操作系统-第一章——操作系统概述

1.存储程序式计算机

1.1.存储程序式计算机的结构和特点

结构：控制器、运算器、存储器、输入装置、输出装置。

特点：

• 逻辑判断能力和自动连续运算能力；
• 计算模型是过程计算模型，具有集中顺序过程控制的特点；

【控制部件根据程序对整个计算机的活动实行集中过程控制，并根据程序规定的顺序一次执行每一个操作】

• 计算是过程性的，故这种计算机是模拟人们的手工计算的产物；

1.2.计算机系统结构与操作系统的关系

　　早期单用户操作系统，只允许单一用户使用计算机，该用户独占计算机系统的各种资源，整个计算机系统为该用户的程序运行提供服务；

单处理机系统改造成逻辑上的多处理机系统，使之能进行并行处理；

需解决问题：

• 多个用户的算题任务共享计算机系统资源；
• 系统控制多个算题任务的共同执行；

新技术：

• 多道程序设计技术
• 分时技术
• 解决资源分配和调度、进程及进程间的相互作用等问题的技术

计算机系统结构为顺序计算模型

操作系统结构为并行计算模型

操作系统形式：

• 批量操作系统
• 分时操作系统
• 实时操作系统
• 单用户磁盘操作系统
• 计算机网络操作系统
• 分布式操作系统

与并行计算模型一致的计算机系统结构结构：

• 多指令流单数据流的流水线机
• 单指令流多数据流的阵列机
• 多指令流多数据流的多处理机

两种结构：

• 数据流结构—按照数据相关关系用数据来驱动操作的执行，获得最大的并行性；
• 分布式系统—实行分布式控制并进行并行处理；

2.操作系统的形成和发展

2.1.早期计算机

　　随着计算机运算速度的提升，手工操作的慢速度和计算机运算的高速度之间形成了一对矛盾，即人-机矛盾。为了解决这一矛盾，设法去掉人工干预，实现作业的自动过渡，出现了批处理技术。

2.2.批处理

批处理监督程序：负责作业建立和作业过渡的自动化。

a.联机批处理系统

监督程序调度作业自动地运行，但输入/输出是联机的；

b.脱机批处理系统

监督程序调度作业自动地运行，但输入/输出设备是脱机的；

【批处理系统是在解决人-机矛盾以及高速度的中央处理机和低速度的I/O设备这两对矛盾的过程中发展起来的，改善了CPU和外设的使用情况，从而使整个计算机系统的处理能力得以提升。】

c.执行系统

问题：系统的保护问题

通道：专用处理部件，控制一台或多台外设工作，负责外部设备与主存之间的信息传输；它可以和CPU并行操作，从而使CPU和外设也可以并行操作。

中断：主机接到外部硬件的信号，停止原来工作转去处理这一时间，处理完后主机又回到原来的工作点继续工作。

监督程序->执行程序：负责调度作业自动的运行，提供输入/输出的控制功能。

2.3.多道程序设计与多道成批系统

2.3.1.多道程序设计技术

多道程序设计技术：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插地运行。

多道程序运行特征：

• 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；
• 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；
• 微观上串行：内存中的多道程序轮流地或分时地占有处理机，交替执行；

2.3.2.多道成批系统

　　批处理系统系统中采用多道程序设计技术就形成了批量操作系统。

• 优点：系统的吞吐率高；
• 缺点：对用户的响应时间较长，用户不能及时了解自己程序的运行情况并加以控制；

2.4.分时系统

2.4.1.分时技术

分时技术：把处理机时间划分成很短的时间片轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配给他的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算，此时处理机让给另一个作业使用。

2.4.2.分时系统

　　采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务。

特点：

多路性、独占性、交互性、及时性

2.5.实时系统

　　用于生产过程的控制。对外部输入的信息，实时操作系统能够及时进行处理，并在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。

使用方式分类：

• 实时控制系统
• 实时信息处理系统

3.操作系统的基本概念

操作系统定义：将系统中的各种软、硬件资源有机地管理起来为用户服务，使计算机真正体现了系统的完整性和可利用性

4.操作系统的特性及其应解决的基本问题

5.分析和设计操作系统的几种观点