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1、1WindowsWindows操作系统原理与应用操作系统原理与应用2第一章第一章 操作系统概述操作系统概述一、计算机系统概述一、计算机系统概述二、操作系统的基本概念二、操作系统的基本概念三、操作系统的主要功能三、操作系统的主要功能四、操作系统的发展历史四、操作系统的发展历史五、五、Windows操作系统的发展历程操作系统的发展历程3一、计算机系统概述一、计算机系统概述计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机硬件是根据电、磁、计算机硬件是根据电、磁、光、机械等原理构成的各种光、机械等原理构成的各种物理设备的有机组合，是系物理设备的有机组合，是系统赖以工作的实体。统赖以工作的实体。 软件是计
2、算机系统中程序和软件是计算机系统中程序和有关文件的集合。程序是计有关文件的集合。程序是计算任务的处理对象和处理规算任务的处理对象和处理规则的描述；文件是开发、使则的描述；文件是开发、使用和维护程序所需的资料数用和维护程序所需的资料数据。据。 4计算机软件计算机软件系统软件系统软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用，与具体的应用领域无关。一般都通过系统软件发挥作用，与具体的应用领域无关。 操作系统是最重要的系统软件。操作系统是最重要的系统软件。支撑软件支撑软件：支援其他软件的编制和维护的软件，主要包括环：支援其他软件
3、的编制和维护的软件，主要包括环境数据库、各种接口软件和工具软件。境数据库、各种接口软件和工具软件。计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员应用软件应用软件：特定应用领：特定应用领域专用的软件。域专用的软件。 5二、操作系统的基本概念二、操作系统的基本概念1. 操作系统的定义操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合：序模块的集合：它们能它们能有效有效地组织和管理计算机的软硬件资源，地组织和管理计算机的软硬件资源，合理合理地组织地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各
4、种服务计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、功能，使得用户能够灵活、方便方便、有效地使用计算机，使整、有效地使用计算机，使整个计算机系统能高效的运行。个计算机系统能高效的运行。6有效有效：系统效率系统效率 （如（如CPUCPU用的充足与否）用的充足与否） 资源利用率资源利用率（如内存，外部设备是否忙碌）（如内存，外部设备是否忙碌）合理合理：公平与否，如果不公平则会产生公平与否，如果不公平则会产生“死锁死锁”或或“饥饿饥饿”方便方便：针对应用程序程序员和用户针对应用程序程序员和用户1. 操作系统的定义操作系统的定义7 2. 操作系统的地位操作系统的地位计算机
5、硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员操作系统在硬件基础上的第一层软件操作系统在硬件基础上的第一层软件, 是其它软件和是其它软件和硬件的接口硬件的接口83. 操作系统的特征操作系统的特征并发性：并发性：在计算机系统中同时存在多个程序，从宏观上看这些程在计算机系统中同时存在多个程序，从宏观上看这些程序是同时在执行的。序是同时在执行的。从微观上讲，在单从微观上讲，在单CPUCPU环境下，任何时刻只有一个程序环境下，任何时刻只有一个程序在执行，这些并行执行的程序在在执行，这些并行执行的程序在CPUCPU上轮流执行。上轮流执行。9共享性共享性操作系统与多个用户的程序共同使用计
6、算机上的资源操作系统与多个用户的程序共同使用计算机上的资源3. 操作系统的特征操作系统的特征随机性随机性操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应行响应 考虑周密、设计适当考虑周密、设计适当10 系统命令（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户系统命令（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口接口GUIGUI）；）； 系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）。用）。OS是用户使用系统硬件、软件的接口是用户使用系统硬件、软件的接口 在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针在裸机上添
7、加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对对内存和外存）、处理机管理（针对CPUCPU）；）； 另外，为合理组织工作流程：作业管理、进程管理。另外，为合理组织工作流程：作业管理、进程管理。11OSOS是计算机硬件、软件资源的管理者是计算机硬件、软件资源的管理者 管理对象包括：管理对象包括：CPUCPU、存储器、外部设备、信息（数据、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；和软件）； 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权
8、限）。用户权限）。12三、操作系统的主要功能三、操作系统的主要功能处理机管理处理机管理存储管理存储管理文件管理文件管理设备管理设备管理作业管理作业管理传统的操作系统教科书对操作系统功传统的操作系统教科书对操作系统功能的描述能的描述13处理机管理处理机管理此处的此处的处理机处理机就是通常所说的就是通常所说的处理器处理器或或CPU。CPU是计算机系统中最宝贵的硬件资源，操作系统最重要是计算机系统中最宝贵的硬件资源，操作系统最重要的服务就是提高的服务就是提高CPU的利用率。的利用率。为了提高为了提高CPU的利用率的利用率 ，现代操作系统大都采用多道程序，现代操作系统大都采用多道程序技术。如果一个程序
