第5章系统软件应用基础概要

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1、微机主板结构图,系统软件应用基础,5.1 操作系统概述 5.2 Windows XP,操作系统在计算机软件系统中的地位,软件,系统软件,实用程序 诊断程序 排错程序等,操作系统 Windows Unix Linux,语言处理程序 C Pascal VB,应用软件,硬件 系统,操,作,系,统,应,用,软,件,操作系统是最基本的系统软件,管理和控制计算机所有的硬件和软件资源的一组程序 操作系统的性能直接决定了整个计算机系统的性能,计算机硬件与其它软件的接口 用户和计算机的接口,裸机,操作系统,应用程序,主要功能有： 处理机管理 存储管理 设备管理 文件 (信息)管理,虚拟机=裸机+操作系统,操,统

2、,作,系,什么是操作系统,操作系统分类,APPLE,IBM,DOS,操作系统的分类,批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 单用户操作系统 网络操作系统（多处理机） 分布式操作系统,用户脱机使用计算机 作业成批处理 多道程序轮流使用CPU,同时性 独立性 及时性 交互性,及时响应、快速处理 高可靠性和安全性,单用户单用户：DOS 单用户多任务：Windows,Netware Windows server/XP UNIX（多用户多任务）,操作系统概述,管理分布式资源 同一性、共享性、透明性 自治性,常用操作系统,1. DOS,Windows XP Professional,Windows X

3、P Tablet PC,Windows XP Home,Windows 98,Windows NT,Windows 2000,Windows XP,Windows XP Media Center,Windows 7,Windows 8,2. Windows 图形用户界面，1985年,常用操作系统,3. UNIX,4. Linux,常用操作系统,5. Mac OS,有效地、合理地分配CPU的时间,处理机管理,1. 单道程序系统: 任一时刻只允许一个程序在系统中执行 一个程序执行结束后才能执行下一个程序,演示：单道程序系统,多道程序系统:多道程序同时在执行,特点： 多道：计算机内存中同时存放了几道

4、相互独立的程序 宏观上并行：同时在执行 微观上串行：各程序轮流地占有CPU，交替执行,演示：多道程序系统,一个正在执行的程序 一个程序与其数据一道在计算机上顺序执行时所发生的活动 演示： 程序管理器 进程基本特征 动态性 程序的一次执行过程 并发性 系统中可以同时有几个进程在活动 独立性 能独立运行的基本单位，资源分配基本单位 异步性 进程按各自独立的、不可预知的速度前进,进程：,进程的三种基本状态,就绪态 进程已经具备运行条件，但由于没有获取CPU而不能运行所处的状态，一旦把CPU分配给它，该进程即可运行。 运行态 进程已经获得CPU的使用权，且在CPU上执行的状态。 等待状态（封锁状态、阻

5、塞状态） 指进程因等待某种事件发生而暂时不能运行的状态。,进程和程序的区别,1.进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概念，也就是说，程序是指令的有序集合，没有执行的含义，而进程则强调执行过程，它是动态地被创建，并被调度执行后消亡。 2.进程具有并发特性，而程序没有，进程在并发执行时，由于需要使用CPU、存储器、I/O设备等资源，会受到其他进程的影响和制约。,3.进程和程序不是一一对应的，由于进程是程序的执行过程，所以程序是进程的一个组成部分。一个程序多次执行可以产生多个不同的进程，一个进程也可以对应多个程序。 4.处于静止状态的程序可以长期保存在外存储中，不对应任何进程，当程序被处理器执行

6、时，它一定属于某一或者多个进程，而进程只能是随着程序的运行而产生，当程序执行完毕，进程也就不存在了。,线程（threads）,提高CPU的利用率 对进程时行“细分”，一个进程可再分为多个线程 UNIX：进程是CPU的分配单位 Windows：线程是CPU的分配单位 除了CPU以外 进程是在UNIX和WINDOWS中资源的分配单位 演示： 在程序管理器中观察各进程的线程数,存 储 管 理,基本概念 存储管理的基本功能 存储分配的方式 虚拟存储器,计算机内存是CPU可以直接存取的存储器,所谓存储就是根据不同的应用环境通过采取合理、安全、有效的方式将数据保存到某些介质上并能保证有效的访问。 存储管理

