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1、- 1 -第 1 页 共 38 页操作系统课程教案一、 课程概况课程名称：操作系统本课程是中央电大、省电大开放教育计算机应用专业的一门专业必修课。计算机操作系统课是计算机专业的重要课程之一。通过本课程的学习，使学生全面、系统地掌握计算机操作系统的基本概念、基本技术和基本方法；掌握计算机操作系统的组成和各部分的功能；了解计算机操作系统的发展特点、设计的基本原理和方法；对常用操作系统（DosWindowsUnix）会进行基本的操作使用。本课程主要内容包括：操作系统引论、进程管理、处理机管理、存储器管理、文件系统、设备管理，中断、死锁等方面的概念和技术方法等。二、 课程教材文学教材：操作系统。孟庆昌
2、主编，中央广播电视大学出版社2000年6月版。教学内容有：第一章：操作系统引论第二章：进程管理第三章：处理机管理第四章：存储器管理第五章：文件系统第六章：设备管理第七章：中断和信号机构第八章：死锁第九章：现代操作系统技术系统管理附录A Windows NT简介附录B Linux系统简介三、 教学特点1.课程特点：操作系统是一门理论性和实践性兼备的课程，其特点是概念多且抽象，涉及面广。2.教学特点，在面授辅导讲授中，注重由浅入深地对易混淆的概念加以详细说明，对较抽象的概念尽可能联系实际予以讲解。对每章的重点以及系统管理和控制的调度算法技巧作详细介绍。注意培养学生在维护操作系统工作中的分析问题和解
3、决问题的能力。四、 教学进度本课程计划课时为90，5个学分，前修课程为计算机组成原理，C语言（或Pascal语言）程序设计和数据结构等。考虑到诸多因素，计划授课22学时，具体分配为：第一章：操作系统 3学时第二章：进程管理 5学时第三章：处理机管理 3学时第四章：存储器管理 3学时第五章：文件系统 2学时第六章：设备管理 2学时第七章：中断和信号机构 1学时第八章：死锁 1学时第九章：现代操作系统技术系统管理 1学时总复习 1学时五、 教学难点1.教学计划课程体系问题。由于教学计划在课程前后衔接上考虑不周，导致内容前后脱节，留下了知识断层，使得教学缺少必要的基础知识和先修知识的支撑。2.课程内
4、容安排上的问题。我们现在使用较多的操作系统是DOS或Windows，对一般用户而言较少使用Unix操作系统。学校缺乏条件上机，因此，学生难以接触Unix操作系统，加之，课程本身比较抽象，所以，给教学增加了难度。3.课程内容选取上的问题。操作系统本身较为抽象，比较神秘，涉及很多概念，且密度大，这些概念极易混淆，增加了理解掌握的难度，所以给辅导带来较大的难度。六、 教学措施针对上述特点及难点，将采取分散难点，突出重点，对容易混淆的概念进行对比分析，找出异同，分类记忆；对难点避免集中，尽量进行分散，重点举例说明。对前半部分基础知识，花力气和时间弄懂，以便于后面知识的理解。另外，对有关未学的基础知识进
5、行适当的补课，以利于学生顺利学习，最终达到有所收获，有所提高，增加对操作系统的理解与认识，掌握一些程序设计的技巧与技能，能够解决实际工作出现问题的目的。第一章 操作系统导论学习目标1.掌握操作系统的定义，操作系统的特征和主要性能。2.理解操作系统的主要类型，UNIX命令行格式，分时概念。3.了解操作系统的发展历程，分时和实时操作系统的特点，操作系统的用户界面，操作系统在计算机系统中的地位，主要操作系统产品系列等。学习要点深入理解、牢固掌握操作系统的概念、功能、主要类型；与其它软件相比，操作系统有什么基本特征等。1.1 操作系统的形成与发展一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。硬件是
6、指计算机物理装置本身，如处理器、内存及各种设备等；而软件是相对硬件而言，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则以及相关的文档资料的总称，如Windows98、Windows2000、WindowsNT、UNIX以及WORD等。简单地说，软件是计算机执行的程序。在所有软件中，操作系统占有特殊的重要地位，它是配置在计算机硬件之上的一层软件。它控制硬件的工作，管理计算机系统的各种资源，并为系统中各个程序的运行提供服务。1.1.1 什么是操作系统操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。理
7、解操作系统的定义需注意以下几点：第一、 操作系统是软件，而且是系统软件，也就是说，它由一套程序组成。如：UNIX系统就是一个很大的程序，它由上千个模块组成。第二、 它的基本职能是控制管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行。第三、 它提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。如：用户使用其提供的命令完成对文件、输入/输入、程序运行等许多方面的控制、管理工作等。1.1. 2 操作系统的主要功能我们知道，计算机的硬件通常统称为裸机，一台裸机即使有很强的功能，若没有操作系统，就无法使用它。但有了操作系统，它可以把计算机系统中的各种资源（包括硬件资源和软件资源）管理得井井有条。所以，操作系统就好像
8、是系统中的“大管家”，事无巨细，它都过问，替用户进行妥善处理，为用户“服务”。具体地说，它有以下功能：1存储器管理功能主要包括：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。内存分配，其主要任务是为每道程序分配一定的内存空间。为此，操作系统必须记录整个内存的使用情况，处理用户提出的申请，按照某种策略实施分配，接收系统或用户释放的内存空间。地址映射：在多道程序环境中，用户程序中涉及的相对地址与装入内存后实际占用的物理地址不一样。CPU执行用户程序时，要从内存中取出指令或数据，为此就必须把所用的相对地址（或称逻辑地址）转换成内存的物理地址。这就是操作系统的地址映射功能。（也即地址换算、指向功能）内存保护
