《(1.28)--第一章 操作系统引论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(1.28)--第一章 操作系统引论.ppt（167页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、计算机操作系统计算机操作系统 Operating SystemOperating System1计算机操作系统2v课程特点：课程特点：概念多，原理强，比较抽象概念多，原理强，比较抽象v课程重要性：专业课程重要性：专业基础课，综合课程，有利于对基础课，综合课程，有利于对计算机系统的理解和复杂软件开发计算机系统的理解和复杂软件开发v课程学习方法：课程学习方法：以问题驱动学习，理论联系实际以问题驱动学习，理论联系实际v课程学习难点：课程学习难点：概念，原理，算法，数据结构概念，原理，算法，数据结构课程介绍课程介绍计算机操作系统3v第一章：操作系统引论第一章：操作系统引论v第二章：进程描述与控制第二章
2、：进程描述与控制v第三章：处理机调度与死锁第三章：处理机调度与死锁v第四章：存储器管理第四章：存储器管理v第五章：虚拟存储器第五章：虚拟存储器v第六章：输入输出系统第六章：输入输出系统课程内容安排课程内容安排计算机操作系统4v第七章：文件管理第七章：文件管理v第八章：磁盘存储器管理第八章：磁盘存储器管理 v第九章：操作系统接口第九章：操作系统接口课程内容安排课程内容安排计算机操作系统5v 操作系统是什么操作系统是什么?(What it is?)?(What it is?)v 操作系统做什么操作系统做什么?(What it does?)?(What it does?)v 两个问题两个问题计算机操
3、作系统6v计算机系统包括计算机系统包括硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统。v操作系统属于计算机系统软件系统中的操作系统属于计算机系统软件系统中的系统软件系统软件，是紧密接，是紧密接近硬件的近硬件的第一层软件第一层软件，是对硬件功能的首次扩充是对硬件功能的首次扩充，其他软件，其他软件则是建立在操作系统之上的。则是建立在操作系统之上的。v各种软件在操作系统的统一管理和支持下运行。各种软件在操作系统的统一管理和支持下运行。计算机系统计算机系统一一.操作系统是什么操作系统是什么计算机操作系统7计算机硬件计算机硬件计算机硬件计算机硬件计算机操作系统8操作系统怎么管理硬件操作系统怎么管理硬件计算机操作系
4、统9应用程序员和用户能时刻注意硬件变化吗？应用程序员和用户能时刻注意硬件变化吗？应用程序员和用户能时刻注意硬件变化吗？应用程序员和用户能时刻注意硬件变化吗？用户能写出一个程序使所有部件协调工作吗？用户能写出一个程序使所有部件协调工作吗？用户能写出一个程序使所有部件协调工作吗？用户能写出一个程序使所有部件协调工作吗？硬件发生变化时用户程序能及时反应吗？硬件发生变化时用户程序能及时反应吗？硬件发生变化时用户程序能及时反应吗？硬件发生变化时用户程序能及时反应吗？用户程序应该全权控制所有硬件吗？用户程序应该全权控制所有硬件吗？用户程序应该全权控制所有硬件吗？用户程序应该全权控制所有硬件吗？用户程序的错
5、误能否不导致系统彻底崩溃？用户程序的错误能否不导致系统彻底崩溃？用户程序的错误能否不导致系统彻底崩溃？用户程序的错误能否不导致系统彻底崩溃？这些事情会使一个资深程序员疯掉！这些事情会使一个资深程序员疯掉！n实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚至是不可能的。甚至是不可能的。n怎么办？怎么办？为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？计算机操作系统10为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？v从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定
6、的、对用户友好、便于操作的平台。对用户友好、便于操作的平台。对计算机我一窍不通，如对计算机我一窍不通，如何进行操作！？何进行操作！？操作系统歌曲用户用户我要我要听歌听歌打开播放软件找到歌曲计算机操作系统11一个简单的想法一个简单的想法一个简单的想法一个简单的想法应用软件应用软件系统软件系统软件硬件硬件虚拟机器接口虚拟机器接口物理机器接口物理机器接口v用户面对的是一个整体的计算机系统，分为用户面对的是一个整体的计算机系统，分为虚拟机虚拟机和和物理机物理机两个部分。两个部分。v用户实际操作的是虚拟机，物理机是由用户实际操作的是虚拟机，物理机是由OS管理和操作的。管理和操作的。v优点：将复杂的物理操
