操作系统概述——清华大学计算机基础精品PPT课件
大学计算机基础第4章操作系统基础精品PPT课件
4.1.2 操作系统的发展历史
1. 人工操作
•工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；
•计算机的工作特点 计算机的全部资源（CPU、内存、外部设备等）由一个用户独占。 CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
使用。
“分时”的含义是多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个
用户或程序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。
多个用户分时：允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的
用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，
等待下一次用户输入。
时间片分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。
实时操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
12
4.1.4 操作系统的特征
• 并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生.
• 共享性 多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源.
• 虚拟性 通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备.
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4.2 操作系统的功能
用户
应用程序 操作系统
卸取纸带或卡片；CPU利用率低； •缺点：
计算机的高处理速度与手工操作的慢速度成为矛盾; CPU和输入输出设备的工作串行进行，计算机工作效率很低。
4
手工操作阶段
手工操作阶段（无操作系统）
作业
程序 数据 作业说明
输入 设备
主机
输出 设备
计算 结果
10分钟
1分钟
10分钟
CPU利用率 = 1/21 < 5%
操作系统概述PPT课件精选全文
1.1.1 操作系统地位 1.1.2 操作系统作用 1.1.3 操作系统定义
1
1.1.1 操作系统地位
硬件抽象层（HAL）之上 所有其它软件层之下
应用软件层
其它系统软件层 OS
硬件（HAL）
注意, 上图所示的层次关系具有穿透性：高层软件可调用 所有低于所在层次的软件,并可与硬件直接打交道。
—— API、GUI (Graphic User Interface) 4
1.1.3 操作系统定义
操作系统是位于硬件层(HAL)之上、所有 其它软件层之下的一个系统软件，是管 理系统中各种软硬件资源、方便用户使 用计算机系统的程序集合。
5
1.2 操作系统的历史
1.2.1 操作系统的产生
– 手工操作阶段 – 成批处理阶段 – 执行系统阶段
1.2.2 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
1.2.3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
6
1.2.1 操作系统的产生
一、手工操作阶段 (20世纪40道批处理操作系统(batch processing system) 分时操作系统(time-sharing system) 实时操作系统(real-time system) 通用操作系统(multi-purpose system) 单用户操作系统(single user system) 网络操作系统(network operating system) 分布式操作系统(distributed operating system) 多处理机操作系统(multi-processor system) 嵌入式操作系统(embedded operating system) 智能卡操作系统(smart-card operating system)
操作系统-大学计算机基础(第2版)-李暾-清华大学出版社
评价
为某型外设安装驱动程序的实践式考核
教学活动
课外实践：在Windows操作系统上安装驱动程序
基本操作
掌握Windows操作系统的安装与使用 了解Linux操作系统的常用命令与使用
