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一、操作系统的概念

1.计算机系统

一个完整的计算机系统，都由两大部分组成：计算机硬件和计算机软件。

计算机硬件和计算机软件在计算机系统中是相辅相成、缺一不可的，它们共同组成了计算机系统。

 1.1计算机硬件

    计算机硬件是指构成计算机系统所必须配置的各种设备，它是组成计算机系统的物质基础。计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。

1.2计算机软件

    计算机软件是指由计算机硬件执行以完成一定任务的程序及其数据。

2.什么是操作系统

操作系统属于软件中的系统软件，是紧挨着硬件的第一层软件，是对硬件功能的首次扩充；其他软件则是建立在操作系统之上的，通过操作系统对硬件功能进行扩充，并在操作系统的统一管理和支持下运行各种软件。

操作系统定义如下：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以及方便用户使用的程序的集合。

3.操作系统的目标

① 方便性

② 有效性

③可扩充性

④ 开放性

二、操作系统的形成与发展

1.推动操作系统发展的动力

其主要动力可以归结为以下4个方面：

（1）不断提高计算机资源利用率的需要

（2）方便用户操作

（3）硬件的不断更新换代

（4）计算机体系结构的不断发展

2. 操作系统的形成

2.1 无操作系统

无操作系统的计算机系统，其资源管理和控制由人工负责，它采用两种方式：人工操作方式和脱机输入输出方式。

（1）人工操作方式

这种人工操作方式的特点是：

·用户独占全机。一台计算机的全部资源只能由一个用户独占。

·CPU等待人工操作。

（2）脱机输入输出方式

为了解决CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，50年代末出现了脱机输入输出技术。简单地说，脱机输入输出方式是指程序和数据的输入输出是在外围机的控制下，而不是在主机的控制下完成的。

脱机输入输出技术减少了计算机主机的空闲等待时间，提高了I/O设备的处理速度。此外，如果输入输出是在主机的控制下完成的，则称为联机输入输出。

2.2 批处理系统

批处理系统主要采用了批处理技术。批处理技术是计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。批处理系统有单道批处理系统和多道批处理系统两种形式。

（1）单道批处理系统

由于系统对作业的处理都是成批地进行的，且在内存中始终只保持一道作业，故称单道批处理系统。

单道程序运行的工作情况如下图所示：

单道批处理系统的特点是：

·自动性。磁盘（带）上的一批作业能自动地逐个执行，无需人工干预。

·顺序性。磁盘（带）上的作业是顺序地进入内存的，先调入内存的作业先完成。

·单道性。内存中仅有一个程序运行。

（2）多道批处理系统

多道程序设计技术是指同时把多个作业放入内存并允许它们交替执行，共享系统中的各类资源，当某个程序因某种原因而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。

四道程序运行的工作情况如下图所示：

多道批处理系统的特点是：

·多道性。在内存中可以同时驻留多道程序，并允许它们并发执行，从而有效地提高了资源的利用率和系统的吞吐量。

·无序性。多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的先后顺序没有严格的对应关系，即先进入内存的作业不一定先完成，后进入内存的作业不一定最后完成。

·调度性。作业从提交给系统开始直至完成，需要经过两次调度：一是作业调度，二是进程调度。

2.3 分时系统

2.4 实时系统

实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

3.操作系统的进一步发展

3.1 微机操作系统

微机操作系统可分为单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统。

3.2 多处理器操作系统

    在多处理器系统上配置的操作系统称为多处理器操作系统。

3.3 网络操作系统

3.4 分布式操作系统

    所谓分布式处理系统是指由多个分散的处理单元经网络连接而形成的系统。在分布式系统上配置的操作系统称为分布式操作系统。

3.5 嵌入式操作系统

    嵌入式操作系统就是运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种装置进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。

三、操作系统的特征与功能

1.操作系统的特征

1.1 并发性

1.2 共享性

（1）互斥共享

（2）同时共享

1.3 虚拟性

1.4 异步性

2.操作系统的功能

 操作系统的主要功能相应地就有处理器管理、存储器管理、设备管理和文件管理。

2.1 处理器管理

    处理器管理的主要功能包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度。

2.2 存储器管理

    存储器可分为内存和外存两类，存储器管理主要是指对内存的管理。

    存储器管理的主要功能有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。

2.3 设备管理

  设备管理是对除了CPU和内存以外的所有计算机硬件资源的管理。

  设备管理的主要功能有缓冲管理、设备分配、设备处理、设备独立性和虚拟设备。

2.4 文件管理

    文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，方便用户使用，并保证文件的安全性。

    文件管理的主要功能有文件存储空间管理、目录管理、文件读/写管理和存取控制。

2.5 用户接口

    为了方便用户使用操作系统，操作系统又向用户提供了“用户与操作系统的接口”。现代操作系统除了向用户提供命令接口和程序接口外，还提供图形接口。

（1）命令接口

  ① 联机命令接口

  ② 脱机命令接口

（2）程序接口

  ① 系统调用的概念

  ② 系统调用的实现

（3）图形接口

四、流行操作系统简介

1.DOS操作系统

    DOS是英文Disk Operation System的简称，中文为磁盘操作系统。

    DOS是一种单用户单任务的磁盘操作系统，它向用户提供的的用户界面是命令行界面，用户用字符命令方式操作。DOS实现的主要功能包括命令处理、文件管理、设备管理，后来又增加了存储器管理。

    DOS的主要优点是体积短小，运行效率高。DOS的主要缺点是缺少对数据库、网络通信、多媒体的支持，操作不方便等。

2.UNIX操作系统

    UNIX操作系统1969年在贝尔实验室诞生，最初运行在中小型计算机上。它是一个由C语言编写的、多用户多任务操作系统。

3.Linux操作系统

    Linux是一套免费使用和自由传播的类似UNIX的操作系统，这个系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。    

4.Windows操作系统

    Windows操作系统是当前个人计算机中应用最广泛、影响力最深远的一种操作系统。从1983年美国微软公司宣布Windows的诞生到现在，Windows操作系统经历了二十多年的发展历程，先后推出了若干个版本。

    Windows采用了GUI图形化操作模式，比起从前的指令操作系统如DOS更为人性化。Windows操作系统是目前世界上使用最广泛的操作系统。    

操作系统之系统概述

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