7、作剥离并下移，交给优点：将复杂的物理操作剥离并下移，交给OS去处理。去处理。计算机操作系统12财务系统 航空订票 上网浏览 电子商务 科学计算（应用程序）编译程序编译程序 汇编程序汇编程序 编辑程序编辑程序 数据库数据库（系统程序）（系统程序）操作系统计算机硬件用户用户1 1用户用户2 2用户用户3 3用户用户4 4用户用户n n 较为完整的计算机系统较为完整的计算机系统较为完整的计算机系统较为完整的计算机系统计算机操作系统13 操作系统掌控计算机里发生的一切事情，包括：操作系统掌控计算机里发生的一切事情，包括：1.替用户及其应用管理计算机上的软硬件资源。替用户及其应用管理计算机上的软硬件资源
8、。2.保证计算机资源的公平竞争和使用。保证计算机资源的公平竞争和使用。3.防止对计算机资源的非法侵占和使用。防止对计算机资源的非法侵占和使用。4.保证操作系统自身正常运转。保证操作系统自身正常运转。5.方便用户使用。方便用户使用。二、操作系统做什么二、操作系统做什么计算机操作系统14 在任何用户程序运行过程中负责完成在任何用户程序运行过程中负责完成与硬件有关、与硬件有关、与应用无关与应用无关的工作。的工作。启动和终止程序。启动和终止程序。用计算机做任何事，都要先运行相应的程序。用计算机做任何事，都要先运行相应的程序。对常用基本操作提供现成程序（易于使用）。对常用基本操作提供现成程序（易于使用）
9、。不管将计算机用于哪个应用领域，都要经常需要进不管将计算机用于哪个应用领域，都要经常需要进行文件复制或删除、磁盘内容查看、建立文件夹等行文件复制或删除、磁盘内容查看、建立文件夹等工作。工作。解决效率和安全等的问题解决效率和安全等的问题二、操作系统做什么二、操作系统做什么计算机操作系统15操作系统的概念操作系统的概念v从系统观点：从系统观点：v从用户观点：从用户观点：v从软件观点：从软件观点：操作系统在计算机系统中的位置：操作系统是计算操作系统在计算机系统中的位置：操作系统是计算机硬件的首次扩展。机硬件的首次扩展。操作系统对计算机资源管理；这些资源操作系统对计算机资源管理；这些资源包括硬件和软件
10、。操作系统向用户提供了高包括硬件和软件。操作系统向用户提供了高级而调用简单的服务，掩盖了绝大部分硬件级而调用简单的服务，掩盖了绝大部分硬件设备复杂的特性和差异，使得用户可以免除设备复杂的特性和差异，使得用户可以免除大量的乏味的杂物，而把精力集中在自己所大量的乏味的杂物，而把精力集中在自己所要处理的任务上。要处理的任务上。操作系统是用户使用计算机的界面。操操作系统是用户使用计算机的界面。操作系统是用户与计算机硬件之间的接口，一作系统是用户与计算机硬件之间的接口，一般可以分为三种：命令方式，系统调用，图般可以分为三种：命令方式，系统调用，图形界面形界面 操作系统是程序的集合。操作系统是直操作系统是
11、程序的集合。操作系统是直接和硬件相邻的第一层软件，它是接和硬件相邻的第一层软件，它是由由大量极大量极其复杂的系统程序和众多的数据结构集成的。其复杂的系统程序和众多的数据结构集成的。计算机操作系统16OSOS是控制和管理计算机是控制和管理计算机硬件和软件硬件和软件资源，资源，合理地对各类作业进行合理地对各类作业进行调度调度以及方便用以及方便用户使用的户使用的程序程序集合。集合。不需要记忆！不需要记忆！操作系统概念（操作系统概念（p8p8）计算机操作系统17以下哪些属于操作系统以下哪些属于操作系统以下哪些属于操作系统以下哪些属于操作系统?WORD EXCEL Android WORD EXCEL
12、Android Symbian TURBO-C FOXPRO AUTOCADTURBO-C FOXPRO AUTOCADUNIX LINUX UNIX LINUX 一个一个C C语言源程序语言源程序 MacOS QQ MacOS QQ DOS iOSDOS iOSWindows Server Windows Windows Server Windows Windows Phone Windows Phone 计算机操作系统18操作系统学什么？操作系统学什么？v操作系统课程的主要内容操作系统课程的主要内容从从资源管理资源管理的观点出发，针对常见操作系的观点出发，针对常见操作系统介绍操作系统的基本