目标
评价 教学活动 目标 评价 教学活动
能熟练地安装Windows操作系统； 能熟练地使用Windows操作系统提供的人机界面，对进程、文件、存储、网络、外设等进行管理操作； 模拟安装Windows操作系统的实践式考核 利用Windows操作系统提供的功能，完成指定任务的实践性考核
教学活动
自学：课外搜索并阅读相关资料
目标
能简要列出FAT32、NTFS等典型文件系统的特点；
了解FAT32、NTFS等典型的文件系统特点
评价
简述FAT32/NTFS特点的问答式／选择式考核
教学活动
自学：课外搜索并阅读相关资料
目标
能熟练地在Windows系统上安装和配置设备驱动程序
了解常用的设备管理方法及设备驱动配置
自学：课外实践＋辅导 能熟练地使用麒麟操作系统常用的命令（ls、cp、mkdir、ps、ds等）和图形界面， 对进程、文件、存储等进行基本的管理操作。 利用麒麟操作系统提供的功能，完成指定任务的实践性考核
自学：课外实践＋辅导
教学案例
理解通过Python使用操作系统典型功能的方法
目标 评价 教学活动
能看懂利用典型的Python模块（psutil、os等）使用操作系统典型功能的Python程序； 能解释Python示例程序输出各项数据的含义； 能对给定的示例Python程序进行简单修改，扩展程序功能； 解释某Python程序输出的操作系统数据的问答式／选择式考核 修改某Python程序，增加功能的实践式考核
操作系统概述PPT课件
3、进程通信
我们把进程间所进行的信 息交换成为进程通信。
4、进程调度
进程调度是指按照一定的 调度算法，例如：先来先服 务的算法，从进程的就绪队 列中选出一个进程，把处理 机分配给它，为该进程设置 运行现场，并运行之。
*存储器管理
存储器管理的主要任务 有： 1、为多道程序的并发执行提
操作系统提供的界面的 友好性和易用性成为操作系 统中的重要部分，用户在相 当的程度上以这两个标准来 判断一个系统的优劣。
*处理机管理
处理机管理主要包括进程 控制、进程同步、进程通信 和进程调度。
1、进程控制
进程控制的基本功能是创 建和撤消进程以及控制进程 的状态转换。
2、进程同步
进程同步是指系统对并 发执行的进程进行协调
计算机软件组织
计算机软件包括系统软件和应用软件
系统软件：操作系统，语言处理系统， 和常用的例行服务程序。
应用软件：指那些为了某一类的应用需 要而设计的程序，或用户为 解决某的特定的问题而编制 的程序或程序系统，如航空 定票系统。
计算机系统层次关系
应用软件 银行系统 航空定票系统
系统 编译器 编辑器
编程、穿孔、预约
装入与启动汇编程序
汇编程序运行完产生目标程序带
卸下汇编、源程序、目标程序带 安装连接带
成功否 下机修改源程序
产生、卸下连接、目标、可执行汇编目标程序带
卸下汇编、源程序、目标程序带
成功否
安装启动该用户程序
安装用户可执行目标程序和数据带
运行完毕、产生结果数据 卸下程序、数据、结果带
成功否
第一章 操作系统概述
内容提要：
2024版年度《计算机操作系统》ppt课件完整版
段式存储管理
2024/2/2
段式存储管理的概念
将作业的地址空间划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息， 以段为单位进行内存分配。
段式存储管理的地址映射
通过段表将逻辑地址转换为物理地址。
段式存储管理的优缺点
优点是符合程序的逻辑结构，有利于信息共享和保护，缺点是内存 利用率不高，可能产生外部碎片。
作业同步与通信
作业管理界面
协调多个作业之间的运行顺序，实现资源共 享和协同工作。
提供友好的作业管理界面，方便用户进行作 业操作和管理。
2024/2/2
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03
进程与线程
2024/2/2
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进程的概念与特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
根据进程需求分配设备资源，如打印机、磁 盘等。
设备独立性
屏蔽不同设备之间的差异，提供统一的设备 接口。
2024/2/2
设备驱动
提供设备控制程序，驱动设备执行操作。
缓冲管理
对输入输出数据进行缓冲，提高设备使用效 率。
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文件管理
文件存储空间管理
分配和管理文件存储空间，支持文件 的创建、删除等操作。
