操作系统原理：第一章 操作系统概述

第一章 操作系统概述

1.1 计算机系统概观

1.1.1 计算机的发展与分类

1，手动、机械和电动计算机
2，数字电子计算机
    第一代是电子管计算机
    第二代是晶体管计算机
    第三代是集成电路计算机
    第四代是大规模集成电路计算机
    第五代 未可知
3，电子计算机的分类
    数字和模拟
4，图灵机与存储程序原理
5，未来的计算机
    光子计算机
    生物计算机

1.1.2 计算机系统

计算机系统就是按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。

1，计算机系统的组成

        各种用户
-----------------------
应用软件 | 文字处理，图形图像处理 ----> 应用软件设计者
支撑软件 | 网络，多媒体           ----> 支撑软件设计者
系统软件 | 操作系统，编译程序     ----> 系统软件设计者

------------------------------
        硬件系统

2，计算机的硬件

运算器
主存储器
控制器
输入设备
输出设备
辅助存储器
总线
转换设备
输入/输出控制系统
电源和场地设备

3，计算机的软件

系统软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层。其他软件都通过系统软件发挥作用。
支撑软件：支撑其他软件的编制和维护的软件。
应用软件：特定领域专用的软件，例如字处理程序，财务管理系统，飞机订票系统

1.2 操作系统的概念

1.2.1 操作系统的地位

操作系统属于软件中的系统软件。

    操作系统在计算机系统中占据着一个非常重要的地位，任何数字电子计算机，
从微处理器到巨型计算机都必须在其硬件平台上加载相应的操作系统之后才能构
成一个可以协调运转的计算机系统。也只有在操作系统的指挥控制下，各种计算
机资源才能被分配给用户所使用。

实际上是一个计算机系统中硬，软件资源的总指挥部。

1.2.2 操作系统的定义

1，操作系统的定义

操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合：
--有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源
--合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行
--向用户提供各种服务

2，操作系统的主要作用

操作系统要管理系统中的各种资源，包括硬件及软件资源
操作系统要为用户提供良好的界面

1.2.3 研究操作系统的几种观点

软件的观点
资源管理的观点
进程的观点
虚机器的观点
服务提供者观点

1.2.4 操作系统的特征

1，并发性

所谓并发性就是指计算机系统中同时运行着多个程序。程序的并发性体现在如下两点：
    用户程序与用户程序之间并发执行
    用户程序与操作系统程序之间并发执行

2，共享性

所谓资源共享是指操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源。

3，随机性

操作系统是在一个随机的环境中运行的，也就是说不能对于所运行的程序的行为以及硬件设备的情况做任何的假定。

1.3 操作系统的功能

1，进程管理

进程管理主要是对处理器进行管理，所以进程管理有时又被称为处理器管理。

• 进程控制
• 进程同步
• 进程间通信
• 进程调度

2，存储管理

存储管理主要管理内存资源

存储管理主要提供以下功能：

1. 内存的分配与回收
2. 存储保护
3. 内存扩充

3，文件管理

系统中的信息资源是以文件的形式存放在外存储器上的，需要时再把他们装入内存。
文件管理的任务是有效的支持文件的存储，检索和修改等操作，解决文件的共享，保密和保护问题

1. 文件存储空间的管理
2. 目录管理
3. 文件系统的安全性

4，设备管理

设备管理是指计算机系统中出里CPU和内存以外的所有输入，输出设备的管理。除了进行实际I/O操作的设备外，
还包括诸如控制器，通道等支持设备。

5，作业管理

操作系统应该向用户提供使用他自己的手段，这就是操作系统的祖业管理功能。

6，其他功能

1. 系统安全
2. 网络通信

1.4 操作系统的发展

1. 手工操作–操作系统的史前文明
2. 监控程序（早期批处理）–操作系统初具雏形
3. 多道批处理–现代意义上的操作系统
4. 分时与实时系统出现–操作系统步入成熟
5. 高级语言书写的可移植操作系统–UNIX革命
6. 面向各种用户群的通用操作系统
7. 当代操作系统的发展方向

1.5 操作系统的分类

1，批处理操作系统

2，分时操作系统

3，实时操作系统

4，嵌入式操作系统

5，个人计算机操作系统

6，网络操作系统

7，分布式操作系统

8，智能卡操作系统

9，其他分类方式简述

大型机操作系统
服务器操作系统
多处理器操作系统
个人计算机操作系统
实时操作系统
嵌入式操作系统
智能卡操作系统

课后习题

1,什么是计算机系统？计算机系统是怎样构成的？了解PC的组成情况，说明：（1）硬件组织的基本结构；（2）主要系统软件和应用软件（若有的话）及他们的作用。
计算机系统就是按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。
计算机系统的构成分为硬件系统和软件系统，其中软件系统包含三个层次，分别为系统软件，支撑软件和应用软件。
    硬件组织基本结构为运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。
系统软件：如编译程序，操作系统。编译程序把程序人员用高级语言书写的程序翻译成与之等价的、可执行的低级语言程序；操作系统则负责管理系统的各种资源，控制程序的执行。在任何计算机系统的设计中，都要优先考虑系统软件。

2,什么是操作系统？请举例说明操作系统在计算机系统中的重要地位。
操作系统实际上是一个计算机系统中硬件、软件资源的总指挥部。
操作系统在计算机系统中占据着一个非常重要的地位，任何数字电子计算机，从微处理器到巨型计算机都必须在其硬件平台上加载相应的操作系统之后才能构成一个可以协调运转的计算机系统。也只有在操作系统的指挥控制下，各种计算机资源才能被分配给用户所使用。

5,操作系统的基本特征是什么？说明他们之间的关系。
   
   并发性，共享性，随机性。
当操作系统同处于并发，或者共享阶段，由于随机性的影响，计算机会由于中断等原因打断这一进程，所以，操作系统的设计与实现要充分考虑各种可能性，处理好计算机随机性带来的影响，来保障可靠，安全，高效地达到程序并发和资源共享的目的。

11,现有以下应用计算机的场合，请为其选择适当的操作系统。
（1）航空航天，核变研究；（2）国家统计局数据处理中心；（3）学校学生上机学习编程；（4）高炉炉温控制；（5）民航订票系统；（6）发送电子邮件（在两个地区之间）
答：
（1）实时操作系统
（2）批处理操作系统
（3）个人计算机操作系统
（4）实时操作系统
（5）实时操作系统
（6）实时操作系统

13,什么是SPOOLing技术？它有什么作用？你认为未来先进的个人计算机会把SPOOLing技术作为一个关键特性吗？
	SPOOLing 技术就是“假脱机技术”，也就是一种外围设备同时练级操作技术。他可以在内存中形成缓冲区，在高级设备中形成输入井和输出井，依次来将设备共享，提高设备的利用率。
	SPOOLing 技术可以提高I/O速度，设备利用率和系统效率，所以未来先进的个人计算机可能就是会因为这个技术的应用才变得先进。

14,先了解一下 UNIX 系统的外壳程序（Shell），它是不是操作系统的一部分，为什么？
	Shell是一个特殊的程序，为运行其他应用程序而提供的一个接口；可以输入各种命令，相当于一个命令行解释器。
 Shell是操作系统的一部分。它是操作系统与用户交互的界面，算是人机表面的最表层。

15,图形用户界面(GUI)或浏览器是不是操作系统的一部分，为什么？
是。操作系统要为用户提供良好的界面。对于最终用户来说图形界面才能更好的方便他们的使用。