13、概念、基本技术、统介绍操作系统的基本概念、基本技术、基本方法（基本原理及一些算法），主要基本方法（基本原理及一些算法），主要是操作系统的管理功能。是操作系统的管理功能。v学习的主要内容：学习的主要内容：操作系统是操作系统是怎样管理怎样管理系统资源的系统资源的。计算机操作系统19为什么学习操作系统为什么学习操作系统为什么学习操作系统为什么学习操作系统?(1)(1)了解操作系统了解操作系统操作系统在整个计算机系统中起着非常重要的作用。操作系统在整个计算机系统中起着非常重要的作用。(2)(2)学习操作系统学习操作系统学习操作系统中的对资源的管理方法和控制技术及程学习操作系统中的对资源的管理方法和控制
14、技术及程序设计的思想序设计的思想用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域.如抽象，如抽象，缓存，并发，资源管理，性能分析与冲突解决等缓存，并发，资源管理，性能分析与冲突解决等(3)(3)选择操作系统选择操作系统不同类型的计算机配备不同的操作系统，怎样配备，不同类型的计算机配备不同的操作系统，怎样配备，怎样使用？不同类型的操作系统各有什么特点？什么怎样使用？不同类型的操作系统各有什么特点？什么样的计算机可以选用什么类型的操作系统？样的计算机可以选用什么类
15、型的操作系统？(4)(4)分析，修改操作系统分析，修改操作系统计算机操作系统20怎样学好操作系统？怎样学好操作系统？v用用心心加以体会加以体会课前预习课前预习认真听课，做好笔记认真听课，做好笔记课后复习（及时消化）课后复习（及时消化）认真作业认真作业多看参考书、多看参考书、培养自学能力培养自学能力。计算机操作系统21关于实践关于实践关于实践关于实践v在实践中学习操作系统在实践中学习操作系统 在实际的操作系统中验证课堂上讲授的内容在实际的操作系统中验证课堂上讲授的内容在实际的操作系统中验证课堂上讲授的内容在实际的操作系统中验证课堂上讲授的内容 在实际的操作系统中找到课堂上没有讲授的内容在实际的操
16、作系统中找到课堂上没有讲授的内容在实际的操作系统中找到课堂上没有讲授的内容在实际的操作系统中找到课堂上没有讲授的内容 在实际的操作系统中验证自己的想法在实际的操作系统中验证自己的想法在实际的操作系统中验证自己的想法在实际的操作系统中验证自己的想法 在实际的操作系统中锻炼自己的能力在实际的操作系统中锻炼自己的能力在实际的操作系统中锻炼自己的能力在实际的操作系统中锻炼自己的能力Learn OS concepts by coding them！计算机操作系统22计算机的启动计算机的启动计算机的启动计算机的启动过程过程过程过程计算机操作系统23零、零、零、零、bootboot的含义的含义的含义的含义v
17、先问一个问题，”启动”用英语怎么说？v是boot。可是，boot原来的意思是靴子，”启动”与靴子有什么关系呢？原来，这里的boot是bootstrap（鞋带）的缩写，它来自一句谚语：v”pulloneselfupbyonesbootstraps”v字面意思是”拽着鞋带把自己拉起来”，这当然是不可能的事情。计算机操作系统24零、零、零、零、bootboot的含义的含义的含义的含义v最早的时候，工程师们用它来比喻，计算机启动是一个很矛盾的过程：必须先运行程序，然后计算机才能启动，但是计算机不启动就无法运行程序！v早期真的是这样，必须想尽各种办法，把一小段程序装进内存，然后计算机才能正常运行。所以，
18、工程师们把这个过程叫做”拉鞋带”，久而久之就简称为boot了。v计算机的整个启动过程分成四个阶段。计算机操作系统25第一第一第一第一阶段：阶段：阶段：阶段：BIOSBIOSv上个世纪70年代初，”只读内存”（read-onlymemory，缩写为ROM）发明，开机程序被刷入ROM芯片，计算机通电后，第一件事就是读取它。v这块芯片里的程序叫做”基本输入输出系统”（BasicInput/OutputSystem），简称为BIOS。v1.1 硬件自检硬件自检v1.2 启动顺序启动顺序计算机操作系统26第二第二第二第二阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录vBIOS按照”启动
19、顺序”，把控制权转交给排在第一位的储存设备。即根据用户指定的引导顺序从软盘、硬盘或是可移动设备中读取启动设备的MBR，并放入指定的位置（0 x7c000）内存中。v这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0 x55和0 xAA，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给”启动顺序”中的下一个设备。v这最前面的512个字节，就叫做”主引导记录”（Masterbootrecord，缩写为MBR）计算机操作系统27第二第二第二第二阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录v2.1 主