目录管理
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设备分配与回收
设备分配原则
先进先出、优先级高者优先等。
设备分配算法
包括静态分配和动态分配，其中 动态分配又包括先来先服务、最
短寻道时间优先等算法。
设备回收
当设备不再被使用时，需要将其 回收以供其他进程使用。
2024/2/2
33
缓冲技术
缓冲的引入原因
解决CPU与外设之间速度不匹配的问题，提高 CPU的利用率。
计算机操作系统ppt课件
contents •计算机操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统•设备管理•用户界面与交互性支持•网络操作系统简介目录01计算机操作系统概述定义与功能定义管理计算机资源提供用户界面组织计算机工作流程发展历程及分类发展历程分类操作系统与硬件/软件关系与硬件关系与软件关系02进程管理进程概念及状态转换进程定义01进程状态02进程控制块（PCB）03先来先服务（FCFS ）优先级调度时间片轮转（RR ）短作业优先（SJF ）进程调度算法进程同步与通信机制信号量机制消息传递机制管道通信共享内存机制03内存管理内存空间分配方式连续分配方式非连续分配方式允许一个程序分散地装入到不相邻的内存分区中，包括基本分页存储管理、基本分段存储管理和段页式存储管理。
虚拟内存技术原理及应用虚拟内存技术原理虚拟内存技术应用内存保护机制界限寄存器保护访问控制列表硬件保护键04文件系统文件概念及类型划分文件概念文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等多种形式的数据。
类型划分根据文件的性质和用途，可以将其划分为不同类型，如文本文件、二进制文件、图像文件、音频文件、视频文件等。
文件组织结构文件逻辑结构文件的逻辑结构是指用户从逻辑上看到的文件组织形式，包括流式文件和记录式文件两种。
流式文件以字节为单位进行组织，而记录式文件则以记录为单位进行组织。
文件物理结构文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法，包括连续文件、串联文件和索引文件三种。
连续文件将文件信息按顺序连续存放在磁盘上；串联文件将文件信息分散存放在磁盘上，通过指针链接；索引文件则通过建立索引表的方式来管理和访问文件。
文件的访问权限是指用户对文件的读、写和执行等操作的许可权。
操作系统通常提供了一套机制来控制不同用户对文件的访问权限，以保障系统的安全性和数据的保密性。
访问权限常见的文件访问权限控制方法包括自主访问控制（DAC ）、强制访问控制（MAC ）和基于角色的访问控制（RBAC ）。
《计算机操作系统》课件
《计算机操作系统》课件一、引言计算机操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理和控制计算机硬件资源，为用户提供高效、便捷的服务。
本课件旨在介绍计算机操作系统的基本概念、原理和功能，帮助读者了解操作系统的工作机制，掌握操作系统的使用技巧。
二、操作系统的基本概念1.操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统中的一种系统软件，负责管理和控制计算机硬件资源，为用户提供一个运行程序的环境。
2.操作系统的功能（1）资源管理：操作系统负责合理分配和调度计算机硬件资源，包括CPU、内存、外设等，以提高资源利用率和系统性能。
（2）程序管理：操作系统负责管理计算机中的程序，包括程序的加载、执行、终止等过程。
（3）文件管理：操作系统负责管理计算机中的文件，包括文件的创建、删除、修改、查询等操作。
（4）用户接口：操作系统为用户提供一个友好、便捷的交互界面，使用户能够方便地使用计算机。
三、操作系统的类型1.单用户操作系统单用户操作系统（SingleUserOperatingSystem）是指在同一时间内只允许一个用户使用计算机的操作系统。
单用户操作系统通常应用于个人计算机，如Windows操作系统。
2.多用户操作系统多用户操作系统（Multi-UserOperatingSystem）是指在同一时间内允许多个用户使用计算机的操作系统。
多用户操作系统通常应用于大型计算机和服务器，如Unix操作系统。
3.批处理操作系统批处理操作系统（BatchOperatingSystem）是指将多个用户的任务按照一定的顺序批量处理的操作系统。
批处理操作系统能够提高计算机的利用率，但用户无法实时干预任务的执行。
