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1、第 1 章 引论1什么是硬件系统？什么是软件环境？它们之间有什么联系？答：计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。 这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成的有机整体，称为计算机硬件系统。 软件是计算机系统中的程序和有关的文件。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文件是为了便于了解程序所需的资料说明。硬件为软件提供具体实现的基础，软件是用户与硬件之间的接口界面。2什么是操作系统？操作系统追求的主要目标是什么？答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源， 合理地组织计算机工作流程， 控制程序的执行
2、， 并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。操作系统追求的主要目标包括四个方面，分别是：方便性、有效性、可扩充性、开放性。3在用户程序与硬件裸机之间，操作系统可以分为那几个模块？答：在用户程序与硬件裸机之间，操作系统可以分为：系统软件、支撑软件和应用软件三个模块。4. 操作系统如何实现计算机操作的自动化？如何看待操作系统在计算机系统中的地位？答：（1）计算机操作系统是实现自动化控制的一部分，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。 其中批处理操作系统
3、、 分时操作系统、 实时操作系统是基本的操作系统。批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。 又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、 顺序地被装入运行。批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。 分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户， 同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提
4、供了灵活性。实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理， 且给出反馈信号。 它是较少有人为干预的监督和控制系统。实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。 网络操作系统可以把若干计算机联合起来， 实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享，像我们现在使用的Windows ，UNIX和 Linux 等操作系统都是网络操作系统。分布式操作系统的网络中各台计算机没有主次之分，在任意两台计算机间的可进行信息交换和资源共享。 这一点上分布式操作系统和网络操作系统差别不大，他们的本质区别在于：分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共
5、同的任务。这使得各台计算机组成一个完整的，功能强大的计算机系统。（2）操作系统实际上是一个计算机系统中硬、软件资源的总指挥部。操作系统的性能高低， 决定了整体计算机的潜在硬件性能能否发挥出来。操作系统本身的安全性和可靠程度，在一定程度上决定了整个计算机系统的安全性和可靠度。它是软件技术的核心， 是软件的基础运行平台。 操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充，支持其他所有软件运行。5. 操作系统分成哪几类？答： 单道批处理系统、 多道批处理系统、 分时系统、实时系统、微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。6. 从资源管理的角度来看，操作系统具有
6、哪些功能？答：从资源管理的角度来看，操作系统的基本功能可分为五大部分（1）处理器管理：为用户地分处理器时间，尽可能地使处理器处于忙状态，提高处理器的工作效率。（2）存储管理：实现对主存储器的管理，为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。（3）文件管理：面向用户实现按文件名存取文件，管理用户信息的存储、检索、共享和保护，合理地分配和使用文件的存储空间。（4）设备管理：负责管理各种外围设备，包括设备的分配、启动以及SPOOL的实现技术。（5）作业管理：实现作业调度和控制作业的执行。作业调度从等待处理的作业中选择可以装入主存储器的作业， 对已经装入主存储器的作业按用
7、户的意图控制其执行。讨论操作系统可以从哪些角度出发，如何统一看待它们？答：可以从软件的观点、计算机系统资源管理的观点、进程的观点、用户与计算机硬件系统之间的观点、虚机器观点、服务提供者观点。简述操作系统发展的几个阶段。答：（ 1）1946年 50 年代末，第一代电子管时代，无操作系统（2）1950 年代末 60 年代中期，第二代晶体管时代，批处理系统；（3）1960 年代中期 70年代中期，第三代，集成电路时代，多道程序设计；（4）1970 年代中期至今，第四代，大规和超大规模集成电路时代，分时系统；也可以把操作系统的发展阶段总结为：第一代是以 dos 为代表的磁盘操作系统时代，以磁盘管理的方
8、式来管理内容； 第二代是以 Windows为代表的文件操作系统时代，以文件管理的方式来管理内容； 第三代是以安卓和ios 为代表的应用操作系统时代，应用成为主要的管理内容的工具； 第四代，则是即将来临的时代，超级 app 凌驾于操作系统之上的时代。什么叫批处理系统？它可分为哪两种？答： 通常是把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序，在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理，这样的系统成为批处理系统。可分为单道批处理系统和多道批处理系统。10什么是多道程序系统？其主要特性是什么？答：多道程序系统是指在内存中同时放入若干道作业，并且可以相互交替执行程序。多道程序设计
