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1、操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM计算机操作系统计算机操作系统普通高等教育普通高等教育“ “十一五十一五” ”国家级规划教材国家级规划教材北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社许曰滨许曰滨 孙英华孙英华 赵毅赵毅考研指定参考教材考研指定参考教材操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM什么是操作系统？什么是操作系统？为什么学？为什么学？学什么？学什么？怎么学？怎么学？操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPE
2、RATING SYSTERM什么是操作系统？讨论：你熟悉的操作系统讨论：你熟悉的操作系统？你听说的操作系统你听说的操作系统 ？你满意的操作系统你满意的操作系统 ？操作系统有什么重要作用？操作系统有什么重要作用？你认为的学习目的你认为的学习目的 ？操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM为什么学？（1）操作系统在整个计算机系统中 的地位（2）计算机操作系统课程在计算机 专业课程体系中的地位操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM操作系统在整个计算机系统中
3、的地位用户1用户2用户3用户4用户n财务系统航空订票上网浏览电子商务科学计算（应用程序）编译程序汇编程序编辑程序数据库（系统程序）操作系统计算机 硬件讨论：微机系统操作系统、网络操作系统、新型分布 式系统中的操作系统操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM为什么学？（1）操作系统在整个计算机系统中 的地位（2）计算机操作系统课程在计算机 专业课程体系中的地位操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM学什么？1学习操作系统的基本概念、基本结构及运行环境2学
4、习操作系统原理、设计方法和实现技术3学习各种有代表性的、典型的操作系统实例4了解操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术 以及新思想学时安排课内 72+18课外 a教材内容操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM怎么学？怎么学？本课程特点原理？枯燥？课堂学习课堂实验研究小组课下讨论作业考核注：课下答疑时间安排操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM参考书参考书操作系统精髓与设计原理第六版William Stalling 著操作系统原理与设计曹先彬 陈兰
5、香 编操作系统第二版孟庆昌 牛欣源 编操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM第1章 绪论电子计算机系统分为硬件和软件两部分 硬件部分称为“裸机”，由若干物理设备连接而成 。为此，人们研制了一种能够管理和控制这种裸机的软件 ，这就是“操作系统”（OS，Operating System）。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM操作系统操作系统，是管理计算机系统内全，是管理计算机系统内全 部资源的程序模块和数据集合的部资源的程序模块和数据集合的 总称。它
6、作为用户和计算机硬件总称。它作为用户和计算机硬件 之间的连接软件，主要是响应应之间的连接软件，主要是响应应 用程序的各种要求，解决各种要用程序的各种要求，解决各种要 求之间的矛盾，使系统的利用率求之间的矛盾，使系统的利用率 提高，以便用户能够简单而高效提高，以便用户能够简单而高效 地使用计算机。地使用计算机。 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM第1章 绪论本章主要内容本章主要内容操作系统的发展过程 操作系统的处理方式 操作系统的功能与构造 通用操作系统的特点操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系
7、统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM1.1 操作系统的形成与发展操作系统“曾用名” 监控（督）程序（系统）（Monitor) 执行系统（程序）(Executive System (program) 控制系统（程序）(Control System program) 管理程序(Supervisor, Supervisory System) 核心程序(Kernel) 操作系统(Operating System)操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM1.手工操作方式早期的计算机由于运算速度低、外部设备少，加 之没
8、有配置操作系统，用户使用计算机是相当困难的 。用户编制好的程序被输入到机内后，直接通过控制 台上的一排排机械式开关和指示灯来监督控制程序的 运行。当时，尚未研制出现操作系统，因此用户使用 计算机的繁琐程度可想而知。这一阶段大体对应计算机诞生后的前10年（ 19461955）。这10年又可分为两个时期。前一个时期称为手工交互时期，后一个时期是手工批处理时期。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM手工操作的主要缺点是操作较麻烦。操作员要了解 计算机各部分的技术细节才能准确地控制作业运行， 而这样做极容易出错，维护工作比较复杂
