计算机科学导论模块4：操作系统w

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1、北京理工大学计算机科学技术学院2007模块4计算机操作系统2本模块学习内容计算机系统的组成操作系统的形成与发展主流操作系统文件路径用户界面3计算机系统的组成计算机系统的组成：硬件资源、软件资源。计算机系统可划分为四个层次：硬件、操作系统、实用程序和应用程序，如图4.1所示。4实用程序：各种语言编译程序、文本编辑程序、调试程序、连接装配程序。应用程序应用程序实用程序操作系统硬件图4.1计算机系统的组成5单向调用关系这四层的关系表现为一种单向调用关系，即外层的软件必须以事先约定的方式调用内层软件或硬件

2、提供的服务。通常把这种约定称为界面或接口(interface)。6操作系统的定义是裸机上的第一层软件。由一系列的程序模块组成。裸机：一台完全无软件的计算机系统。通过执行机器指令来实现计算和I/O功能的，很难使用。是为了建立用户与计算机之间的接口而为裸机配置的一种系统软件(用户的角度)。7是一种资源管理程序(计算机系统设计者的角度)。它依据一定的策略对计算机的软硬资源进行分配、管理和调度，合理地组织计算机的工作流程，从而提高系统资源的利用效率。8操作系统设计目标早期操作系统的设计目标方便性：向用户提

3、供方便、简单的使用计算机的环境。有效性：就是使计算机系统能高效地工作，提高系统资源的利用率。9操作系统的形成与发展顺序处理(手工操作阶段)简单的批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统10手工操作阶段计算机没有配置OS由程序员直接使用计算机硬件系统，将程序和数据送入计算机内存。按动启动按钮，计算机开始计算。11手工操作阶段存在的问题人工负责计算机的调度用户使用计算机时，首先向机房负责人说明，由机房负责人为他安排上机时间，并预先登记在一张纸上。其中包括各用户几点上机、大约使用计算机多长时间等。人工负

4、责作业编排顺序用户自己安排上机所需的各种程序、数据以及上机的步骤。12手工操作阶段存在的缺点一个用户独占全机资源CPU等待人工操作，浪费大量的人力和机器的时间，系统利用率很低。13简单的批处理系统(BATCHPROCESSSYSTEM)使用一个监控程序软件用户：不再直接与计算机打交道，而是将自己的作业(卡片叠或纸带)交给机房的操作员。操作员：将多个作业按序成批地放在一个输入设备上。14监控程序自动启动输入设备将一个个作业读入到磁带上，再将一个个作业顺序装入内存，并控制作业的运行处理。从而实现了各作

5、业之间的自动转接，提高了系统效率。15图4.2输入作业的结构16简单批处理的二种控制方式早期的联机批处理早期的脱机批处理17早期的联机批处理作业的输入、计算和输出是在CPU直接控制下进行的。缺点：主机的速度在输入/输出过程中，降低为慢速外设的水平。大大降低了CPU的利用效率。为此，引入早期的脱机批处理方式。18系统带应用带输出带输入带卫星机（外围机）打印机主机卡片输入机图4.3早期的脱机批处理19早期脱机批处理的特点外围机（小型卫星机）代替主机完成作业的输入/输出工作。脱机输入技术：在外围机的控制

6、下，预先把作业从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要时，再直接从磁带机高速输入到内存，减少了CPU等待输入的时间。20早期脱机批处理的特点脱机输出技术CPU需要输出时，高速地把结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出。主机与慢速外设可以并行工作21多道批处理系统指在内存同时放若干道程序，使它们在系统中交叉运行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。特点：多道、宏观上并行（不同的作业分别在CPU和外设上执行）、微观上串行（在

7、单CPU上交叉运行）。22CPU主存通道I/O设备图4.4多道程序设计的结构模型[例]假设一个计算机系统有256k主存(不包含操作系统)，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业分别被命名为JOB1、JOB2、JOB3。各作业运行时间分别为5分钟、15分钟和10分钟。它们对资源的具体使用情况如表4.1所示：23作业编号JOB1JOB2JOB3作业类型计算型I/O型I/O型占用主存50k100k80k需磁盘情况NONOYes需终端情况NOYesNO需打印机情况NONOYes运行所需时间5分钟15分钟

8、10分钟作业1主要使用CPU；作业2主要使用终端（键盘和显示器）；作业3主要使用磁盘和打印机。作业2和作业3需要较少CPU时间。表4.1三个作业对资源的使用情况24简单批处理时：作业按顺序执行。作业1运行5分钟完成，作业2等待5分钟后再用15分钟完成，作业3等待20分钟后开始执行，30分钟后三个作业全部完成。多道批处理时：三个作业同时装入主存并运行。由于它们运行中几乎不同时使用同类资源，这三个作业在15分钟内将全部完成。整个系统处理效率明显提高。5分钟15分钟10分钟5分钟10分钟