《计算机操作系统教程(第二版)》 第1章 计算机操作系统概述
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《计算机操作系统》第1章 操作系统概述
《计算机操作系统》第1章操作系统概述在我们日常使用计算机的过程中，操作系统是那个默默工作却至关重要的幕后英雄。
它就像是一个大管家，有条不紊地管理着计算机的各种资源，让我们能够方便、高效地完成各种任务。
那么，究竟什么是操作系统呢？操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机系统中各个部件的工作，为用户和应用程序提供一个方便、安全、高效的工作环境。
从最直观的角度来看，当我们打开计算机，首先映入眼帘的那个界面，比如 Windows 系统的桌面、Mac 系统的 Finder 等，就是操作系统为我们呈现的。
通过这个界面，我们可以启动各种应用程序，如浏览器、办公软件、游戏等。
而在这背后，操作系统在默默地做着大量的工作。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：首先是处理器管理。
计算机的中央处理器（CPU）是其核心部件，但在同一时间内，只能执行一个程序。
操作系统通过合理地分配 CPU 时间，让多个程序能够并发执行，从而提高计算机的利用率。
这就好像是一个调度员，安排不同的任务在合适的时间使用 CPU 资源。
其次是内存管理。
内存是计算机存储数据和程序的重要场所，操作系统要确保各个程序能够合理地使用内存空间，避免出现内存泄漏、内存不足等问题。
它就像是一个仓库管理员，精心安排着货物（数据和程序）在仓库（内存）中的存放位置。
然后是设备管理。
计算机系统中有各种各样的外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
操作系统要负责对这些设备进行有效的管理，包括设备的分配、驱动程序的加载等，让用户能够方便地使用这些设备。
文件管理也是操作系统的重要职责之一。
计算机中的文件众多，操作系统需要建立一套有效的文件系统，对文件进行存储、检索、更新、共享和保护。
这就像是一个图书管理员，管理着图书馆（计算机）中的大量书籍（文件）。
此外，操作系统还提供了用户接口，分为命令接口和图形接口。
命令接口允许用户通过输入命令来操作计算机，而图形接口则以直观的图形方式让用户与计算机进行交互。
操作系统原理与应用(第2版)课件第1章 操作系统概述课件
见P23 图1-7 UNIX系统结构
见P23 图1-7UNIX系统结构
17
1.8 UNIX系统的特点和结构
3、UNIX的结构
trap 用户层
用户程序
程序库
系统调用程序接口
核
心
文件系统
层
缓冲区管理
进程 控制 系统
进程通信 进程调度
字符设备 块设备 设备驱动
内存管理
硬件层
硬件
18
8
1.3 操作系统的结构 一、环境（外部结构）
OS的外部环境主要是指硬件、其他软件和用户（人）。 二、体系结构（内部结构） 在OS 的底层是对硬件的控制程序（即对资源的一些管理 程序），最上层是系统调用的接口程序。在OS内部还要 有进程、设备、存储、文件系统管理模块。
9
1.4 操作系统的分类 一、多道批处理系统
三、执行系统 优点：提高了系统的安全性、提高了系统的效率 缺点：主机时间的浪费仍然很严重 四、多道程序系统阶段 多道程序系统---就是能够控制多道程序并行的系统。 基本思想：是在内存里同时存放若干道程序，它们可 以并行运行，也可以交替运行。 特点：多道程序并行
5
1.2 什么是操作系统
一、概念 操作系统（OS）-----是管理计算机系统资源（硬件和软 件）的系统软件，它为用户使用计算机提供方便、有 效和安全可靠的工作环境。 补充说明: (1)从此定义上讲，操作系统是软件而不是硬件，但实 际上它是一个软、硬件结合的有机体。 (2)操作系统是系统软件而不是应用软件，但它与其他 系统软件不同。
11
1.4 操作系统的分类 五、区别
（1）分时系统与实时系统的区别 分时系统的目标是提供一种随时可供多个用户使用的通用性很强的系 统，用户与系统之间具有较强的交互作用或会话能力；分时系统对响 应时间的要求一般是以人能接受的程度为依据的，其响应的数量级通 常为秒。 实时系统大多是具有特殊用途的专用系统，它仅允许终端操作员访问 有限数量的专用程序，而不能书写或修改程序。
见P23 图1-7UNIX系统结构
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1.8 UNIX系统的特点和结构
3、UNIX的结构
trap 用户层
用户程序
程序库
系统调用程序接口
核
心
文件系统
层
缓冲区管理
进程 控制 系统
进程通信 进程调度
字符设备 块设备 设备驱动
内存管理
硬件层
硬件
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1.3 操作系统的结构 一、环境（外部结构）
OS的外部环境主要是指硬件、其他软件和用户（人）。 二、体系结构（内部结构） 在OS 的底层是对硬件的控制程序（即对资源的一些管理 程序），最上层是系统调用的接口程序。在OS内部还要 有进程、设备、存储、文件系统管理模块。
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1.4 操作系统的分类 一、多道批处理系统
三、执行系统 优点：提高了系统的安全性、提高了系统的效率 缺点：主机时间的浪费仍然很严重 四、多道程序系统阶段 多道程序系统---就是能够控制多道程序并行的系统。 基本思想：是在内存里同时存放若干道程序，它们可 以并行运行，也可以交替运行。 特点：多道程序并行
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1.2 什么是操作系统
一、概念 操作系统（OS）-----是管理计算机系统资源（硬件和软 件）的系统软件，它为用户使用计算机提供方便、有 效和安全可靠的工作环境。 补充说明: (1)从此定义上讲，操作系统是软件而不是硬件，但实 际上它是一个软、硬件结合的有机体。 (2)操作系统是系统软件而不是应用软件，但它与其他 系统软件不同。
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1.4 操作系统的分类 五、区别