20、引导记录的结构主引导记录的结构v“主引导记录”只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。v主引导记录由三个部分组成：v（1）第1-446字节：调用操作系统的机器码（预启动区）。（2）第447-510字节：分区表（Partitiontable）。（3）第511-512字节：主引导记录签名（0 x55和0 xAA）。其中，第二部分”分区表”的作用，是将硬盘分成若干个区。计算机操作系统28第二第二第二第二阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录阶段：主引导记录v2.2 分区表分区表v硬盘分区有很多好处。考虑到每个区可以安装不同的操作系统，”主
21、引导记录”因此必须知道将控制权转交给哪个区。v分区表的长度只有64个字节，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做”主分区”。计算机操作系统30第三阶段：硬盘启动第三阶段：硬盘启动第三阶段：硬盘启动第三阶段：硬盘启动v这时，计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了，这里又分成三种情况。v3.1 情况情况A：卷引导记录：卷引导记录v四个主分区里面，只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做”卷引导记录”（Volumebootrecord，缩写为VBR）。v“卷引导记录”的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就会加载操作
22、系统了。v3.2 情况情况B：扩展分区和逻辑分区：扩展分区和逻辑分区v3.3 情况情况C：启动管理器：启动管理器v在这种情况下，计算机读取”主引导记录”前面446字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装的”启动管理器”（bootloader），由用户选择启动哪一个操作系统。vLinux环境中，目前最流行的启动管理器是Grub。计算机操作系统31第四阶段：操作系统第四阶段：操作系统第四阶段：操作系统第四阶段：操作系统v控制权转交给操作系统后，操作系统的内核首先被载入内存。v以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。内核加载成功后，第一个运行的程序是/s
23、bin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。v然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。v至此，全部启动过程完成。计算机操作系统32 纸上得来终觉浅，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！绝知此事要躬行！陆游陆游第一章第一章操作系统引论操作系统引论33计算机操作系统34第一章第一章第一章第一章 操作系统引论操作系统引论操作系统引论操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系
24、统的目标和作用1.2 操作系统操作系统的发展过程的发展过程1.3 操作系统操作系统的的基本基本特征特征1.4 操作系统操作系统的的主要主要功能功能1.5 OS的结构设计的结构设计计算机操作系统35主要内容与知识点主要内容与知识点主要内容与知识点主要内容与知识点知识点及要求：知识点及要求：知识点及要求：知识点及要求：学习本章的目的是使学生建立起学习本章的目的是使学生建立起学习本章的目的是使学生建立起学习本章的目的是使学生建立起 OSOSOSOS的基本概念。的基本概念。的基本概念。的基本概念。要求了解要求了解要求了解要求了解OSOSOSOS的引入和发展，的引入和发展，的引入和发展，的引入和发展，理
25、解多道程序设计技术，理解多道程序设计技术，理解多道程序设计技术，理解多道程序设计技术，掌握操作系统的功能和特征，了解分层式结构和微内掌握操作系统的功能和特征，了解分层式结构和微内掌握操作系统的功能和特征，了解分层式结构和微内掌握操作系统的功能和特征，了解分层式结构和微内核结构。核结构。核结构。核结构。操作系统的特征是重点，理解多道程序环境操作系统的特征是重点，理解多道程序环境操作系统的特征是重点，理解多道程序环境操作系统的特征是重点，理解多道程序环境是难点。是难点。是难点。是难点。计算机操作系统361.1.设计操作系统的目标设计操作系统的目标 方便性方便性方便性方便性 从一般用户的观点来说，配