4.实时操作系统实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem，简称RTOS）是指能够在规定的时间内完成特定任务的操作系统。
实时操作系统广泛应用于嵌入式系统、控制系统等领域。
四、操作系统的结构1.简单结构简单结构的操作系统是指操作系统的所有功能都集中在一个核心模块中，如早期的Unix操作系统。
2024版《计算机操作系统》教学课件合集pptx
定义计算机操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、提供用户界面以及组织计算机工作流程的程序和数据的集合。
管理计算机资源包括处理器管理、内存管理、设备管理、文件管理等。
提供用户界面通过图形界面或命令行界面，使用户能够方便地与计算机进行交互。
组织计算机工作流程对计算机系统中的各种任务进行调度和管理，确保计算机系统的正常运行。
定义与功能发展历程及现状早期操作系统批处理系统、分时系统等。
现代操作系统Windows、Linux、macOS等。
现状目前，计算机操作系统已经渗透到各个领域，包括桌面应用、服务器、移动设备、嵌入式系统等。
同时，随着云计算、大数据等技术的发展，操作系统也在不断演进和变革。
如Windows 、macOS 等，主要用于个人计算机。
桌面操作系统如Linux 、Windows Server 等，用于提供网络服务和管理网络资源。
服务器操作系统如Android 、iOS 等，用于智能手机和平板电脑等设备。
移动设备操作系统如RTOS （实时操作系统）等，用于嵌入式系统，如智能家居、工业自动化等。
嵌入式操作系统常见操作系统类型01进程定义进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，是程序的执行过程。
02进程状态包括新建、就绪、运行、阻塞、终止等状态。
03状态转换描述进程在不同状态之间的转换条件和过程，如就绪到运行、运行到阻塞等。
进程概念及状态转换按照进程到达的先后顺序进行调度。
先来先服务（FCFS ）根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先获得处理机。
优先级调度根据进程服务时间的长短进行调度，服务时间短的优先。
短作业优先（SJF ）将CPU 时间划分为固定大小的时间片，按时间片轮流执行进程。
时间片轮转（RR ）进程调度算法01020304通过信号量及其P 、V 操作实现进程间的同步与互斥。
信号量机制通过消息传递实现进程间的通信，包括直接通信和间接通信两种方式。
消息传递机制通过管道实现进程间的通信，管道是一种半双工的通信方式。
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实时操作系统
计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格 时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备 和实时任务协调一致地工作。
应用领域：实时操作系统主要用于过程控制、事务 处理等有实时要求的领域。
主要特征：实时性、可靠性。
数据
实时系统
高
采集
炉
控制
嵌入式操作系统
嵌入式应用
是将计算机的主机嵌入在应用系统或设备之中、且不为 用户所知的计算机应用方式。
系统配置
输入输出：纸带、卡片 、打印机… 编程语言：机器语言、BASIC语言…
问题：
上机过程离不开人。 CPU利用率低（CPU等待用户操作，等待外设）。
操作系统发展史
单道批处理
输入设备
作业队列
外存 （磁盘）
卡片机
作业 调度
监控程序
用户程序
打印机
操作系统发展史
单道批处理
批处理中的作业概念：
多个程序分时（多任务） 前后台程序共享系统资源（保证前台）
技术支持 用户界面，用户终端命令。 基于CPU速度，保证响应速度。 多种调度策略
操作系统成型 － 综合性的操作系统（分时批处理）
操作系统的多样化
单道批处理 多道批处理 分时操作系统
实时操作系统 嵌入式操作系统 PC机操作系统 网络操作系统 多处理机操作系统
增加系统的性能（吞吐量） 提高系统可靠性
外设
多处理机操作系统
多CPU调度
共享内存
网络操作系统
网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提 供网络通信和网络服务功能的操作系统。
操作系统（一）
教学目标
掌握操作系统的基本概念和名词术语； 了解操作系统的功能与工作原理； 为操作系统的使用、管理、及应用开发打基础； 为后继课程学习提供背景知识。