（1）分时系统与实时系统的区别 分时系统的目标是提供一种随时可供多个用户使用的通用性很强的系 统，用户与系统之间具有较强的交互作用或会话能力；分时系统对响 应时间的要求一般是以人能接受的程度为依据的，其响应的数量级通 常为秒。 实时系统大多是具有特殊用途的专用系统，它仅允许终端操作员访问 有限数量的专用程序，而不能书写或修改程序。
《计算机操作系统》课件
2023 WORK SUMMARY
《计算机操作系统》 课件
REPORTING
目录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 操作系统安全与保护
PART 01
操作系统概述
操作系统的定义与功能
定义
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件 资源、合理组织计算机工作流程以及方便 用户使用的程序的集合。
文件的逻辑结构是用户看到的文件组织形式，包括流式文件和记 录式文件两种。
文件的物理结构
文件的物理结构是文件在磁盘上的存储形式，包括连续文件、链 接文件和索引文件三种。
文件存储空间管理
操作系统需要有效地管理磁盘空间，包括空闲空间的管理和已分 配空间的管理。
文件访问控制
文件的访问权限
操作系统需要控制用户对文件的访问权限，包括读、写和执行三种 权限。
设备驱动程序的功能
设备驱动程序负责接收来自操作系统的指令，并 将其转化为设备可以理解的命令，从而控制设备 进行各种操作。
设备驱动程序的类型
根据不同的设备类型和操作系统，设备驱动程序 可以分为不同的类型，如硬盘驱动程序、显卡驱 动程序、声卡驱动程序等。
中断处理技术
01 02
中断的概念
中断是指计算机在执行程序过程中，由于出现某种特殊情况而暂停当前 程序的执行，转去执行处理该特殊情况的程序，处理完后再返回原程序 继续执行的过程。
PART 06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全的重要性
操作系统作为计算机系统的核心，其安全性直接关系到整个系统 的稳定性和数据的安全性。
操作系统面临的安全威胁
包括恶意软件、病毒、黑客攻击等，这些威胁可能导致系统崩溃、 数据泄露或损坏。
《计算机操作系统》 课件
REPORTING
目录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 操作系统安全与保护
PART 01
操作系统概述
操作系统的定义与功能
定义
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件 资源、合理组织计算机工作流程以及方便 用户使用的程序的集合。
文件的逻辑结构是用户看到的文件组织形式，包括流式文件和记 录式文件两种。
文件的物理结构
文件的物理结构是文件在磁盘上的存储形式，包括连续文件、链 接文件和索引文件三种。
文件存储空间管理
操作系统需要有效地管理磁盘空间，包括空闲空间的管理和已分 配空间的管理。
文件访问控制
文件的访问权限
操作系统需要控制用户对文件的访问权限，包括读、写和执行三种 权限。
设备驱动程序的功能
设备驱动程序负责接收来自操作系统的指令，并 将其转化为设备可以理解的命令，从而控制设备 进行各种操作。
设备驱动程序的类型
根据不同的设备类型和操作系统，设备驱动程序 可以分为不同的类型，如硬盘驱动程序、显卡驱 动程序、声卡驱动程序等。
中断处理技术
01 02
中断的概念
中断是指计算机在执行程序过程中，由于出现某种特殊情况而暂停当前 程序的执行，转去执行处理该特殊情况的程序，处理完后再返回原程序 继续执行的过程。
PART 06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全的重要性
操作系统作为计算机系统的核心，其安全性直接关系到整个系统 的稳定性和数据的安全性。
操作系统面临的安全威胁
包括恶意软件、病毒、黑客攻击等，这些威胁可能导致系统崩溃、 数据泄露或损坏。
《操作系统原理与实践教程(第二版)》第1章：操作系统概论
1.1.3 操作系统的功能
(1) 内存分配
内存分配指的是为每道程序分配合适的内存空间，使其能在 运行期间将运行所需数据放置在内存指定区域，以保证CPU 能够顺利地获取指令并存取指定数据。 分配内存空间时应尽量提高内存空间的利用率，减少不可用 内存空间。此外还应能响应正在运行的程序发出的动态空间 申请，以便满足新增指令和数据对新空间的需求。 内存分配通常采用的方式有动态和静态两种方式。静态分配 方式指的是程序在装入内存时需要估计所需空间，一旦进入 内存开始运行，就不能再申请新的空间，也不能将该程序所 占空间“搬运”到其它位置。动态分配方式指的是尽管程序 装入内存时申请了一定的空间，但在程序运行期间还可以为 运行过程中所需的新的程序和数据再申请额外的空间，以满 足程序空间动态增长的需要。
有效性指的是OS应能有效地提高系统资源利用率和系统吞 吐量。 方便性指的是配置了OS后的计算机应该更容易使用。 这两个性有效和方便的特性是操作系统最重要的设计目标。 开放性指的是OS应遵循世界标准规范。 可扩展性指的是要提供对系统软硬件组成以及功能的扩充保 证。
1.1.5 操作系统的性能指标
操作系统性能的优劣显著地影响用户工作的效率 和成本，而衡量其性能优劣的指标有系统吞吐量、 资源利用率、响应速度等。
1.1.3 操作系统的功能
现代操作系统的主要任务就是维护一个优良的运 行环境，以便多道程序能够有序地、高效地获得 执行，而在运行的同时，还要尽可能地提高资源 利用率和系统响应速度，并保证用户操作的方便 性。 操作系统的基本功能
处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理。 友好的人机接口
1.1.3 操作系统的功能
1.1.3 操作系统的功能
(4) 虚拟设备
通过SPOOLing虚拟技术实现，该技术可将一台物 理设备虚拟为多台逻辑设备，每个用户使用一台逻 辑设备，即将独占的物理I/O设备交由多个用户共 享使用。 这种方法能够大大提高I/O速度，改善设备利用率， 对每个用户而言也感觉自身具有一台独享的物理设 备，改善了用户请求的响应感受。
计算机操作系统课件完整版
分配算法
首次适应算法、最佳适应 算法、最坏适应算法等， 用于决定如何为进程分配 内存空间。
虚拟内存技术原理及应用
虚拟内存概念
