生活愉快。
操作系统原理最全课后答案
第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：〔1〕有效性〔2〕方便性〔3〕可扩大性〔4〕开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：〔1〕OS作为用户及计算机硬件系统之间的接口〔2〕OS作为计算机系统资源的管理者〔3〕OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和开展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求及技术开展：〔1〕不断提高计算机资源的利用率；〔2〕方便用户；〔3〕器件的不断更新换代；〔4〕计算机体系构造的不断开展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进展的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进展的。
6．试说明推动分时系统形成和开展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和开展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能承受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
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打印 输出
绘图 输出
输出结束
外部设备
输入结束
输出结束
21
(3) 什么是多道程序设计技术
在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些 程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程 序因某种原因不能继续运行下去时(如等待外部设备传输 数据)，管理程序便将另一道程序投入运行。
(4) 多道运行的特征
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三. 桌面系统
随着微电子技术的发展，操作系统的目标： 不再是最大化CPU和外设的利用率 而是最大化用户方便性和响应速度 各种类型的Windows替代MS-DOS， IBM公司将MS-DOS升级为多任务OS/2 Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX)
个人计算机操作系统得益于大型机操作系统的研制成果。 另一方面，微型计算机硬件费用很低，有些技术实现可简单。
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二. 批处理阶段
1. 联机批处理
特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
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2. 脱机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
输入机
输入带
输入带
卫星机
主机
打印机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
输出带
32
四. 软件资源管理
为用户提供一种简便的、统一的存取和管理信息的方法， 并要解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题。 信息组织
存取方法
文件共享
文件安全
文件完整性 磁盘空间分配
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操作系统的资源管理功能
系 统 资 源 处理机 存储器 I/O 设备 软件 资源
操作系统 功能模块
处理机
管 理
存储器
29
(四)
操作系统的资源管理功能
一. 处理机管理
1. 制订调度策略 (调度原则)
确决将CPU先分给哪个用户程序，它占用多长时间，下 一个又该轮到哪个程序运行等问题。 2. 给出调度算法 3. 具体的实施处理机分派
在调度时机到来时，进行处理机分派
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二. 存储器管理
1. 存储分配和存储无关性 确定各应用程序在主存中的位置及所占区域的大小；应 用程序无需关系存储细节，由存储管理模块提供地址重定 位能力。 2. 存储保护 系统提供基址、界限寄存器等存储保护方法，使各应用 程序相互隔离。 3. 存储扩充
操作系统原理
Principles of Operating System
1
为什么学习操作系统?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统 软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统
掌握并行处理的思想方法，加深对使用的OS的 理解，有利于深入编程 用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应 用到其他领域
12
软 操 统
件 程 序
用
其 户
二. 存储程序式计算机的结构和特点
存储程序式计算机(Von Neumann计算机)
1. 基本部件
CPU、主存储器、I/O设备、控制台 2. 特点 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程
13
3. 计算机系统结构与操作系统的关系
输出带
脱机批处理图示
18
3. 执行系统 (1) 什么是执行系统
借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监 督程序不仅要负责调度作业自动地运行，而且还要提供 I/O控制功能。它常驻主存，称为执行系统。 (2) 特点
主机、外设并行操作；增强了保护能力。 (3) 操作系统基本功能 I/O控制功能 (4) 问题? 调度
中央 处理机
打印机
存储器
┇ ┇
用户n
绘图仪
操作命令
显示器 键 盘
应用程序 1 ┇ ┇ 应用程序 n
系统调用 Modem 系统调用 网 卡
应 用 程 序
文 件
操作系统
27
操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部 软、硬资源的分配、调度工作，控制和协调并发活动，实现 信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工 作环境。