9、因等待某一条件而不能运行下去时，技术。如果一个程序因等待某一条件而不能运行下去时，就把处理器占用权转交给另一个可运行程序。或者，当出就把处理器占用权转交给另一个可运行程序。或者，当出现了一个比当前运行的程序更重要的可运行的程序时，后现了一个比当前运行的程序更重要的可运行的程序时，后者应能抢占者应能抢占CPU。为了描述多道程序的并发执行，引入了。为了描述多道程序的并发执行，引入了进程进程的概念。所以处理机管理通常也称为的概念。所以处理机管理通常也称为进程管理进程管理。通过进程管理协调多道程序之间的关系，解决对处理器分通过进程管理协调多道程序之间的关系，解决对处理器分配调度策略、分配实施和回收等问
10、题，以使配调度策略、分配实施和回收等问题，以使CPU资源得到资源得到最充分的利用。最充分的利用。14存储管理存储管理存储管理主要管理内存资源。存储管理主要管理内存资源。当多个程序共享有限的内存资源时，会有一些问题需要解当多个程序共享有限的内存资源时，会有一些问题需要解决，例如，如何为它们分配内存空间，同时，使用户存放决，例如，如何为它们分配内存空间，同时，使用户存放在内存中的程序和数据彼此隔离、互不侵扰，又能保证在在内存中的程序和数据彼此隔离、互不侵扰，又能保证在一定条件下共享等等问题，都是存储管理的范围。一定条件下共享等等问题，都是存储管理的范围。当内存不够用时，存储管理必须解决内存的扩充问
11、题，即当内存不够用时，存储管理必须解决内存的扩充问题，即将内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际将内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的虚拟存储器。内存大得多的虚拟存储器。存储管理功能与硬件存储器的组织结构密切相关。存储管理功能与硬件存储器的组织结构密切相关。 15文件管理文件管理系统中的信息资源（如程序和数据）是以文件的形式系统中的信息资源（如程序和数据）是以文件的形式存放在外存储器（如磁盘、光盘和磁带）上的，需要存放在外存储器（如磁盘、光盘和磁带）上的，需要时再把它们装入内存。时再把它们装入内存。文件管理的任务是有效地支持文件的存储、检索和修文件管理的任务是
12、有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题，以使改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题，以使用户方便、安全地访问文件。用户方便、安全地访问文件。操作系统一般都提供功能很强的文件系统。操作系统一般都提供功能很强的文件系统。 16设备管理设备管理设备管理是指对计算机系统中的所有输入、输出设备管理是指对计算机系统中的所有输入、输出设备（外部设备）的管理。设备（外部设备）的管理。 设备管理的主要任务是根据一定的分配策略，把设备管理的主要任务是根据一定的分配策略，把输入输出设备分配给请求输入输出操作的进程，输入输出设备分配给请求输入输出操作的进程，并负责启动设备完成实际的输
13、入输出操作。并负责启动设备完成实际的输入输出操作。为了发挥设备和处理器的并行工作能力，设备管为了发挥设备和处理器的并行工作能力，设备管理广泛采用虚拟技术和缓冲技术。理广泛采用虚拟技术和缓冲技术。 17作业管理作业管理即用户接口。即用户接口。作业管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环作业管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环境，使用户能有效地组织自己的工作流程，并使整个境，使用户能有效地组织自己的工作流程，并使整个系统能高效地运行。系统能高效地运行。 18四、操作系统的发展历史四、操作系统的发展历史操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展
14、的摩尔定律在操作系统领域不成立摩尔定律在操作系统领域不成立操作系统发展的目标：充分利用硬件资源操作系统发展的目标：充分利用硬件资源操作系统历史划分为操作系统历史划分为4 4个阶段个阶段19第第1 1阶段：电子管时代阶段：电子管时代(1946(1946年年-1955-1955年年) )没有程序设计语言（包括汇编没有程序设计语言（包括汇编语言），更谈不上操作系统语言），更谈不上操作系统程序员提前预约一段时间程序员提前预约一段时间, ,然后然后到机房将他的插件板插到计算到机房将他的插件板插到计算机里机里期盼着在接下来的时间中几万期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断，从而可以个真空管不会烧断，从
15、而可以计算自己的题目计算自己的题目ENIAC计算机运算速度：运算速度：10001000次次/ /每秒每秒, , 数万个真空管数万个真空管, , 占地占地100100平方米平方米205050年代早期出现了穿孔卡片年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧但计算过程则依然如旧第第1 1阶段：电子管时代阶段：电子管时代(1946(1946年年-1955-1955年年) )21每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码工作量大，难度高，易出错，需要大量人力和物力工作量大，难度高，易出错，需要大量人力和物力第第1
16、1阶段：电子管时代阶段：电子管时代(1946(1946年年-1955-1955年年) )工作效率非常低工作效率非常低225050年代晶体管发明年代晶体管发明计算机比较可靠，可成批地生产，用户可指望计算机长时间计算机比较可靠，可成批地生产，用户可指望计算机长时间运行，完成一些工作运行，完成一些工作程序设计语言诞生：程序设计语言诞生：FORTRAN 1954FORTRAN 1954年提出，年提出，19561956年设计完成年设计完成ALGOL 1958ALGOL 1958年引入年引入COBOL 1959COBOL 1959年引入年引入程序员、操作员和维护人员之间有了明确的分工程序员、操作员和维护人员之间有了明确的分工第第2 2阶段阶段 晶体管时代（晶体管时代（19551955年年-1965-1965年）年）23要运行一个作业，先将程序写在纸上（用高级语言或汇编要运行一个作业，先将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言）语言）然后穿孔成卡片，再将卡片盒交给操作员然后穿孔成卡片，再将卡片盒交给操作员操作员负责将程序输入的计算机中，并运行操作员负责将程序输入的计算机中，并运行运算结果从打印机上输出运
