操作系统-系统概述.ppt

我买了电脑啦！,先安装一个系统 装什么系统？当然是操作系统！不装会有什么结果？1.不能上网！2.不能聊天！3.不能玩游戏！4.一堆废铁，废铁一堆!,操作系统你的感觉,是计算机最基本的软件没有它，其它的软件不能安装！在计算机系统中占有核心地位操作系统坏了，系统就瘫痪了！是操作计算机系统的界面用户使用计算机的唯一渠道！系统很庞大安装步骤多、费时间！,本课程要解答的问题,究竟什么是操作系统？操作系统具有哪些功能？,学习本课程注意事项,以课堂教学为主，辅之以部分实验。为了更好理解和掌握，课程内容的顺序安排与教材不完全一致。做好课堂笔记，便于课后复习。要认真完成课后作业，加深理解。,成绩考核和计分方式,期末考试采用开卷考试方式。总成绩合成方式：课堂考勤10%，作业成绩20%，期末考试70%。课堂缺勤达20课时，取消考试资格，本门课程按0分处理。作业要按时提交，未按时提交，则按作业成绩的60%记分。,参考教材,1.计算机操作系统教程 清华大学出版社 周爱武、汪海威。2.操作系统第2版 电子工业出版社 孟庆昌、牛欣源,现代计算机系统的构成,无操作系统时代的计算机,纸带输入机,卡片输入机,行式打印机,控制台,主机,早期计算机的使用步骤,打开所需要的外部设备；将穿孔的程序纸带安装到纸带输入机，将数据卡片放到卡片输入机；按照二进制格式，在控制台上拨出程序区变量区、数据区起始地址等按启动开关，加载程序；在控制台上设置程序运行首地址，按执行开关运行程序；关闭各种外部设备，下机。,早期计算机的特点,CPU速度慢、内存小、外设数量少单个用户独占全部资源,不管使用与否操作费时费力，用户之间交接时间长 设备接口标准不一，使用极不方便,没有操作系统导致的问题,人工操作太耗时，导致计算机闲置时间过多，效率不高。个人独占所有设备，造成部分系统资源闲置浪费。使用的复杂性，阻碍了计算机的普及应用,课后准备,在互联网上查找并阅读有关对“操作系统”概念的介绍，结合本次课程的内容，加深对操作系统种类、作用、重要性了解（不要在习题簿上做）。各人准备好习题本。,需要“操作系统”的理由,希望主机的闲置时间尽量减少。希望系统资源被大家同时共享。希望使用简便，能被普通人掌握。,思考题 1,你经营着只有一架飞机的航空公司，负责把乘客从A运往B,每批可运送100个乘客，往返飞行时间为50分钟。假如从飞机到达后开始办理安检手续，每位乘客花费1分钟，则每次安检须要100分钟，则完成一次运输任务需要150分钟。想一想可以采用什么办法来提高运转效率？解决方案：提前办好多个批次的安检手续，飞机到达后立刻登机。这样完成一次运输任务只需要50分钟！条件：增加候机区，由专人办理安检手续，提前进入候机区等待。,单道批处理操作系统,为了提高计算机的利用率，人们借鉴上面的思想，研发了单道批处理操作系统。在硬件设备上增加了一个大容量的辅助存储器（磁鼓）作为输入缓冲区，提前把程序和数据输入到辅助存储器中，做好作业运行前的准备，大大减少了由于等待作业转换而造成设备闲置的浪费。,具备单道批处理系统的计算机结构图,纸带输入机1,卡片输入机1,行式打印机1,控制台,主机,纸带输入机2,卡片输入机2,行式打印机2,作业1,作业N,作业的概念,用计算机读入全班期末考试的成绩，计算各科的平均成绩，绘出成绩分布图。这个任务可分为如下步骤：加载计算平均成绩的程序加载成绩数据计算平均成绩加载图表绘制程序计算并输出成绩分布图该任务包括两段程序和一组数据，要求计算机一次性完成上述工作。,作业的定义,用户向计算机系统提交并要求一次完成的数据处理任务。,作业说明书,由于作业在整个执行过程中是封闭的。没有交互功能，为了使作业能顺利完成，需要事先编写一个说明书，对作业的事务流程、所需资源（计算时间、外设类型及数量）等进行说明。作业说明书与程序及数据一同提交给系统，系统将参照作业说明书的要求来分配资源和运行作业。,单道批处理操作系统工作方式,各用户将自己的作业说明书及作业交给系统操作员；系统操作员将若干个作业说明书及作业提前输入到系统的辅助存储器中；系统通过“作业管理程序”，按顺序逐个加载作业到内存，完成计算工作；当计算机系统处理当前作业时，系统操作员可以把新的作业输入到辅助存储器中，做好准备工作。