批处理
文件 系统
中断
分时
实时
嵌入式 系统
Linux
线程
进程
进程 调度
即插 即用
虚拟 存储器
操作系统概述
什么是操作系统 操作系统发展史 操作系统的主要类型 操作系统的主要功能 常用操作系统介绍 …
作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；
问题：
人机交互差（重视了系统资源的利用，忽视了人的因素）
操作系统发展史 分时系统
终 端
主机
CPU轮流为终端用户服务
操作系统发展史 分时系统
实现了会话式的上机操作（以人为本） 人机交互性好：在调试和运行程序时由用户自己操作。
多个用户分时（多用户） 共享主机：多个用户同时使用。 用户独立性：对每个用户而言好象独占主机。
I/O处理机
卫星机
卫星机
操作系统发展史 多道批处理
输入设备
1 作业输入队列 2
卡片机
内存
调度程序 用户程序 1
用户程序 2
用户程序 3
① 作业录入 ② 作业调度，不同类型来自业的搭配 ③ 作业输出主机
作业输出队列
3 打印机
操作系统发展史
多道批处理
多道批处理系统的运行特征
多道：内存中同时存放几个作业。
使用操作系统示例
如何在计算机上看电影？ 操作步骤
搞一台计算机先！ 安装操作系统(Windows) 安装影碟播放软件 (RealPlayer，InterVideo WinDVD) 把影碟装入光驱 运行影碟播放软件 播放影碟
什么是操作系统
是计算机最核心的系统软件。 其功能是：
有效地组织和管理计算机中的各种软硬件资源； 合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行； 为用户提供使用计算机的友好界面（各种服务功能）。
嵌入式操作系统特征（运行环境及应用场合所决定）
是一个多任务、可抢占式的实时操作系统的核心，只提 供基本功能。
应用领域
制造业、仪器、汽车、航空、军事装备、消费类电子产 品。
Windows CE 、 ios 、Android
个人计算机操作系统
针对个人计算机进行优化的操作系统。 个人计算机操作系统的特征
宏观上并行运行，微观上轮流运行（交替使用CPU）。
作业输入、输出及主机的工作同时进行，并行工作。
技术支持
作业调度（大作业/小作业 ；不同类型作业） CPU调度（保存和恢复现场） 内存管理（分区）
操作系统 基本形成
中断技术
优点：
系统资源不再为单一程序独占，而是为多个程序共享，提高了系统 资源的利用率（CPU、内存…)。
应用领域：事务处理、个人办公、个人娱乐… 系统要求：界面友好、使用方便（不追求效率） 支持多种外部设备（多媒体设备、网络、远程通信）
常用的个人计算机操作系统
单用户单任务：MS DOS 单用户多任务：Windows
多处理机操作系统
CPU 1 CPU 2
CPU n
内存
对称多处理机系统结构
协调后台工作
应
用
机的交互接口
种作
程 系
各 操 裸机
统序
软件是在硬件基础之上对硬件的性能加以扩充和完善。
操作系统发展史
主机
手工操作阶段
打印机
引导带
BASIC 解释程序带
用户 程序带
数据带
纸带
操作系统发展史 手工操作阶段
硬件非常昂贵，没有操作系统。 工作方式：
手工操作，独占机器。 用户：既是程序员，又是操作员。
作业控制语言 ＋ 用户程序 ＋ 数据
特征：
硬件技术支持 － 外存储器（磁带、硬盘） 软件支持 －出现了管理软件（监控程序）。
优点
输入的一批作业可以自动地一个接一个地顺序执行，节省了人 工干预时间，解决了人工操作与机器运行速度不匹配的矛盾，提 高了主机利用率。
问题：
CPU利用率不高，主要原因是高速主机和低速外设之间的矛盾。 因等待I/O 而浪费了CPU时间。
作业的组成
$END
$RUN $LOAD
数据卡片 程序卡片
作业控制 语言
$FORTRAN $JOB,JOBNAME=…
卡片
软盘
操作系统发展史 多道批处理
核心思想：
让计算机同时做几件工作，充分利用计算机的各种资源， 减少空闲状态和等待状态。
多道概念：
在内存中保持若干道程序，并使这些程序交替执行（轮流 使用CPU），当一道程序在执行过程中遇到I/O操作时， 系统就让它在一旁等待，而启动另一道程序运行，以减少 CPU的空闲时间。
把计算机硬件包装起来，并扩展其功能，使其成 为功能更强、使用更方便的计算机。
人们可以从更高层次对电脑进行操作，而不用关 心其底层的运作。
几乎所有的应用程序也是基于操作系统的。
什么是操作系统
操作系统是最基本的系统软件，其他的所有软件都是建立在 操作系统的基础上。
管家婆
服务生
管理软、硬件资源
提供用户与计算