1、第一講 os概念及其目標(biāo),教學(xué)要求,目的與要求 了解操作系統(tǒng)概念 操作系統(tǒng)目標(biāo)和作用 重點(diǎn)與難點(diǎn) 操作系統(tǒng)概念 作業(yè) P33 第2題,什么是操作系統(tǒng)? 操作系統(tǒng)：是軟硬資源的控制中心,它以盡量合理有效的方法組織多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享計(jì)算機(jī)的各種資源并提供使用接口。 操作系統(tǒng)的目的：方便用戶,提高資源利用率 操作系統(tǒng)所在層次：硬件操作系統(tǒng)應(yīng)用 操作系統(tǒng)面面觀：操作系統(tǒng)作為特殊子程序；操作系統(tǒng)作為資源管理者；操作系統(tǒng)組織用戶（進(jìn)程）使用計(jì)算機(jī) *,命令解釋器,編譯器,數(shù)據(jù)庫(kù)管理器,數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用,編輯器,操作系統(tǒng)內(nèi)核,硬件層,C庫(kù)/數(shù)學(xué)庫(kù)/圖形庫(kù)/窗口庫(kù)等,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)成,狹義操作系統(tǒng)包含：核心態(tài)運(yùn)

2、行程序、用戶態(tài)運(yùn)行的命令解釋器、系統(tǒng)調(diào)用庫(kù) 廣義操作系統(tǒng)包含：除上述外，許多提供系統(tǒng)常用功能的實(shí)用程序、庫(kù)程序。,系統(tǒng)調(diào)用庫(kù),處理機(jī),主存,ROM,總線橋,外設(shè),總線,總線,硬件層：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,操作系統(tǒng)及其他軟件在哪里？ 放在磁盤(pán)上，要運(yùn)行的時(shí)候放到內(nèi)存里。,1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用,1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo) 1有效性 操作系統(tǒng)的有效性可包含如下兩方面的含意： (1)提高系統(tǒng)資源利用率 (2) 提高系統(tǒng)的吞吐量,(1) 提高系統(tǒng)資源利用率。在未配置OS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，諸如CPU、I/O設(shè)備等各種資源，都會(huì)因它們經(jīng)常處于空閑狀態(tài)而得不到充分利用；內(nèi)存及外存中所存放的數(shù)據(jù)太少或者無(wú)序而浪費(fèi)

3、了大量的存儲(chǔ)空間。配置了OS之后，可使CPU和I/O設(shè)備由于能保持忙碌狀態(tài)而得到有效的利用，且可使內(nèi)存和外存中存放的數(shù)據(jù)因有序而節(jié)省了存儲(chǔ)空間。 (2) 提高系統(tǒng)的吞吐量。操作系統(tǒng)還可以通過(guò)合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，而進(jìn)一步改善資源的利用率，加速程序的運(yùn)行，縮短程序的運(yùn)行周期，從而提高系統(tǒng)的吞吐量。,2方便性 配置OS后可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用。 一個(gè)未配置OS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng): 用戶用機(jī)器語(yǔ)言寫(xiě)程序,在計(jì)算機(jī)硬件上運(yùn)行程序； 在計(jì)算機(jī)硬件上配置了OS: 用戶便可通過(guò)OS所提供的各種命令來(lái)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。比如，用編譯命令可方便地把用戶用高級(jí)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的程序翻譯成機(jī)器代碼。,3可擴(kuò)充性 隨著VLSI

4、技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)也隨之得到迅速發(fā)展，相應(yīng)地，它們也對(duì)OS提出了更高的功能和性能要求。 多處理機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是Internet的發(fā)展，又對(duì)OS提出了一系列更新的要求。 因此，OS必須具有很好的可擴(kuò)充性，方能適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件、體系結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用發(fā)展的要求。這就是說(shuō)，現(xiàn)代OS應(yīng)采用新的OS結(jié)構(gòu)，如微內(nèi)核結(jié)構(gòu)和客戶服務(wù)器模式，以便于方便地增加新的功能和模塊，并能修改老的功能和模塊。,4開(kāi)放性 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為使來(lái)自不同廠家的計(jì)算機(jī)和設(shè)備能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加以集成化，并能正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可移植性和互操作性，要求操作系統(tǒng)必須提供統(tǒng)一的開(kāi)放環(huán)境，進(jìn)而要求OS具有開(kāi)

5、放性。 開(kāi)放性是指系統(tǒng)能遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。凡遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所開(kāi)發(fā)的硬件和軟件，均能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互連。開(kāi)放性已成為20世紀(jì)90年代以后計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)核心問(wèn)題，也是一個(gè)新推出的系統(tǒng)或軟件能否被廣泛應(yīng)用的至關(guān)重要的因素。,1.1.2操作系統(tǒng)的作用 1OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口 圖1-1是OS作為接口的示意圖。由圖可看出，用戶可通過(guò)以下三種方式使用計(jì)算機(jī)。,圖1-1OS作為接口的示意圖,(1) 命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命令接口，以允許用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入有關(guān)命令來(lái)取得操作系統(tǒng)的服務(wù)，并控制用戶程序的運(yùn)行。 (2) 系統(tǒng)調(diào)用方式。O