9、的基 本特征：多道性、无序性、调度性。11. 什么是分时系统？其主要特点是什么？答：分时系统是指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源， 每个用户都可以通过自己的终端以交方式使用计算机的系统。特点：多路性、独立性、及时性、交互性。12. 什么是实时系统？主要有哪几大类？答：实时系统是指系统能及时响应外部事件请求，在规定的时间内完成该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。主要包括：（1）按任务执行时是否呈现周期性来划分，包括：周期性实时任务、非周期性实时任务。（ 2）根据对截止时间的要求来分，包括：强实时任务、弱实时任务。13实时系统与分时系统命令的
10、主要区别有哪些?答：分时操作系统特点：多路性、交互性、独立性、及时性实时操作系统特点：多路性、交互性、独立性、及时性、可靠性(1) 多路性。实时信息处理系统也按分时原则为多个终端用户服务。实时控制系统的多路性则主要表现在系统周期性地对多路现场信息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制。 而分时系统中的多路性则与用户情况有关，时多时少。(2) 独立性。实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性，每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，是彼此独立地操作，互不干扰；而实时控制系统中，对信息的采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰。(3) 及时性。实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是
11、以人所能接受的等待时间来确定的； 而实时控制系统的及时性， 则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级， 甚至有的要低于100 微秒。(4) 交互性。实时信息处理系统虽然也具有交互性，但这里人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服（5）分时系统虽然也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。14简述操作系统的特征 ?答：并发、共享、虚拟、异步性。15简述处理机的组成和工作原理。 你认为哪些部分和操作系统密切相关？为什么？一般处理器由运算器、 控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成
12、。运算器实现任何指令中的算术和逻辑运算， 是计算机计算的核心； 控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令，维护CPU 状态，CPU 与内存之间的交互等等。寄存器是指令在 CPU内部做处理的过程中暂存数据， 地址一级指令信息的存储设备， 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度。加上高速缓存以及内存管理单元 （）。16. 为了支持操作系统，现代处理机一般都提供哪两种工作状态以隔离操作系统和普通程序？两种状态各有什么特点？答：管态（特权态）和目态（用户态）管态一般指操作系统管理程序运行时的状态，具有较高的特权级别， 可以执行所有指令；而目态一般指用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别， 只可以执
13、行非特权指令。17. 什么是分级的存储体系结构？它主要解决了什么问题？答：为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。名称简 称用途特点高速缓冲存 储器Cache高速存取指令和数据存取速度快，但存储容 量小主存储器主 存存放计算机运行期间的大量程 序和数据存取速度较快，存储容 量不大外存储器外 存存放系统程序和大型数据文件 及数据库存储容量大，位成本低18. 内存通常有哪两种类型？它们各自的特点是什么？用在那里？答：读 / 写型存储器（ RAM ）和只读存储器（ ROM ）读/ 写型存储器 （RAM ）是指
14、可以把数据存入其中任一地址单元，并且可在以后的任何时候把数据读出来， 或者重新存入别的数据的一种存储器，这种存储器通常称为随机访问存储器， 断电后信息会消失。主要用于存放随机存取的程序和数据。只读存储器（ ROM ）是指只能从其中读取数据，但不能随意地用普通的方法向其中写入数据 （向其中写入数据只能用特殊的方法），这种存储器通常称为只读存储器，断电后信息不会消失。通常把一些常驻内存的模块以微程序形式固化在ROM 中。19. 简述程序的局部性原理。这个原理在分级的存储体系结构中是怎样起作用？答：原理：程序执行时，处理器为了取得指令和数据而访问存储器。现代的程序设计技术很注重程序代码的复用，这样，
15、程序中会有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段， 就会重复存取相同的指令集合。类似地，对数据存取也有这样的局部性。 在经过一段时间以后， 使用到的代码和数据的集合会改变，但在较短的时间内它们能比较稳定地保持在一个存储器的局部区域中，处理器也主要和存储器的这个局部打交道。作用：基于这一原理， 就有充分的理由设计出多级存储的体系结构，并使得存取级别较低的存储器的比率小于存取级别较高的存储器的比率。20. 缓冲技术在计算机系统中起着什么样的作用？它是如何工作的？答：作用：解决了部件之间速度不匹配的问题。工作：每当用户要求输入数据时，先在缓冲区中寻找，如果已经在缓冲区，即可直接从中读取，如果不
16、在，就再访问内存，由内存输入到缓冲区再由用户使用21. 简述中断和操作系统的关系。操作系统是如何利用中断机制的？答：中断是处理机对系统中或系统外发生的异步事件的响应。中断装置就是在 CPU 每执行完一条指令后， 判别是否有事件发生， 如果没有事件发生，CPU 继续执行；若有事件发生，中断装置中断原先占用CPU的程序的执行，把被中断程序的断点保存起来， 让操作系统的处理服务程序占用CPU 对事件进行处理，处理完后， 再让被中断的程序继续占用CPU执行下去。 中央处理器在任何时刻最多只能被一个程序占用。 通过中断装置系统中若干程序可以交替地占用处理器，形成多个程序同时执行的状态。利用 CPU 与外围设备的并行工作能力，以及各外围设备之间的并行工作能力，操作系统能让多个程序同时执行。22. 时钟对操作系统有什么作用？答：在计算机系统中， 设置时钟是十分必要的。 这是由于时钟以为计算机完成以下必不可少的工作：1.在多道程序运行环境中，它可以为系统发现一个陷入死循环（编程错误）的作业，从而防止机时的浪费。2.在分时系统中，用间隔时钟来实现作业间按时间片轮转。3.