26、置了从一般用户的观点来说，配置了从一般用户的观点来说，配置了从一般用户的观点来说，配置了OSOSOSOS以后，用户以后，用户以后，用户以后，用户可以通过可以通过可以通过可以通过OSOSOSOS提供的各种命令来使用计算机大大方便提供的各种命令来使用计算机大大方便提供的各种命令来使用计算机大大方便提供的各种命令来使用计算机大大方便了用户。了用户。了用户。了用户。有效性有效性有效性有效性 从资源管理的观点来说，配置了从资源管理的观点来说，配置了从资源管理的观点来说，配置了从资源管理的观点来说，配置了OSOSOSOS以后，可使以后，可使以后，可使以后，可使CPUCPUCPUCPU和和和和I/OI/OI
27、/OI/O设备由于保持忙碌状态而得到有效的利用，设备由于保持忙碌状态而得到有效的利用，设备由于保持忙碌状态而得到有效的利用，设备由于保持忙碌状态而得到有效的利用，另外另外另外另外OSOSOSOS可合理的组织工作流程，从而进一步改善资可合理的组织工作流程，从而进一步改善资可合理的组织工作流程，从而进一步改善资可合理的组织工作流程，从而进一步改善资源利用率及提高系统的吞吐量。源利用率及提高系统的吞吐量。源利用率及提高系统的吞吐量。源利用率及提高系统的吞吐量。1.1 1.1 1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用计算机操作系统37 可扩充性可
28、扩充性可扩充性可扩充性 便于修改和增加功能（如何设计？）便于修改和增加功能（如何设计？）便于修改和增加功能（如何设计？）便于修改和增加功能（如何设计？）采用采用采用采用层次化层次化层次化层次化的模块，便于增加新的功能层次和模的模块，便于增加新的功能层次和模的模块，便于增加新的功能层次和模的模块，便于增加新的功能层次和模块。块。块。块。开放性开放性开放性开放性 从任务组织的观点来说，遵循国际标准所开从任务组织的观点来说，遵循国际标准所开从任务组织的观点来说，遵循国际标准所开从任务组织的观点来说，遵循国际标准所开 发的硬件和软件，彼此兼容，可方便的实现互联。发的硬件和软件，彼此兼容，可方便的实现互
29、联。发的硬件和软件，彼此兼容，可方便的实现互联。发的硬件和软件，彼此兼容，可方便的实现互联。计算机操作系统38vv作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口图图11 OS作为接口的层状示意图作为接口的层状示意图计算机硬件计算机硬件系统调用系统调用，命令，图标，窗口命令，图标，窗口操作系统操作系统应用程序及实用程序应用程序及实用程序系统设计者用户2 2、操作系统的作用、操作系统的作用计算机操作系统39v作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理
30、者 处理机管理：分配和控制处理机处理机管理：分配和控制处理机处理机管理：分配和控制处理机处理机管理：分配和控制处理机 存储器管理：分配及回收内存存储器管理：分配及回收内存存储器管理：分配及回收内存存储器管理：分配及回收内存 I/O(I/O(I/O(I/O(I I I Input/nput/nput/nput/O O O Output)utput)utput)utput)设备管理：设备管理：设备管理：设备管理：I/OI/OI/OI/O分配与操作分配与操作分配与操作分配与操作 文件管理：文件存取、共享和保护文件管理：文件存取、共享和保护文件管理：文件存取、共享和保护文件管理：文件存取、共享和保护
31、v作为扩充机器作为扩充机器作为扩充机器作为扩充机器 把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。分层扩充。分层扩充。分层扩充。分层扩充。2 2 2 2、操作系统的作用、操作系统的作用、操作系统的作用、操作系统的作用计算机操作系统40v不断提高计算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要v方便用户方便用户方便用户方便用户v器件的不断更新换代器件的不断更新换代器件的不断更新换代器件的不断更新换代v计算机体系结构的不断发展计算
32、机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展v不断提出新的应用需求不断提出新的应用需求不断提出新的应用需求不断提出新的应用需求3 3 3 3、操作系统发展的主要动力操作系统发展的主要动力操作系统发展的主要动力操作系统发展的主要动力计算机操作系统41无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统单道批处理系统（单道批处理系统（单道批处理系统（单道批处理系统（50505050年代）年代）年代）年代）多道批处理系统（多道批处理系统（多道批处理系统（多道批处理系统（60606060年代）年代）年代）年代）分时系统（分时系统（分时系统（分