,单道批处理操作系统工作特点,多个作业提前提交给系统，由系统自动循序加载执行。作业与作业之间转换时间大大缩短，提高了系统的使用效率。作业运行是封闭的，外界不能干预。一个作业运行时独占全部系统资源。,优点和不足,优点：单道批处理操作系统，通过提前做好下一批作业的准备工作的方式，解决了人工上、下机操作耗时费力，导致系统停机等待的问题，大大提高了机器的使用效率。不足：没能解决资源独占而造成的浪费。,思考题 2,你经营着一个小游乐园，有三个游乐设备：木马，秋千、滑梯，生意很火爆，有很多小朋友排队。每个人进去后，顺序在每个设备上玩一次，收费1元。如果每个人从进去到出来用时3分钟，则每3分钟可以收入1元。想一想如何改进运营模式，使得收益增加？,解决方案,每次进入若干个小朋友，只要一有设备空闲，就安排一个小朋友上去玩，如果有人结束项目出来，则立刻补充另外的小朋友进入，保持每个设备始终有人玩，这样平均每3分钟可赚取3元钱。指导思想：别让设备闲置，提高设备运转率。,前提条件,游乐场内的面积要扩大，能同时容纳多个小朋友进入。每个设备都要具备自动运转功能，只要管理员把小朋友安置好后，设备就能自己运行。,多道批处理操作系统,多道批处理操作系统采用上述思想，同时对计算机硬件提出了更高地要求:加大内存容量，以同时容纳多个作业外部设备要具备自动处理能力，在进行输入输出时不占用CPU，也就是能够脱机工作。否则即便有多个作业同时进入内存，也无法实现同时运行。,工 作 方 式,一次加载若干个作业进入内存。每个作业在内存中的位置（包括程序区、变量区、数据区等），不是由用户指定的，而是由系统根据情况进行分配；当一个作业需要进行脱机输入输出时，系统根据其它作业对资源的需求和当前资源情况，选择并执行另一个作业；当有作业结束时，系统可根据具体情况，补充加载其它的作业进入内存。,特 点,允许多个作业同时存在于内存中，提高了内存的利用率。当一个作业进行脱机I/O工作而暂时不需要CPU时，可以让另外一个作业使用，实现了I/O设备与CPU并行工作，提高了的系统的效率。（见P13 图2-1)作业运行过程是封闭的，外界无法干预。,上次课程内容回顾,作业的概念单道批处理系统多道批处理系统,多道批处理方式是否还在使用？,天气预报、地震预测、环境预测、弹道模拟等计算任务，往往需要计算几天甚至几十天，中间不需要人为干预。所以现代高性能计算机配置的操作系统，还保留着多道批处理的功能。作业说明书一般是脚本形式，注明作业名称、需要CPU数量和时间、任务的迫切程度等，供调度程序参考。,批处理操作系统的不足之处,批处理操作系统，在一定程度上提高了系统设备的利用率。但是用户程序运行是封闭的，用户不能及时了解到运行过程中发生的情况，无法在程序运行期间与系统进行及时交流，过程不透明，不方便。实际上很多问题的求解过程，需要不断地获取反馈信息，在加以研判的基础上，作出下一步决定，这就是所谓的信息交互。在计算机处理能力越来越强的时候，人们自然而然地希望，能够实时参与到计算机解决问题的过程中。增加计算机系统的多用户交互能力，就被提上了议事日程,信息交互工具终端,“终端设备”，用于把命令或其他信息发送给计算机系统，并从计算机系统接受反馈信息。最初的终端设备是电传机，它包括键盘和字符打印机。发送的信息和接收到的反馈信息都实时地打印出来。它具备了基本的交互能力，但是太浪费纸张。后来将CRT显示器技术引进来，代替了字符打印机，键盘和显示器组合，就形成了现在计算机终端。,分时操作系统(Time-sharing Operating System),具有分时操作系统的计算机结构图,工作方式车轮大战,有的棋类大师，可以与十几个乃至几十个人同时对弈，称之为车轮大战。他的做法是，先在第一个棋盘前下一步棋，接着到第二个棋盘下一步棋，再到第三个,如此循环往复。假如这个大师行走和出招速度都极快，与他对弈的人根本不需要等待，那么每个人都会感到大师是在与自己一个人对弈。,分时操作系统的思想,把用户们看成需要轮流服务的客户圈，让CPU为某个用户服务一小段时间，（一般是若干毫秒），称为一个时间片，然后再为下一个用户服务一个时间片，如此循环往复，这种方法被称为“时间片轮转法”。