6、S提供了一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)的通信，并取得它的服務(wù)。 (3) 圖形、窗口方式。這是當(dāng)前使用最為方便、最為廣泛的接口，它允許用戶通過(guò)屏幕上的窗口和圖標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)的通信，并取得它的服務(wù)。,2OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源：硬件和軟件資源。 資源分為四類(lèi)：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備以及信息(數(shù)據(jù)和程序)。 OS的主要功能： 處理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(jī)； 存儲(chǔ)器管理，主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收； I/O設(shè)備管理，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱； 文件管理，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù),3OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象,圖1-2I/

7、O軟件隱藏了I/O操作實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié),通常把覆蓋了I/O軟件的機(jī)器稱(chēng)為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。由該層軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的第一個(gè)層次的抽象。,在第一層軟件上再覆蓋上一層用于文件的管理軟件，用戶所看到的是一臺(tái)功能更強(qiáng)、使用更方便的虛機(jī)器。該層軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源操作的第二個(gè)層次的抽象。 在文件管理軟件上再覆蓋一層面向用戶的窗口軟件后，用戶便可在窗口環(huán)境下方便地使用計(jì)算機(jī)，形成一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)器。,1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?1不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率 在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，形成了能自動(dòng)地對(duì)一批作業(yè)進(jìn)行處理的多道批處理系統(tǒng)。 在20世紀(jì)60和70年代，又分別出現(xiàn)了能有效提高I/O設(shè)備和CP

8、U利用率的SPOOLing系統(tǒng)和改善存儲(chǔ)器系統(tǒng)利用率的虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)， 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在服務(wù)器上配置了允許所有網(wǎng)絡(luò)用戶訪問(wèn)的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。,2方便用戶 當(dāng)資源利用率不高的問(wèn)題得到基本解決后，用戶在上機(jī)、調(diào)試程序時(shí)的不方便性 隨之便形成了允許進(jìn)行人機(jī)交互的分時(shí)系統(tǒng)，或稱(chēng)為多用戶系統(tǒng)。 在20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)了受到用戶廣泛歡迎的圖形用戶界面，極大地方便了用戶使用計(jì)算機(jī)，使中小學(xué)生都能很快地學(xué)會(huì)上機(jī)操作，這無(wú)疑會(huì)更加推動(dòng)計(jì)算機(jī)的迅速普及。,3器件的不斷更新?lián)Q代 計(jì)算機(jī)器件，特別是微機(jī)芯片的不斷發(fā)展更新，推動(dòng)了OS的功能和性能也迅速增強(qiáng)和提高。 微機(jī)芯片由8位發(fā)展到16位、32位，到64位時(shí)

9、 微機(jī)OS也就由8位到16位和32位，進(jìn)而又發(fā)展到64位 外部設(shè)備也在迅速發(fā)展：磁盤(pán) 大型機(jī)，中、小型機(jī)，微型機(jī)；20G，40G，320G，,4計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，也不斷推動(dòng)著OS的發(fā)展并產(chǎn)生新的操作系統(tǒng)類(lèi)型。 單處理機(jī)系統(tǒng)-單處理機(jī)OS 多處理機(jī)系統(tǒng)-多處理機(jī)OS 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后-網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（管理網(wǎng)絡(luò)中的共享資源，向用戶提供了許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）,第一臺(tái)PC的誕生,Ed Roberts，美國(guó)人，在美國(guó)空軍服役 夢(mèng)想做一名兒科醫(yī)生 退役后創(chuàng)辦了MITS，經(jīng)營(yíng)計(jì)算器 德州儀器的競(jìng)爭(zhēng)，瀕臨破產(chǎn) 開(kāi)發(fā)其他產(chǎn)品，尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn) 自制無(wú)線電收音機(jī)？ 一種很便宜的，讓個(gè)人使用的電

10、腦？,第一臺(tái)PC的誕生,1974年末期 7萬(wàn)美元的貸款，全新的投資計(jì)劃 產(chǎn)品：一套零件，可以自己裝配 沒(méi)有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、磁盤(pán) 沒(méi)有軟件，需要用開(kāi)關(guān)手動(dòng)輸入,第一臺(tái)PC的誕生,售價(jià)：不到500美元 12K內(nèi)存：3000美元 全部裝配完畢：495美元 預(yù)計(jì)：第一年賣(mài)出800套 結(jié)果：每天收到超過(guò)200張訂單 用戶甚至住在荒漠上等待出貨,第一臺(tái)PC的誕生,命名：牽牛星8800（Altair 8800） 1975年被Popular Electronics雜志封面報(bào)導(dǎo) 這一期雜志引出兩個(gè)重要的PC愛(ài)好者 Paul Allen ：全球富豪排行第四 Bill Gates：全球富豪排行第一 Ed Roberts后來(lái)如何？ 放棄IT業(yè)