通过硬件和软件的结合 ，将物理内存和外存结 合起来，为用户提供比 实际物理内存大得多的 逻辑内存空间面 置换功能，实现虚拟内 存。
分布式操作系统
这种操作系统能够管理分布在不同地点的 计算机资源，支持分布式计算和协同工作 ，适用于构建和管理分布式系统。
分时操作系统
这种操作系统允许多个用户同时使用计算 机，每个用户都感觉自己独占了整个系统 资源。
网络操作系统
这种操作系统能够管理网络资源，提供网 络服务和支持网络通信，适用于构建和管 理计算机网络。
分布式系统特点和挑战
分布式系统特点
分布式系统由多台计算机组成，每台计算机都拥有独立的处理能 力和存储空间，计算机之间通过网络进行通信和协作。
分布式系统挑战
分布式系统面临着诸多挑战，如数据一致性、并发控制、容错处理 、安全性等。
分布式系统应用
分布式系统广泛应用于云计算、大数据处理、物联网等领域。
典型分布式操作系统案例分析
• 优先级调度策略：优先级调度策略是根据设备请求的优先级进行资源分配。优先级高的请求可以优先获得资源 ，而优先级低的请求则需要等待。这种策略的优点是可以满足紧急或重要请求的需求，但缺点是可能导致低优 先级请求长时间得不到处理。
06
用户界面与交互设计
用户界面基本要素和原则
用户界面基本要素
包括窗口、菜单、图标、按钮等，这些 要素是用户与计算机进行交互的基础。
网络协议栈概述
网络协议栈是一组按照特定层次结构排列的网络协议集合，用于实 现不同计算机系统之间的通信。
计算机操作系统(第二版)考试要点
计算机操作系统知识点概要第一章操作系统概论1.一个计算机系统由两部分构成：系统硬件和系统软件。
系统硬件是指构成计算机系统所必须配置的全部设备。
软件系统是一个计算机系统必须配置的程序和数据的集合。
系统硬件和系统软件统称为计算机系统资源。
2.操作系统层是硬件层的第一次扩充，语言处理程序是操作系统层的扩充。
3.操作系统的任务就是如何管理这些资源，操作系统的首要任务是跟踪资源的使用情况，提高系统资源利用率。
4.资源管理器的作用是：跟踪资源状态，分配资源，回收资源，保护资源。
5.人们将计算机系统资源划分为四大类：处理器，存储器，I/O 设备和信息（程序和数据）。
针对这四大类资源，可以为操作系统建立相应的四类管理器：处理器管理器，存储管理器，设备管理器和信息管理器（通常指文件系统）。
6.操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程及方便用户使用的程序和数据的集合。
7.通常多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间。
8.多道程序设计技术的出现，得到了来自计算机硬件的两方面支持：中断系统和通道技术。
9.中断指的是：①对异步或例外事件的一种响应；②这一响应自动地保存CPU状态以便将来重新启动；③自动转入中断处理系统。
10.通道又称I/O处理机，它能完成主存和外设之间的信息传输，并与中央处理器并行操作。
11.一个CPU的主存可以连接若干通道，一个通道可以连接若干台个控制器，一个控制器又可以连接若干台设备，即所谓四级连接。
12.CPU与通道之间的关系是主从关系，CPU是主设备，通道是从设备。
13.多道程序设计的主要目的是充分利用系统的所有资源且尽可能地让它们并行操作。
14.为实现多道程序设计，必须妥善解决三个问题：⑴存储保护和地址重定位。
⑵处理机管理和调度。
⑶资源的管理和分配。
15.多道程序设计的特点：⑴多道，即主存中有两道或两道以上的程序，它们都处于执行的开始点和结束点之间，也就是说，它们在任意一时刻必处于就绪、运行、阻塞三种状态之一。
计算机操作系统第1章课件.ppt
程序D I/O 请求 程序D
(b) 四道程序运行情况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2)宏观上并行 (3) 微观上串行。
第一章 操作系统引论
3. 多道批处理系统的优缺点 (1) 资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力。
第一章 操作系统引论
2) (1) 硬实时任务(hard real-time task)。系统必须满足任 务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。 (2) 软实时任务(Soft real-time task)。它也联系着一个 截止时间， 但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间， 对系统产生的影响也不会太大。
第一章 操作系统引论
3. 进程通信
在多道程序环境下，为了加速应用程序的运行，应在系统 中建立多个进程，并且再为一个进程建立若干个线程，由这些 进程(线程)相互合作去完成一个共同的任务。而在这些进程(线 程)之间，又往往需要交换信息。例如，有三个相互合作的进 程， 它们是输入进程、计算进程和打印进程。输入进程负责 将所输入的数据传送给计算进程；计算进程利用输入数据进行 计算， 并把计算结果传送给打印进程；最后，由打印进程把 计算结果打印出来。进程通信的任务就是用来实现在相互合作 的进程之间的信息交换。
第一章 操作系统引论
1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
开始
还有 下 一个 作业？
否
停止
是 把下一个作业的源 程序 转换为 目标程 序
是
源程 序
有错 吗？
否
运行 目标 程序
教学课件 计算机操作系统原理(第2版)-王万森
操作系统 计算机硬件（裸机）
1.1.2 操作系统的资源管理观点
在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起 来可将资源分为四类：处理器、存储器、 I/O设备以及信息（数据和程 序）。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即： 处理机管理， 用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分 配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文 件的存取、共享和保护。可见，OS确是计算机系统资源的管理者。
2. 网络操作系统
网络操作系统是配置在计算机网络系统上操作系统。 网络操作系统是使网络上各计算机能方便而有效地共享 网络资源，并为网络用户提供所需的各种服务的软件和 有关规程的集合。
