2010年自考数据库及其应用重点知识讲解.ppt

第1章 操作系统引论,1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计,1.1 操作系统的概念,1.1.1 操作系统的地位和作用,1.操作系统的地位 一个完整的计算机系统由两大部分组成：计算机硬件和计算机软件。硬件部分是指计算机物理装置本身，主要包括中央处理机（运算器和控制器）、存储器、输入/输出设备等。由硬件组成的计算机称为裸机（Bare Machine），裸机只能执行机器代码语言，一般人无法使用。 软件部分是指由计算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及数据，主要包括系统软件和应用软件两大类。操作系统是一个最基本也是最重要的系统软件，它是对硬件功能的首次扩充，所有其它的软件如汇编程序，编译程序等系统软件以及大量的应用软件都建立在操作系统的基础上，并得到它的支持和服务。,1.操作系统的地位,2.操作系统的作用 （1）操作系统作为计算机资源的管理者。 在一个计算机系统中，通常含有各种硬件和软件资源，相应地，操作系统的主要功能也正是针对这些资源进行有效的管理，即：处理机管理，用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分配与回收；I/O设备的管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。,2.操作系统的作用 （2）操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口。 用户通过操作系统来使用计算机系统，可通过以下三种方式使用计算机。 命令方式 程序方式 图形方式,2.操作系统的作用 （3）操作系统作为扩充机器（Extended Machine）。 通常把覆盖了软件的机器称为虚拟机（Virtual Machine）或扩充机器，它是对裸机的抽象和功能的扩充。,1.1.2 操作系统定义 根据前面关于操作系统的地位和作用的描述，可以给操作系统一个非常形式化的定义如下： 操作系统是计算机系统中的一个系统软件（位于硬件层之上，所有其它软件层之下），能够有效控制和管理计算机硬件和软件资源。合理组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合。,1.2 操作系统发展过程 操作系统的形成迄今已近50年的历史，经历了从无到有，从功能简单到功能完善的演变过程，并且还处于进一步发展之中。下面分别加以叙述。 1.2.1 手工操作方式 早期计算机上没有配置操作系统，人们采用手工操作方式使用计算机硬件系统，即由操作员将纸带（卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机），然后启动输入机将程序和数据送入计算机，接着通过控制台开关启动程序运行，当程序运行完毕，用户取走计算结果，让下一个用户上机。这种操作方式具有用户独占计算机资源和CPU等待人工操作的特点。,1.2.1 手工操作方式 随着CPU速度的提高，手工操作的低速与CPU运算的高速之间产生了矛盾，即所谓的人机矛盾。 例如：CPU运行1万次/秒，某程序运行时间为60分钟，手工操作需3分钟，则手工操作时间与程序运行时间的比为3:60=1:20；若CPU速度提高60万次/秒，则该程序运行时间为1分钟，手工操作方式仍为3分钟，则手工操作时间与程序运行时间的比为3:1，所以人机矛盾日趋严重。此外，CPU与I/O设备之间速度不匹配矛盾也日益突出。,1.2.2 脱机输入/输出技术 为了解决手工操作所产生的人机矛盾以及CPU与I/O设备之间速度不匹配矛盾，20世纪50年代末出现了脱机输入/输出技术。 该技术是预先将用户程序和数据在一台外围机的控制下，从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速输入内存（此即脱机输入技术）；当CPU需要输出时，可由CPU直接高速把数据送至磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的数据由相应的低速输出设备输出（此即脱机输出技术）。 若在主机的直接控制下进行输入/输出的方式称为联机输入/输出。,1.2.2 脱机输入/输出技术 脱机I/O的优点： 在脱机I/O方式下，由外围机而不是主机的CPU等待手工操作，从而减少主机CPU的空闲时间，缓和人机矛盾；另外，CPU直接通过高速磁带进行输入/输出，这极大提高I/O速度，从而较好缓和了CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾。,1.2.3 批处理系统 1.单道批处理系统（Simple Batch Processing System） 批处理技术是指在系统中配置一个监督程序（Monitor），并在该监督程序的控制下，能够对一批作业自动进行处理的一种技术。,1.2.3 批处理系统 1.单道批处理系统（Simple Batch Processing System）,1.2.3 批处理系统 1.单道批处理系统（Simple Batch Processing System） 单道批处理系统的主要特征如下： （1）自动性。磁带上的一批作业能自动地、逐个地依次运行，无须人工干预。 （2）顺序性。作业完成的顺序与它们进入内存的顺序以及作业在磁带上的顺序一致。 （3）单道性。内存中仅能存放一道作业。,1.2.3 批处理系统 2.多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System） 尽管批处理系统提高了系统的效率，但它是单道顺序地处理作业，效率仍不很高，如图1.3所示。在图1.3种给出了单道程序运行时的CPU空闲情况，t2至t3这段时间用户程序在进行I/O操作，CPU是空闲的，为了改善CPU的利用率和设备的利用率而引入多道程序。 所谓多道是指在内存中同时存放几道作业，使它们轮流交替在处理机上运行。当正在执行的作业因I/O请求而暂停执行时，系统可立即调度另一道作业运行。多道程序设计技术可显著提高内存、CPU与I/O设备的利用率，增加系统的吞吐量（单位时间内完成的总工作量）。如图1.4所示的多道程序运行情况。,1.2.3 批处理系统 2.多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System）,1.2.3 批处理系统 2.多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System）,1.2.3 批处理系统 2.多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System） 多道批处理系统的主要特征如下： （1）多道性。内存中可以存放多个作业。 （2）调度性。通过作业调度，从外存选取若干作业装入内存。进程调度在内存的多个作业中为某作业分配CPU。 （3）无序性。作业调度次序与作业在外存中次序无关，作业完成的次序与作业进入内存的次序也无关。,1.2.4 分时系统 1.分时系统的工作原理 分时系统（Time Sharing System）模型为一台高性能的主机（快速CPU与大容量的RAM）连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。系统设置一个运行时间片，轮流让每个用户程序运行一