33、时系统（60606060年代）年代）年代）年代）实时系统（实时系统（实时系统（实时系统（60606060年代）年代）年代）年代）80808080年年年年代代代代，微微微微机机机机及及及及网网网网络络络络操操操操作作作作系系系系统统统统、分分分分布布布布式式式式操操操操作作作作系系系系统、嵌入式操作系统统、嵌入式操作系统统、嵌入式操作系统统、嵌入式操作系统1.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程计算机操作系统421.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程一、无操作系统时的
34、计算机系统一、无操作系统时的计算机系统计算机操作系统43著名的女数学家和计算机语言领域的领军人物。著名的女数学家和计算机语言领域的领军人物。著名的女数学家和计算机语言领域的领军人物。著名的女数学家和计算机语言领域的领军人物。Grace HopperGrace Hopper：编译语言之母：编译语言之母、bugbug和千和千年虫年虫制造者、世界第三位程序员制造者、世界第三位程序员(COBOL(COBOL语语言创始人言创始人)、海军少将、海军少将计算机操作系统441.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程1 1、人工操作方式、人工操作方式
35、 从第一台计算机诞生从第一台计算机诞生从第一台计算机诞生从第一台计算机诞生(1945(1945(1945(1945年年年年)到到到到50505050年代中期年代中期年代中期年代中期的计算机，属于第一代，这时还的计算机，属于第一代，这时还的计算机，属于第一代，这时还的计算机，属于第一代，这时还未出现未出现未出现未出现OSOSOSOS.计算机计算机计算机计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员将事先已穿孔硬件系统，即由程序员将事先已穿孔硬件系统，
36、即由程序员将事先已穿孔硬件系统，即由程序员将事先已穿孔(对应于程序对应于程序对应于程序对应于程序和数据和数据和数据和数据)的纸带的纸带的纸带的纸带(或卡片或卡片或卡片或卡片)装入纸带输入机装入纸带输入机装入纸带输入机装入纸带输入机(或卡片或卡片或卡片或卡片输入机输入机输入机输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机，再启动它们将程序和数据输入计算机，再启动它们将程序和数据输入计算机，再启动它们将程序和数据输入计算机,然后启动计算机运行然后启动计算机运行然后启动计算机运行然后启动计算机运行.当程序运行完毕并取走计算当程序运行完毕并取走计算当程序运行完毕并取走计算当程序运行完毕并取走计算结果后，才
37、让下一个用户上机结果后，才让下一个用户上机结果后，才让下一个用户上机结果后，才让下一个用户上机.计算机操作系统451.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程1 1、人工操作方式、人工操作方式用户：用户既是程序员，又是操作员；是计算用户：用户既是程序员，又是操作员；是计算 机专业人员机专业人员 编程语言：机器语言编程语言：机器语言输入输出：纸带或卡片输入输出：纸带或卡片计算机操作系统461.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程人工操作方式的特点人工操作方式的特点:特点特点
38、:用户独占全机用户独占全机 其他用户不能占有资源，资源利用率低其他用户不能占有资源，资源利用率低.CPU CPU等待人工操作等待人工操作 计算前，手工装入纸带或卡片；计算后，计算前，手工装入纸带或卡片；计算后，手工卸取纸带或卡片，手工卸取纸带或卡片，CPUCPU利用率低利用率低.计算机操作系统47机器速度机器速度作业在机器上作业在机器上运行时间运行时间人工操作时人工操作时间间人工操作时间与人工操作时间与机器有效运行时机器有效运行时间之比间之比1万次万次/秒秒1小时小时3分钟分钟1：2060万次万次/秒秒1分钟分钟3分钟分钟3：1人机矛盾越来越明显人机矛盾越来越明显人机矛盾越来越明显人机矛盾越来