网络操作系统应具有通用操作系统所具有的处理及 管理、存储管理、设备管理和文件管理外，还应具有高 效可靠的网络通信能力和各种有效的网络服务。
(1) 及时接收。 (2) 及时处理。
3. 分时系统的特征
(1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。
1.3.3 实时系统
所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-Time System)是指系统能 及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控 制所有实时任务协调一致地运行。
在虚拟处理机技术中，是通过多道程序设计技术，让多道程序并发 执行的方法，来分时使用一台处理机的。此时， 虽然只有一台处理机， 但它能同时为多个用户服务，使每个终端用户都认为是有一个CPU在专 门为他服务。亦即， 利用多道程序设计技术，把一台物理上的CPU虚拟 为多台逻辑上的CPU，也称为虚拟处理机，我们把用户所感觉到的CPU 称为虚拟处理器。
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第1章 计算机操作系统概述
1.1 存储程序式计算机 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念 1.4 操作系统的逻辑模型 1.5 微机操作系统
本章学习目标
操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型
1.1 存储程序式计算机
高
速
输入
磁
机
带
微机 主
输出设 备
高
机
速
磁
带
图1.4 脱机批处理系统
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利 用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输 入机上读取用户程序，并输出到磁带上；主机空 闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出 到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时， 再控制向慢速外设上输出。
磁
用户 输入机
带
主
机 输出设备
图1.3 联机处理系统
返回本节
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及
执行系统 1.2.3 分时系统 1.2.4 实时系统 1.2.5 网络操作系统与分布式操作系统
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1.2.1 无操作系统的计算机
人工操作方式有以下两个缺点： （1）用户独占全部计算机系统资源。 （2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、
在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中 断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出 设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道 作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有 同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源， 致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利 用率和系统对作业的吞吐量，在20世纪60年代中 期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多 道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程 如图1.5和图1.6所示。
1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点 1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统 1.1.3 作为资源管理的操作系统
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1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点
存储程序式计算机模型的基本方案是，如 要使计算机能够自动地计算，必须有一个 存储器用来存储程序和数据；同时要有一 个运算器，用以执行指定的操作；有一个 控制器，以便实现自动操作；另外，辅以 输入/输出部件，以便输入原始数据和输出 计算结果。于是形成了现代计算机的基本 组成形式。如图1.1所示。
存
数据
储
运算器
程序和数据
器
数据
控制信号
指令
控制器
图1.1 存储程序计算机的组成
输入器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输出器
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1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统
一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其 性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机 的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十 分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编 程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地 使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管 理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提 供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么 用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方 便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有 变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称 软件虚拟机。