7、是指管理存储资源 几个相关概念,基本概念,物理地址和物理空间 逻辑地址和逻辑地址空间 地址映射,相关概念,物理地址 物理空间 逻辑地址 逻辑地址空间 地址映射,内存由若干个存储单元组成，由顺序编址的块组成，每块包含相应的物理单元，即存储单元。为了便于CPU访问，每个存储单元都有一个编号，称为内存地址，即物理地址（也称绝对地址）。内存地址从0编号，最大值取决于内存的大小和地址寄存器所能表现的最大值。,用户在逻辑地址空间安排程序指令和数据，而用户程序要运行必须装入内存，这就存在逻辑地址与物理地址的变换。将用户的逻辑地址转换成物理地址，这个过程就称为地址映射，也称为地址重定位。,用户进行程序设计时并

8、不知道程序将存放在内存中的位置，尤其在多道程序设计环境中，同一用户程序在不同时刻装入内存都不可能在同一位置。通常，编译器相对于“0”地址编译对应用户程序采用以“0”为基址安排程序指令和数据，程序指令和数据相应的地址称为逻辑地址，由于它是相对于物理0地址，也被称为相对地址。,存储设备层次结构示意图,通用寄存器,指令和数据缓冲器,外部存储器（磁盘、磁带等）,主存储器（动态随机存储器DRAM）,Cache（静态随机存储器SRAM）,CPU 内部,解决速度,解决容量,存储管理的基本功能,存储分配的方式,主存的分配和回收 内存保护 内存共享 扩充主存容量 地址转换,直接分配方式 静态分配方式 动态分配方

9、式,提高存储器的利用率，提高系统速度。 多个进程共享存储器，分配、释放存储器 进程需要的存储空间是变化的 调进或调出进程 移动进程,进程1,进程2,进程3,进程4,进程5,RAM,虚拟内存,交换,在CPU上运行的进程 肯定要在RAM中,内存分配与回收,内存共享,让内存中的多个用户程序实现内存资源的共享，使多道程序能动态地共享内存。,防止一个进程的存储空间被其它的进程破坏 软件和硬件结合的保护措施,内存的保护,真正内存,虚拟内存,内存空间,Windows ： pagefile.sys 默认RAM 的 1.5 可调整,最大容量与CPU的寻址能力有关 32位CPU最大可达4GB。,演示：虚拟内存 演

10、示：观察当前计算机上虚拟内存情况,扩充主存容量虚拟存储器,利用巨大的硬盘空间来弥补内存空间,地址转换,程序员编写程序 逻辑地址（从0开始）,内存中程序 物理地址,转换,设备管理的主要任务 外部设备的分类,设 备 管 理,设备管理的主要任务是管理各类外部设备，主要完成用户提出的I/O请求、加快I/O信息的传送速度、发挥I/O设备的并行性、提高I/O设备的利用率，以及提供每种设备的驱动程序和中断处理程序，向用户屏蔽硬件使用细节等。,设备管理的任务,外部设备的分类,按数据的传输速率,按信息交换的单位,按设备的从属关系,按资源分配的角度,按工作特性,低速设备 中速设备 高速设备,块设备 字符设备,系统

11、设备 用户设备,存储设备 输入/输出设备,独占设备 共享设备 虚拟设备,设备管理,1设备驱动程序 使用设备之前，该设备的驱动程序必须被安装。 2即插即用（Plug and Play，简称PnP） 指把设备连接到计算机上后无需手动配置可以立即使用。即插即用技术需要设备和操作系统的支持。 3通用即插即用UPnP 让计算机自动发现和使用基于网络的硬件设备，网络打印机、Internet网关和消费类电子设备。 实现“零配置”和“隐性”的联网过程。,4集中、统一管理 演示：Windows设备管理器 5提高使用效率 通道和缓冲 缓冲区： 介于两个设备或设备与应用程序之间传递数据的内存区域。 提供给不同速度的