39、越明显人机矛盾：人机矛盾：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率计算机处理能力的提高，手工操作的低效率计算机操作系统481.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程2 2、脱机、脱机I/OI/O方式（图方式（图1-21-2）增加一台不与主机直接相连而专门与增加一台不与主机直接相连而专门与I/OI/O设备交设备交 换信息的卫星机（外围机）换信息的卫星机（外围机）.输入机输入机打印机打印机卫星机卫星机磁带磁带 磁带磁带磁带磁带磁带磁带主主 机机输入设备通过它将作业输入到磁带输入设备通过它将作业输入到磁带输出设备通过它将结果输出到磁带输出设
40、备通过它将结果输出到磁带计算机操作系统491.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程脱机输入技术脱机输入技术 为解决低速输入设备与为解决低速输入设备与CPUCPU速度不匹配的问题，可将速度不匹配的问题，可将用户程序和数据，在一台外围计算机的控制下，预用户程序和数据，在一台外围计算机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当先从低速输入设备输入到磁带上，当CPUCPU需要这些需要这些程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存，程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了从而大大加快了程序的输入过程
41、，减少了CPUCPU等待等待输入的时间。输入的时间。计算机操作系统501.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程脱机输出技术脱机输出技术当程序运行完毕或告一段落，当程序运行完毕或告一段落，CPUCPU需要输出时，无须需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地把直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地把结果送到磁带上，然后在另一台外围机地控制下，结果送到磁带上，然后在另一台外围机地控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这大把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这大大加快了程序的输出过程大加快了程序的输出过
42、程.计算机操作系统51图图图图1-31-31-31-3脱机脱机脱机脱机I/OI/OI/OI/O示意图示意图示意图示意图输入设备输入设备外围机外围机 磁盘磁盘 磁盘磁盘 磁盘磁盘主机主机 磁盘磁盘外围机外围机输出设备输出设备计算机操作系统521.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程2 2、脱机、脱机I/OI/O方式方式 引入引入引入引入I/OI/OI/OI/O机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。特点是减少了特点是减少了特点是减少了特点是减少了CPUCPUCPUCPU
43、的空闲时间且提高的空闲时间且提高的空闲时间且提高的空闲时间且提高I/OI/OI/OI/O速度。速度。速度。速度。计算机操作系统531.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程二、单道批处理系统（二、单道批处理系统（二、单道批处理系统（二、单道批处理系统（OSOSOSOS雏形）雏形）雏形）雏形）v处理过程（图处理过程（图处理过程（图处理过程（图1-41-41-41-4）监督程序（监督程序（监督程序（监督程序（monitormonitormonitormonitor）概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且概念：系统对作业的处理都是成批进
44、行的、且概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且内存中始终只保持内存中始终只保持内存中始终只保持内存中始终只保持一道一道一道一道作业，称为单道批处理作业，称为单道批处理作业，称为单道批处理作业，称为单道批处理系统（系统（系统（系统（simple batch processing systemsimple batch processing systemsimple batch processing systemsimple batch processing system）。）。）。）。批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用批处理系统的引入是为了提高系统资