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同 的特征，由上所述可以归纳成以下几点：
（1）多路性：允许在一台主机上同时联接多台联 机终端，系统按分时原则为每个用户服务。
卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要 的资源空闲。
用户 纸带、卡片
图1.2 手工操作计算机
计算机
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1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及 执行系统
所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统 软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地 处理一个或多个用户的作业。
首先出现的是联机批处理系统。如图1.3所示。
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1.1.3 作为资源管理的操作系统
从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用 户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的 观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的 观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管 理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机 包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来 看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有 序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备 的分配。
图1.5 单道程序工作过程示意
图1.6 多道程序执行过程示意
在操作系统中引入多道程序设计技术以后 ，会使系统具有以下特征。
（1）多道性 （2）无序性 （3）宏观上并行、微观上串行 （4）调度性
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1.2.3 分时系统
分时技术是把处理机的时间分成很短的时 间片，这些时间片轮流地分配给各个联机 的各作业使用。如果某作业在分配给它的 时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时 中断，等待下一轮运行，并把处理机的控 制权让给另一个作业使用。这样在一个相 对较短的时间间隔内，每个用户作业都能 得到快速响应，以实现人机交互。
1.1 存储程序式计算机 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念 1.4 操作系统的逻辑模型 1.5 微机操作系统
本章学习目标
操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型
1.1 存储程序式计算机
高
速
输入
磁
机
带
微机 主
输出设 备
高
机
速
磁
带
图1.4 脱机批处理系统
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利 用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输 入机上读取用户程序，并输出到磁带上；主机空 闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出 到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时， 再控制向慢速外设上输出。
磁
用户 输入机
带
主
机 输出设备
图1.3 联机处理系统
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1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及
执行系统 1.2.3 分时系统 1.2.4 实时系统 1.2.5 网络操作系统与分布式操作系统
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1.2.1 无操作系统的计算机
人工操作方式有以下两个缺点： （1）用户独占全部计算机系统资源。 （2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、
在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中 断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出 设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道 作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有 同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源， 致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利 用率和系统对作业的吞吐量，在20世纪60年代中 期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多 道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程 如图1.5和图1.6所示。
