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(一)操作系统-概述

Published: at 18:13:33

操作系统的组成

计算机系统由硬件和软件两部分组成

层次结构关系

软硬件及软件各部分之间,是一种层次结构的关系,硬件与软件是互相依赖、互相促进的。

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层次结构说明

计算机的硬件组织

冯·诺伊曼结构

冯·诺伊曼结构结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开的概念,因此依本结构设计出的计算机又称存储程序计算机。

存储程序式计算机

什么是操作系统

概念

操作系统是一个大型的程序系统,负责计算机的全部软、硬资源的分配、调度工作,控制和协调并发活动,实现信息的存取和保护;

提供用户接口,使用户获得良好的工作环境,操作系统使整个计算机系统实现了高效率、高度自动化、高利用率和高可靠性。

发展阶段

  1. 第一代计算机:手工操作阶段(无操作系统)

    特点:主要元件是电子管,运算速度较慢,由主机(运控部件、主存)、输入设备(如纸带输入机、卡片阅读机)、输出设备(如打印机)和控制台组成

    缺点:人机矛盾的严重性(操作时间与运行时间的比例)

  2. 第二代计算机:批处理(早期)、执行系统

  3. 第三代计算机:操作系统形成—批处理操作系统、分时操作系统

  4. 第四代计算机:个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统

手工操作阶段

第一代计算机,主要元件是电子管,运算速度较慢,由主机(运控部件、主存)、输入设备(如纸带输入机、卡片阅读机)、输出设备(如打印机)和控制台组成;

这种情况下,用户一个挨一个地轮流使用计算机,每个用户的使用过程大致如下:

缺点:人机矛盾的严重性(操作时间与运行时间的比例)

早期的批处理系统

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多道程序设计

概念

把一个以上的作业存放在主存中,并且同时处于运行状态,这些作业共享处理器时间和外部设备等其他资源。

根本目的:提高CPU的利用率,充分发挥并行性

多道程序运行的特征:

多道:即计算机主存中同时存放几道相互独立的程序; 宏观上并行:它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕; 微观上串行:轮流或分时地占有处理机,交替执行。

多道程序工作示例

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操作系统的功能

用户和计算机之间的接口

计算机系统资源的管理者

操作系统的特性

并行性:指能处理多个并发活动的能力;

共享性:指多个计算任务对资源的共同享用(多个用户共享一个程序的同一副本,而不是分别向每个用户提供一个副本);

虚拟性:虚拟设备的引入提高了设备资源的利用率

异步性:多个进程并发执行、走走停停

操作系统的类型

分时技术

分时系统

特征

主要目的

实时系统

“实时”,对发生的外部事件做出及时的响应并对其进行处理,在严格规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作。

包括实时过程控制和实时信息处理两种系统。

追求的目标:对外部请求在严格的时间范围内做出反应,具有高可靠性。

实时操作系统应具有:实时时钟管理、过载保护、高可靠性和安全性。

网络操作系统

除了应具有通常操作系统应具有的:处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理

还应具有以下两大功能:

  1. 提供高效、可靠的网络通信能力
  2. 提供多种网络服务功能 (通信接口中断处理程序、通信控制程序以及各层网络协议软件)

在网络操作系统中,用户知道多台计算机的存在,能登录到一台远程机器上并将文件从一台机器拷贝到另一台机器上,每台计算机都运行自己本地的操作系统,有自己的本地用户;

分布式操作系统

分布式操作系统在用户看来就像一个传统的单处理器系统,尽管它实际上由多个处理器组成。分布式系统中,用户不会感知到他们的程序在哪个处理器上运行,或者他们的文件存放在哪里,所有这些都是由操作系统自行高效地完成。

多处理操作系统

优点:

多处理器系统的两种模式:

  1. 对称多处理系统SMP:由两个或两个以上的处理器共享主存、I/O设备,这些处理器用总线或者其他内部连接模式相连接。
  2. 非对称多处理模式AM:主从模式,主处理器只有一个,配置操作系统,从处理器可有多个。

对称式多机系统

系统中有多个处理器,所有的处理器处于同等地位;

系统中所有处理器共享主存储器,没有自己私用的主存储器。

主从式多机系统

只有主处理器可运行操作系统、接收设备中断,进行I/O操作,执行内核代码;而从处理器仅可执行用户程序。

缺点:

查看更多操作系统系列

(一)操作系统-概述

(二)操作系统-运行环境

(三)操作系统-进程管理

(四)操作系统-多线程

(五)操作系统-进程间的交互

(六)操作系统-处理器调度及死锁

(七)操作系统-主存储器管理

(八)操作系统-虚拟存储管理

(九)操作系统-设备管理

(十)操作系统-文件系统