45、源的利用批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用率和吞吐量率和吞吐量率和吞吐量率和吞吐量 概念：运行控制权概念：运行控制权概念：运行控制权概念：运行控制权v特征特征特征特征 自动性、顺序性、单道性自动性、顺序性、单道性自动性、顺序性、单道性自动性、顺序性、单道性计算机操作系统54卡片卡片IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机早期批处理系统早期批处理系统计算机操作系统55$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN$JOB,
46、10,429754 wang 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构FMS（FORTRAN Monitor System，FORTRAN监控系统）监控系统）计算机操作系统56典型的典型的典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构结构结构 典型的输入作业：典型的输入作业：一开始是张一开始是张$JOB$JOB卡片，它标识出所需的最大运行时间卡片，它标识出所需的最大运行时间(单位为单位为分钟分钟)、计费账号以及程序员的名字。、计费账号以及程序员的名字。接着是接着是$FORTRAN$FORTRAN卡片，通知操作系统从系统磁带上装入卡片，通知操作系统从系统磁带上装入FORTRAN
47、FORTRAN语言编译器。语言编译器。之后是待编译的源程序，之后是待编译的源程序，然后是然后是$LOAD$LOAD卡片，通知操作系统装入编译好的目标程序。卡片，通知操作系统装入编译好的目标程序。接着是接着是$RUN$RUN卡片，告诉操作系统运行该程序并使用后附的数据。卡片，告诉操作系统运行该程序并使用后附的数据。最后，最后，$END$END卡片标识作业结束。卡片标识作业结束。这些基本的控制卡片是现代作业控制语言和命令解释器的先驱。这些基本的控制卡片是现代作业控制语言和命令解释器的先驱。计算机操作系统57图图图图1 1 1 14 4 4 4还有下一还有下一个作业？个作业？把下一个作业把下一个作业
48、的源程序转换的源程序转换为目标程序为目标程序源程序源程序有错吗？有错吗？装配目标程序装配目标程序运行目标程序运行目标程序开始开始是是否否停止停止是是否否计算机操作系统581.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程单道批处理系统中单道批处理系统中单道批处理系统中单道批处理系统中CPUCPUCPUCPU和输入输出设备的运行是串和输入输出设备的运行是串和输入输出设备的运行是串和输入输出设备的运行是串行的，即程序在进行输入输出时，行的，即程序在进行输入输出时，行的，即程序在进行输入输出时，行的，即程序在进行输入输出时，CPUCPUCPUCP
49、U只能等待。只能等待。只能等待。只能等待。输入输出设备的运行速度相对输入输出设备的运行速度相对输入输出设备的运行速度相对输入输出设备的运行速度相对CPUCPUCPUCPU来说太慢，能不来说太慢，能不来说太慢，能不来说太慢，能不能让能让能让能让CPUCPUCPUCPU的运行和输入输出设备的运行重叠起来呢？的运行和输入输出设备的运行重叠起来呢？的运行和输入输出设备的运行重叠起来呢？的运行和输入输出设备的运行重叠起来呢？计算机操作系统59v1964 1964 年年IBM IBM 宣布推出宣布推出System/360System/360计算机系统计算机系统 第一个采用小规模集成电路的主流机型第一个采用
50、小规模集成电路的主流机型v试图一次性地解决上述问题试图一次性地解决上述问题v由于所有的计算机由于所有的计算机 都有相同的体系结都有相同的体系结 构和指令集构和指令集 在理论上，为一型在理论上，为一型 号编写的程序可以号编写的程序可以 在其他型号机器上在其他型号机器上 运行运行多道程序的多道程序的多道程序的多道程序的OS/360OS/360OS/360OS/360操作系统操作系统操作系统操作系统计算机操作系统IBM-360IBM-360 60计算机操作系统61计算机操作系统621.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程四、多道批处理系