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(2) 特点
系统吞吐率高—— 脱机操作 多道运行 合理搭配作业
作业周转时间长，用户使用不方便。
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2. 分时操作系统
主机 终端 1
终端 2
┇
终端 n
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(1) 分时操作系统的定义
是操作系统的另一种类型。它一般采用时间片轮转的办法， 使一台计算机同时为多个终端用户服务。该系统对每个用户 都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。 (2) 分时操作系统的特点
向网络化发展 —— 向具有并行结构的计算机系统—— 多处理机操作系统 集群系统 分布式操作系统 网络操作系统
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(三)
操作系统的定义
一. 资源共享与资源竞争
1. 资源共享
指多个计算任务对计算机系统资源的共同享用。 2. 资源竞争 多个计算任务对计算机系统资源的争夺。
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二. 什么是操作系统
用户1 操作命令
与实际运行着的各类操作系统有着密切的联系
技术发展快
5
操作系统的学习环节
课堂、作业
实验 课程设计
6
基本目的
介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境
介绍操作系统原理、设计方法和实现技术
介绍操作系统的演化过程、发展研究动向、新技 术以及新思想 介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例
系统提供虚拟存储技术，扩大逻辑主存。
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三. 设备管理
1. 设备无关性 用户向系统申请和使用的设备与实际操作的 设备无关， 以达到方便用户、提高设备利用率的目的。
2. 设备分配
向个应用程序和运行实体分配各种设备。设备分配通常 采用三种基本技术：独享、共享及虚拟技术。 3. 设备的传输控制 启动设备、中断处理、结束处理等。
计算机操作系统 ，汤子瀛等，西安电子科技大学 出版社 Modern Operating System ，Andrew S.Tanenbaum 现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社 Operating System Concept ，Abrahan Silberschatz,etc Applied Operating System Concept ， Abrahan Silberschatz,etc
管 理
设备
管理
文件
系统
34
(五) 操作系统的基本类型
一. 大型计算机系统
大型计算机系统是最早的计算机系统，用于处理许多商业 和科学应用。
1. 批量操作系统 (1) 什么是批量操作系统 批量操作系统是操作系统的一种类型。该系统把用户提 交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选择 作业，在系统内多道运行。
操作系统使整个计算机系统实现—— 高度自动化 高效率 高利用率 高可靠性 操作系统是整个计算机系统的核心。
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三. 操作系统的特征
1. 并发
并发性是指能处理多个同时性活动的能力。
2. 共享
并享是指多个计算任务对系统资源的共同享用。 3. 不确定性 操作系统能处理大量的、随机的事件序列，使各用户的 计算任务正确地完成。
网络操作系统
分布式操作系统
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一. 手工操作阶段
集中顺序过程控制
集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程
机器速度 1万次/秒 60万次/秒 作业在机器上 所需时间 1小时 1分钟 人工操作时间 3分钟 3分钟 操作时间与 机器有效运行时间之比 1 ：20 3 ：1
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3. 实时处理
(1) 什么是”实时”
计算机对外来的信息能够以足够快的速度进行处理，并 且在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。
(2) 实时处理 以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处理 并作出反应。
24
四. 操作系统的进一步发展
单CPU计算机上的 —— 批量操作系统、分时系统
向小型化、微型化计算机发展 —— 个人计算机操作系统
41
个人计算机操作系统的代表： 1. 磁盘操作系统MS—DOS 设备管理、文件系统功能 2. Windows系统
图形用户界面
多任务、多线程 可剥夺式调度 段页式虚拟存储管理技术 动态连接
42
四. 多处理机系统
也称并行系统(parallel system)或紧耦合系统。 1. 定义 包含两个或多个功能相当的处理器； 所有处理器共享一个公共内存； 所有处理器共享I/O通道、控制器和外围设备； 由一个操作系统控制。
2
为什么学习操作系统 ?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统 软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统
为后继课程打好基础 ———— 数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实 现技术 ———— UNIX，Linux, Windows
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操作系统能做什么 ?
一对矛盾
顺序计算模型
如何解决矛盾 ?
并行计算模型
OS采用了一系列软件技术--------多道程序设计技术、分时技术、
资源分配与调度等
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(二) 操作系统的形成和发展
手工操 作阶段 联机 批处理 脱机 批处理 批处理 执行 系统
多道程序系统 多道批 分时
个人计算机 操作系统
处理系统 系统 实时系统 操作系统形成
多道
宏观上并行
微观上串行
22
2. 分时技术与分时处理 (1) 分时技术