9、：不同用户的程序都放在一个内存中，但必须保证它们在各自的内存空间中活动，不能相互干扰，更不能侵犯操作系统的空间。为此，需建立内存保护机制，即设置两个界限寄存器，分别存放正在执行的程序在内存中的上界地址值和下界地址值。当程序运行时，要对所产生的访问内存的地址进行合法性检查，就是说该地址必须大于或等于下界寄存器的值，并且小于上界寄存器的值。否则，属于地址越界，将发生中断并进行相应处理。内存扩充，由于系统内存容量有限，且不能随意扩充，而用户程序对内存的需求越来越大，这样就出现各用户对内存“求大于供”的局面。由于物理上扩充内存受到某些限制，就采取逻辑上扩充内存的方法，也就是“虚拟存储技术”。即就是把一
10、个程序当前正在使用的部分（不是全体）放在内存，而其余部分放在磁盘上。2处理机管理功能其功能包括：作业和进程调度，进程控制和进程通信。作业和进程调度一个作业通常要经过两级调度才能得以在CPU上执行。首先是作业调度，它把选中的一批作业放入内存，并分配其它必要资源，为这些作业建立相应的进程。然后进程调度按一定的算法从就绪进程中选出一个合适进程，使之在CPU上运行。进程控制进程是系统中活动的实体。进程控制包括创建进程，撤消进程、封锁进程、唤醒进程等。进程通信多个进程在活动过程中彼此间发生的相互依赖或者相互制约的关系。3设备管理功能主要包括：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。缓冲区管理的目的是
11、解决CPU和外设速度不匹配的矛盾，从而使它们能充分并行工作，提高各自的利用率。设备分配。根据用户的I/O请求和相应的分配策略，为该用户分配外部设备以及通道、控制器等。设备驱动。实现CPU与通道和外设之间的通信。设备无关性。又称设备独立性，即用户编写的程序与实际使用的物理设备无关，由操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射到物理设备。4 文件管理功能其功能包括：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。文件存储空间的管理。为新文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率。文件操作的一般管理。包括文件的创建、删除、打开、关闭等。 目录管理。包括目录文件的组织、实现用户对
12、文件的“按名存取”，以及目录的快速查询和文件共享等。 文件的读写管理和存取控制。5、用户接口现代操作系统，通常向用户提供三种类型的界面。(1)命令界面在提示符之后用户从键盘上输入命令，系统提供相应服务。如同DOS的界面。(2)程序界面也称系统调用界面，用户在自己的程序中使用系统调用，从而获得系统更基层的服务；(3)图形界面用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形用户界面工具，可以直观、方便、有效地使用系统服务和各种应用程序及实用工具。如同WINDOWS的界面。1.1.3 操作系统的地位硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件功能的扩充。没有硬件，就失去了计算机系统的物理基础，软件也就无法存在了。
13、反之，若只有硬件而没有软件，则硬件就像一堆废物。通常将软件分为三类：应用软件、支撑软件和系统软件。应用软件是为解决某一类应用需要或某个特定问题而设计的程序，如图形软件、财务软件、软件包等。支撑软件是辅助软件技术人员从事开发工作的软件，如各种开发工具等，所以又称为工具软件。系统软件是对计算机系统的资源进行控制、管理，并为用户使用和其他程序的运行提供服务，包括操作系统、编译程序、汇编程序、连接装配程序、数据库管理系统、网络软件等。计算机系统中硬件和软件及其软件之间的层次节构组织，见教材P7图1-1计算机系统的层次关系。1. 1.4 操作系统的发展历程1.手工操作阶段从第一台计算机诞生起到50年代末
14、，计算机没有操作系统，是为第一代。其特点是需要人工干预，其缺点是浪费资源、使用不便。2. 早期批处理阶段早期的批处理分为联机处理和脱机批处理两种类型（1）早期联机批处理：作业处理是成批进行的，并且在内存中总是只保留一道作业（故名单道批处理）。同时作业的输入、调入内存以及结果输出都在CPU直接控制下进行。（2） 早期脱机批处理为克服早期批处理的缺点，在主机之外另设小型卫星机，它专门负责输入/输出工作，主机专门完成快速计算任务，从而两者可以并行操作。由于I/O不受主机直接控制，所以称作“脱机”批处理。早期脱机批处理机模型见教材P9图1-2。3. 多道批处理系统多道程序设计的基本思想是：在内存中同时
15、存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行，这些作业共享CPU和系统中的其他资源。有关多道程序与单道程序运行情况见教材P9示意图1-3。与单道程序运行情况相比，可以看出“两道程序运行系统资源（CPU、内存、设备等）利用率提高了；在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量（称为系统吞吐量）也增加了。从上述例子中，可以应该看到，由一道程序执行到两道程序执行产生了“质“的飞跃，而两道到更多道程序的执行却仅仅是“量”的变化。4. 操作系统的发展多道批处理系统缺少人机交互能力，因此用户使用不便。为解决这一问题人们开发出分时系统 。为了满足某些应用领域内对实时（表示“及时”或“即时”）处理的需求，人们开发出实时系统，它有3种典型的应用形式，即：过程控制