1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点 1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统 1.1.3 作为资源管理的操作系统
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1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点
存储程序式计算机模型的基本方案是，如 要使计算机能够自动地计算，必须有一个 存储器用来存储程序和数据；同时要有一 个运算器，用以执行指定的操作；有一个 控制器，以便实现自动操作；另外，辅以 输入/输出部件，以便输入原始数据和输出 计算结果。于是形成了现代计算机的基本 组成形式。如图1.1所示。
存
数据
储
运算器
程序和数据
器
数据
控制信号
指令
控制器
图1.1 存储程序计算机的组成
输入器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输出器
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1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统
一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其 性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机 的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十 分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编 程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地 使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管 理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提 供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么 用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方 便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有 变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称 软件虚拟机。
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同 的特征，由上所述可以归纳成以下几点：
（1）多路性：允许在一台主机上同时联接多台联 机终端，系统按分时原则为每个用户服务。
卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要 的资源空闲。
用户 纸带、卡片
图1.2 手工操作计算机
计算机
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1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及 执行系统
所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统 软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地 处理一个或多个用户的作业。
首先出现的是联机批处理系统。如图1.3所示。
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1.1.3 作为资源管理的操作系统
从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用 户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的 观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的 观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管 理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机 包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来 看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有 序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备 的分配。
图1.5 单道程序工作过程示意
图1.6 多道程序执行过程示意
在操作系统中引入多道程序设计技术以后 ，会使系统具有以下特征。
（1）多道性 （2）无序性 （3）宏观上并行、微观上串行 （4）调度性
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1.2.3 分时系统
分时技术是把处理机的时间分成很短的时 间片，这些时间片轮流地分配给各个联机 的各作业使用。如果某作业在分配给它的 时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时 中断，等待下一轮运行，并把处理机的控 制权让给另一个作业使用。这样在一个相 对较短的时间间隔内，每个用户作业都能 得到快速响应，以实现人机交互。