由于人们用终端设备进行信息交互的速度相对较慢，而计算机处理信息的速度很快，CPU为每个用户轮流服务一遍的循环周期很短，所以人们察觉不到等待时间，感觉计算机就在为自己一个人服务。,分时操作系统特点,交互性多路性及时性独立性,实时操作系统（Real Time Operating System）,实时操作系统顾名思义，是指操作系统能够对发生的事件请求做出快速响应和处理，不能等待。实时操作系统事件请求信号大多采用“中断”方式发送给系统。很多实时操作系统是嵌入在控制装置中，主要用于重要的过程控制，如冶炼、化工、生物、原子能领域，如对温度、压力的实时监测和控制 典型的有 QNX、RTLinux、LynxOS,实时操作系统的特点,高及时性高可靠性,网络操作系统（Network Operating System）,网络操作系统是将多台计算机或外部设备用通信线路连接起来，以达到数据传输和资源共享的目的。网络中的计算机都是装配有操作系统的，甚至是不同的操作系统。网络操作系统各种协议的支持下，把网络中的各种资源连通在一起，提供统一的界面、方便的接口，协调各种任务处理，完成信息通讯，资源共享等管理事务。,网络操作系统的基本功能,网络通讯网络资源管理资源共享提供网络服务WWW、E-Mail、FTP等提供网络接口方便用户使用网络,网络服务器,现在的网络操作系统通常是安装在被称之为“网络服务器”的计算机上，这些服务器是网络系统的核心节点，起到管理网络的作用。Windows、Unix、Linux都有网络版的操作系统。Windows系列的有 Windows NT、Windows 2000 Server、Windows 2003。,各种操作系统的特点,单道批处理操作系统提高了处理机的使用率；多道批处理操作系统提高了内存、处理机、外设的使用率；分时操作系统实现了多用户环境下的人机交互功能；实时操作系统实现了对事件的及时响应处理；网络操作系统实现了不同计算机系统的资源共用,操作系统的定义,操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效组织程序运行、提供用户与计算机接口的系统软件。,课后作业,根据你自己的理解，认为应该怎样表述操作系统的定义，它应具备那些主要功能？单道批处理操作系统采用什么方式提高系统效率？需要什么条件？多道批处理操作系统采用什么方式提高系统效率？需要什么条件？分时操作系统是基于什么方法实现的，它有什么特点？,复习操作系统的定义,操作系统是管理计算机资源、组织程序运行、提供用户接口的系统软件。,各类操作系统特性回顾,单道批处理：单路性、独占性、自动性、封闭性多道批处理：多路性、共享性、自动性、封闭性分时系统：多路性、交互性、独立性、及时性实时系统：高及时性、高可靠性网络系统：自治性、分散性、互联性、统一性,操作系统应具备的主要功能,1、处理机管理2、内存管理3、设备管理4、文件管理,Windows 的相关工具,任务管理器作业和进程管理系统-高级-性能内存管理系统-硬件-设备管理设备管理资源管理器文件管理,2、单道批处理操作系统采用什么方式提高系统效率？需要什么条件？,方式：单道批处理操作系统将一批作业提前存入辅助存储器，由计算机自动顺序加载到内存执行，大大减少了作业之间的转换时间，从而提高系统效率。条件：实现单道批处理操作系统需要配置大容量辅助存储器，用于把作业提前存入，做好运行前的准备。,3、多道批处理操作系统采用什么方式提高系统效率？需要什么条件？,方式：多道批处理操作系统同时把多作业加载到内存，当一个作业进行脱机输入输出工作时，可以选择其它的作业执行，实现CPU与外部设备的并行工作，从而提高系统效率。条件：1、外部设备应当具备脱机处理能力。2、扩大内存容量，使其可同时容纳多个作业。,4、分时操作系统是基于什么方法实现的，它有什么特点？,分时操作系统是基于“时间片轮转”方法实现的，即：把用户们当作需要轮流服务的客户圈，让CPU为一个用户服务一个时间片，然后再为下一个用户服务一个时间片，如此循环往复。分时操作系统具有交互性、多路性、独立性、及时性的特点。,