9、。另一个问题是资源浪费。计算机的所有软硬件资源 全部被一个作业独占，不用的资源也不能给其他作业 使用。特别是，当一个作业完成，另一个作业开始，作业 切换过程中的上机、下机将浪费大量时间。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM2. 单任务操作系统发展阶段关于操作概念的第一次讨论，是1953年在华盛顿召 开的IBM 701计算机用户会议上展开的。到计算机诞生10 年后的1955年，计算机上出现了第一个操作系统，当时 称为监控程序（monitor）。该系统是美国通用动力研究 实验室（简称GMRL，General Motors
10、Research Laboratory ）为IBM 701计算机研制的，主要目的是实现作业的自动 转换，向用户提供方便的操作接口，尽可能高效率地利 用计算机。这就是单任务操作系统。后来，北美航空公司开始与GMRL实验室合作，共 同开发了运行于IBM 704计算机上的操作系统。该系统就 是一个支持Fortran语言的监控程序，简记为FMS（Fortran Monitor System）。 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM单任务操作系统的特点是： 系统中装有高级语言翻译程序，程序设计人员可以用更 直观易懂的语言编写程序
11、。 这也同时意味着程序设计人员可以摆脱计算机上的操作 ，将自己的程序交给计算站的操作员就可以了。 应用程序在监控程序的管理下，一个接一个地自动切换 运行，基本上不需要人工干预。 内存中除了存储用户的应用程序外，还要驻留着监控程 序，存储空间的划分和定位严格起来。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM单任务操作系统的缺点是：资源利用不充分。比如，硬件上的发展已经使内存空间比较充裕，而不 少的作业却用不完内存的诺大空间，致使空间浪费严重 。另外，一个作业在运行中遇到输入输出操作（比如读 写磁带）时，处理机不得不处于闲置状态，
12、等候低速输 入输出操作完成。这些缺点使计算机硬件飞速发展的辉煌成就不能很好 地利用起来，系统的许多优点被深深埋没在低速的I/O 中。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM3. 多任务操作系统发展阶段从60年代中期开始，计算机系统进入了第3 代发展时期。以集成电路为中心的硬件设计与制 造工艺不断提高，一大批功能完善、集成度高的 微处理器涌入市场。由于其价格便宜，因而被广 泛引入到输入输出接口设备、终端及外部设备的 设计中，所以，这一时期的计算机除了CPU的 运行速度加快，内存容量大大增加之外，还出现 了中断装置、输入输出通
13、道、大容量的外存储器 磁盘等 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM多任务操作系统发展阶段要使多道程序共享计算机硬件，要解决的问题：1. 内存空间的共享和内存空间扩充问题；2. 处理机交替使用的问题，也就是CPU的控制 权转移问题；3. 共享设备的管理问题。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM多任务操作系统发展阶段出现的新技术： “虚拟化”技术。比如，虚拟机（Virtual Machine）、虚拟存储器（Virtual Storage）和虚拟设备
14、（ Virtual Units）等。此外，在输入输出方面，操作系统提供 了“Spooling”（又称“假脱机输入输出”）技术，使系统的输 入输出得到改善。这一时期具有代表性的操作系统有：六十年代初期运行 的美国MIT计划项目MULTICS分时系统、IBM的OS/360系 统、UNIVAC的EXEC系统、FACOM的MONITOR V系统， 以及Bell实验室于七十年代初推出的UNIX系统等。操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM4. 规范化和微型化发展阶段规范化20世纪60、70年代是操作系统大发展的时期。无论 是规模上
15、还是结构上，操作系统都是非常庞大的。系统从 研制到交付使用需要花费很大的时间和财力。更有甚者， 当使用一段时间后发现某些隐患时，修改系统的代价将十 分高昂。这些问题引起人们的极大关注，并称为软件危机 。由此，导致了软件工程的研究。让软件研制过程纳入工程管理的思想，比如：采用 工程的组织与管理模式、软件构造采取结构化设计方法、 注重软件的存档和维护、规范程序接口标准等。当时， UNIX成为贯彻这些思想的典型代表。 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM4. 规范化和微型化发展阶段微型化较为典型的有单用户单任务的微型操作系统
16、，诸如 CP/M和较低版本的磁盘操作系统DOS；单用户、多任务的 Windows，以及支持多用户、多任务的UNIX等。网络化随着通讯技术的进步，加上通讯软件的支持，将多个 独立的计算机系统连接成计算机网络成为可能。操作系统 随之得到进一步发展，于是出现了以信息通信为基础，将 分布在不同地域上的多台计算机连接成网的“网络操作系统 ”，如，Windows NT。 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统 操 作 系 统OPERATING SYSTERM5. 并行与分布式系统发展阶段进入20世纪90年代以来，出现了一种多处理机系统管 理的“分布式操作系统”（Distributed Operating System） 。它既适合于以网络为平台的松耦合多机系统，也适合共 享存储器的紧耦合多机系统。该系统支持多台处理
