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1、操作系统的基本概念浙江理工大学计算机技术基础教研部2010-2011-1Reviewz计算原理、信息的二进制表达zJohn Von Neurmann体系结构中央处理器，存储器，总线，输入输出z本讲试图解答的问题z为什么要有操作系统？z操作系统的基本功能；z操作系统重要的概念。参考条目（维基百科）z维基百科分类：操作系统技术z操作系统z进程z虚拟内存zFile systems习题z请把到医院就诊的过程与操作系统的进程管理做一类比，解释以下概念：程序、作业、进程、等待、阻塞、运行等。z为什么文件系统必须把硬盘存储空间的最小分配单位定为 “扇区” 或“ 簇” ？将每个文件都连续存储在硬盘上不是更好吗
2、？z请上网查阅资料，按照你的使用目的和能承担的价格，给自己 DIY一台计算机，说明理由。列出各部件的具体型号，计算出总价。可以参阅 “太平洋电脑网 ”，“ 泡泡网 ”等DIY网站。计算机的分类z通用计算机采用冯诺依曼“存储程序”结构的计算机，不同计算问题的解体现为不同的程序，所以具备“通用”性。其特点是CPU，存储器，外部设备由不同程序所共享。z专用计算机为解决特殊问题设计的计算机。计算过程单一固化，设备不共享。通用计算机问题z外存储器共享问题；z多个活动程序的CPU 、内存、I/O 设备共享问题；z设备访问的便利性问题；z答案：公共资源的使用需要强制性的规范和一个管理机构。在计算机中，为了保
3、证有序、高效、安全地使用计算机公共资源，我们需要一个公共程序为我们提供服务操作系统！什么是操作系统操作系统是用来管理计算机系统的全部资源（包括硬件、软件资源及数据资源）、控制程序运行、改善人机界面、为其它应用软件提供支持等的系统软件。操作系统的基本功能z处理机管理（进程管理）z内存管理z文件管理z设备管理z用户接口处理机管理（进程管理）z原始的人工操作z批处理CPU独占方式单道程序CPU共享方式多道程序z分时系统z并行处理系统（多CPU ）处理机的人工操作阶段-家庭主妇z早期计算机的工作，基本上采用人工操作方式：由操作员将纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机），把程序和数据输入计算机，当
4、程序行完毕，由用户取走纸带和计算结果后，才让下一个用户上机操作。批处理系统饭店厨师z单道批处理系统（系统对作业的处理是成批地进行，且在内存中始终只保持一道作业）。z多道批处理系统（计算机内存中同时存放若干道已开始运行且尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软资源，从而使处理机得到充分利用）。批处理系统工作示意图读卡机后备作业磁盘作业1作业2作业 NCPU打印机输出设备多道批处理系统示意图CPU分时系统酒吧服务z一台主机连接了若干个终端；z每个终端有一个用户在使用；z交互式地向系统提出命令请求；z系统接受每个用户的命令；z采用时间片轮转方式处理服务请求 ；z通过交互方式在终端上向用户
5、显示结果；z用户根据上步结果发出下道命令；z与批处理系统最大的不同点是：运行过程是交互式发展的。分时系统示意图分时系统：单用户多任务z面向PC ，单个用户所使用；z采用分时技术支持多任务；z支持多用户并发；zWindows,Linux,Macintosh。处理机管理（进程管理）z基本概念程序(Code)：外存储器上的机器语言代码文件；作业(Job)：提交给操作系统执行的程序(任务）；进程（Process）：进入内存开始被CPU执行的作业；完成I/O运行状态I/O就绪状态进程调度时间片用完等待I/O保持 终止程序内存中的进程状态作业外存储器想象一下你去医院看病的过程。并行系统大饭店z多处理器；z
6、多个任务在多处理器上的调度（负载平衡Load-Balancing）；z一个任务在多处理器上的任务分解和并行处理（缩放：Scaling ）；z各处理器可以有独立内存或共享内存天河一号：千万亿次并行计算机6144颗英特尔CPU 和5120颗AMD GPU ，其峰值性能达每秒1206万亿次双精度浮点运算实时系统z计算任务必须按外部的节拍来完成；z必须保证及时和可靠；z主要应用于控制领域（飞行器、工业过程等）。内存管理z内存分配活动空间的合理分配规划操作系统进程和用户进程的空间分配z内存保护保证进程间互不侵犯进程对内存空间访问的规则z虚拟地址映射使程序摆脱地址依赖为每个进程提供连续的逻辑空间地址更完善
7、的内存保护机制z内存扩充应付空间的不时之需使用外存储器虚拟内存内存管理z请按下述概念进行类比内存著作分页书本页面用户进程章系统进程封面、序、目录、索引、参考、跋地址扩充附页、增补、临时增加的床位内存管理图示BIOS引导IO设备驱动操作系统进程公共内存系统内存用户内存地址分配示意内存分页01H03H06H用户进程地址映射用户进程用户进程线性连续的进程逻辑虚拟地址硬盘地址扩充索引设备管理（I/O）z设备管理的主要任务是完成用户提出的输入/输出请求，为用户（程序）提供规范的设备使用接口；zI/O设备调度；zWindows设备管理器设备管理图示外部设备接口电路总线总线控制器设备驱动程序内存操作系统调用