12、设备之间传递数据。 高速缓存 一种特殊作用的内存,概 述 文件的结构 文件的存取方法和存储设备 文件的存取控制 文件目录,文 件 管 理,操作系统的功能模块,文件,一组信息的集合 文件的命名 文件的类型,文件名 . 扩展名,源程序/数据/文本 声音/图形/图片 可执行二进制代码,系统文件由系统给定 用户文件由用户命名 扩展名决定文件类型,按文件内容,按文件用途,按文件存取属性,文件的类型,文件的扩展名表示文件的类型,文件属性,文件大小、 占用空间、 文件建立或修改的日期与时间、 所有者信息 重要的属性有： 只读：文件只能读，不能修改或删除 隐藏：在一般的情况下不显示 存档：任何一个新创建或修改

13、的文件都有存档属性。 当用“附件”下“系统工具”组中的“备份”程序备份后， 存档属性消失。,文件操作,一个文件中所存储的可能是数据，也可能是程序的代码，不同格式的文件通常都会有不同的应用和操作。 文件的常用操作有： 建立文件 打开文件 写入文件 删除文件 属性更改,文件系统的功能,文件管理,文件存储空间的管理 文件名和存储空间的映射 对文件和目录进行管理 完成文件的共享和提供安全保护功能 提供用户接口,对用户文件和系统文件进行有效管理,文件的结构,文件的逻辑结构 文件的物理结构,从系统实现角度看文件在外存上的存放组织形式： 顺序结构 链接结构 索引结构,从用户角度所观察到的文件组织形式： 有结

14、构的记录式文件 无结构的流式文件,有结构的记录式文件,无结构的流式文件,main( ) int a, b, sum; scanf(“%d %d“, ,顺序结构,文件n 3 200,a0 a1 a2 an,用户文件目录,200,202,201, ,起始地址,记录个数,链接结构,200,300,260,a0 260,a1 300,a2 A,文件n 3 200,用户文件目录,索引结构,用户文件目录,物理块,索引表,文件目录（1）,文件1（FCB） 文件2 文件3 文件n（FCB）,单级目录结构：由一个目录组成一个线性表,文件目录（2）,主文件目录,用户文件目录1,用户文件目录2,用户文件目录n, ,

15、二级目录结构：由主目录+若干子目录组成,树状结构,根目录,Windows,User,System32,Notepad.exe,Test.doc,Data.mdb,Mspaint.exe,Explorer.exe,目录路径 绝对路径：从根目录开始，依序到该文件之前的名称。 相对路径：从当前目录开始到某个文件之前的名称。 C:WindowsSystem32Notepad.exe C:UserTest.doc （当前目录为System32 ）UserData.mdb,/ 表示根目录 分隔符 上一级目录,目录结构实例,硬盘划分成几个逻辑上独立的区域，这些磁盘分区被称为卷。 硬盘分区目的： 便于管理磁盘

16、上的众多文件 安装不同的系统，如Windows XP、Linux等 卷的管理 安装时 计算机管理器 演示：计算机管理 (小心，不能删除分区),Windows,其它操作系统,磁盘分区,格式化,使用,Windows支持三种文件系统： FAT、FAT32和NTFS。 FAT：只能支持512MB以下的容量， 目前用在软盘和移动硬盘。 FAT32：卷最大容量2TB，不支持512MB以下的卷。 用在硬盘分区。 NTFS：兼顾了磁盘空间的使用与访问效率， 提供高性能、安全性、可靠性和 许多FAT或FAT32没有的高级功能的文件系统。 光盘文件系统：CDFS，UDF,Windows文件系统,操作时：桌面为根 编程时：根目录是指逻辑驱动器的根目录,Windows