8、函数（接口）用户进程用户接口设备调度进程接口调用实现设备驱动实现细节对用户隐蔽（透明）文件管理z文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理。通常以树型结构对文件目录进行管理，并实现文件的存储、检索、删除等功能。zWindows资源管理器文件管理系统类比z请将文件系统与辞海做一对比文件系统（硬盘）-辞海分区-辞海分册（卷）zC盘，D 盘“ 语词分册（上） ”，“ 语词分册（下） ”分区表-辞海封面分区文件分配表“笔画查字表”簇（多个相邻扇区）书页扇区词条文件管理用户文件系统接口：目录结构文件管理系统（资源管理器）外存储器驱动程序硬盘控制器硬盘软件硬件文件文件管理系统连续的文件 分散存储的文
9、件“簇”用户接口z命令接口：用户可以直接从键盘终端键入各种命令来取得操作系统的服务。z程序接口：这是应用程序与操作系统的接口，用户通过在程序中安排系统调用来取得操作系统的服务。z图形用户接口：将系统的各项功能及各种应用程序，都以各种形式的图标逼真的表示出来，再利用鼠标进行操作，使计算机的操作更为方便简单、生动有趣。日常的用户接口用户接口（介面，interface ） 系统内部实现（透明）操作系统的启动：基本输入输出系统:BIOSz提供最基本的 I/O和硬盘访问功能；z执行 POST（上电后系统自检）；z从CMOS 中读取系统配置参数；z各I/O 设备初始化；z实现操作系统的载入。zBIOS写在
10、一块只读半导体芯片（ ROM）中，通电后 CPU自动执行其中的程序。zCMOS：通过主板锂电池可长期保留数据的一块可读写内存芯片。BIOS载入OS 过程BIOS ROMOS RAMUSER RAMreset内存储器OS FILESLoading外存储器其它操作系统类型z网络操作系统z分布式操作系统z网格.Matrix perhaps典型操作系统zMS-DOS操作系统zWindows操作系统zUnix操作系统zLinux操作系统zMac OS操作系统-以上是用于微机和小型计算机的典型操作系统操作系统的基本功能：层次结构内核KernelShell 用户接口应用程序Windows操作系统z Wind
11、ows操作系统家族Windows 9xWindows 2000Windows XPWindows 2003Windows VistaWindows 7。z Windows操作系统特点图形化界面多任务良好的网络支持多媒体功能良好的硬件支持（即插即用）众多应用程序支持系列Windows XP的文件系统z文件：一组信息的有序集合存储在外存储器上z文件系统：操作系统中与文件管理有关的软件和被管理的文件与数据结构的集合。是文件命名、存储和组织的总体结构zWindows 2000/xp文件系统：NTFS（New Technology File System）FAT（file Allocation Tabl
12、e ）FAT32（FAT 的派生文件系统）z在安装 Windows 2000/xp系统或格式化磁盘时需指定文件系统。推荐的文件系统是 NTFS（可靠高效）；但要与其他操作系统兼容，选择 FAT或FAT32。文件名规则z文件名由文件主名和扩展名组成文件主名又称文件名，表示文件的名称文件扩展名又称文件的副名、文件的后缀，表示文件的类型z文件名规则文件名最多可以有250个字符（突破 8.3格式）扩展名由圆点“.” 开始，后跟字符（一般13个）z常见的 .Doc .Exe .RAR .jpg .mp3 .txt .C 文件名中不能出现 : / * ? “ |z设备名：标准外部设备的特殊名字，将设备当作
13、文件一样进行管理和使用常见的 CON LPT1/PRN COM1/AUX COM2不能将设备名用于用户文件名树形结构z 对资源采取分组多级管理，形状就象一棵树。z 最上面是树根、接下来有树枝、最后是树叶文件目录组织形式zWindows 2000的文件目录采用树形结构z每个盘的第一级称为根目录，用表示z以下各级称为文件夹（子目录）文件夹也有名字，规则同文件名在Windows 2000 中表示为z最后一级是文件在Windows 2000 中表示为文件名完整格式z要建立或访问一个文件，必须告诉系统三个内容：驱动器、路径、文件名驱动器：由盘符和冒号构成。 例如 D:路径：由一系列文件夹名和分隔符组成。例如 teachvb02级 教学完整文件名： 驱动器 路径 文件名例如 D: teachvb02级 教学ZIFT.doc试一试：在 “开始” “ 运行” 的“ 打开” 中输入某个完整文件名后发生了什么z在实际操作中，保存文件时要告诉系统 “保存位置 ”和文件名z在实际操作中，打开文件时要告诉系统 “查找范围 ”和文件名小结z了解操作系统的发展过程；z了解分时系统的基本原理；z了解操作系统的基本功能；z熟练掌握Windows操作系统的系统设置、资源管理、文件共享等基本操作。
