第4章 操作系统

我们毕业啦其实是答辩的标题地方TaiyuanUniversityofTechnology大学计算机基础计算机科学与技术学院

计算机基础教学部3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部2

计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机，无一例外都配置有一种或多种操作系统，操作系统在计算机中占据了特别重要的地位，而其他诸如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都将依赖于操作系统的支持，取得他的服务。

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部34.1操作系统概述4.2操作系统对不同资源的分工管理4.3

Windows操作系统本章总结第四章

操作系统基础

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部44.1操作系统概述3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部54.1操作系统概述4.1.1

操作系统的基本概念4.1.2

操作系统的形成与发展4.1.3

操作系统的基本类型4.1.4

操作系统的组成与特征4.1.5

典型操作系统简介3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部62．操作系统的定义4.1.1操作系统的基本概念1．操作系统是计算机硬件功能的扩展

计算机系统拥有丰富的硬件资源和软件资源。没有任何软件支持的计算机称为裸机，安装了操作系统的计算机通常称为虚拟机。

操作系统（OS，OperatingSystem）是管理和控制计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程并方便用户使用计算机的程序集合，是一种系统软件。操作系统的性能在很大程度上决定了整个计算机系统的性能。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部74.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段图4.3程序纸带图4.2作业的手工过渡

当时没有程序设计语言，更没有操作系统，程序员使用机器语言编程，用纸带或卡片输入机将程序和数据输入计算机。如图4.3所示为程序纸带。20世纪50年代中期以前，以电子管为主要元器件的第一代计算机，运算速度慢，计算机由主机、输入设备（如纸带输入机、卡片阅读机）、输出设备（如打印机）和控制台组成，如图4.2所示。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部84.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段

这工作方式的主要特点是，用户在上机时独占全部计算机资源，既是程序员，又是操作员，上机完全是手工操作，过程非常繁琐，要求用户熟悉计算机各部分细节，计算机资源利用率很低，工作效率也非常低，计算机使用不方便，且容易出错。

如表所示为手工操作时间与机器有效运行时的关系，可见“人-机矛盾”的严重性。机器速度手工操作时间程序处理所需时间手工操作时间与机器有效运行时间之比1000次/秒5分钟1小时1:126万次/秒5分钟1分钟5:1

为了解决“人-机矛盾”，必须摆脱手工操作，实现作业的自动过渡。人们编制了一个小的核心代码，它常驻主存，称为监督程序。这个监督程序就是操作系统的萌芽。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部9（1）早期批处理

监督程序实现了作业的成批处理，I/O工作由CPU直接控制，这样的系统称为（早期）联机批处理系统。

早期的联机批处理，同手工操作相比，计算机的使用效率提高了，但存在的问题是作业从输入机到磁带、由磁带调入主存、结果的输出打印都是由中央处理机直接控制。

例如：一台120行/分的打印机，打印一行需500ms，CPU速度为几百万次/秒，CPU在500ms可执行近百万条指令，即CPU控制打印一行，相当于少执行近百万条指令，影响了CPU的效率。为了克服这一缺点，在批处理系统中引入了脱机I/O技术，从而形成了脱机批处理系统。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部10（2）脱机批处理

脱机批处理系统由主机和卫星机组成，如图所示。主机负责计算，卫星机（功能较弱，价格较低）负责I/O工作。卫星机只与外设相连，不与主机直接连接，因而称为脱机批处理系统。（3）执行系统脱机批处理系统实现了作业的自动过渡，提高了系统的处理能力，但也存在着一些缺点。首先是磁带需要人工拆卸，极其不方便；其次是系统保护问题越来越突出。

20世纪60年代初期，硬件技术的发展出现了通道和中断，这两项重大成果导致操作系统进入执行系统阶段。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部114.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段2．操作系统的形成

早期的单道批处理系统运行的特征是单道顺序地处理作业，即用户作业仍然是一道作业一道作业的顺序处理，在批处理系统使用过程中发现，CPU和I/O的并行还是有限度的，并不能完全消除中央处理机对外部传输的等待。是否能实现CPU的计算与外部传输的并行操作还依赖于程序的运行特征。（1）多道程序设计技术3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部12

多道批处理系统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资源的需求差异得到的。

例如：有计算、检索和打印3个作业，单道运行时间分别为5分、15分和10分钟，它们可并行在15分钟内完成。各资源的利用效率如表所示。单道系统与多道系统的资源利用率对比

CPU磁带打印机单道17%50%33%多道33%100%66%

多道程序运行的特征有如下3点。①多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。②宏观上并行：

同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们都开始运行，但都未运行完毕。③微观上串行：

从微观上看，主存中的多道程序轮流或分时的占有处理机，交替执行。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部13（2）分时技术

随着主机速度的不断提高，使一台计算机同时为多个终端用户服务成为可能。操作系统采用了分时技术，使每个终端用户在自己的终端设备上以联机方式使用计算机，好像自己独占机器一样。

所谓分时技术，是把处理器的时间划分成很短的时间片（Timeslice，通常是几十毫秒）轮流地分配给各个用户程序使用，如果某个用户程序在分配的时间片用完之前还未完成计算，该程序就暂停执行，等待下一轮继续计算，此时处理机让给另一个用户程序使用。

这样，每个用户的要求都能得到快速响应，给每个用户的印象是独占一台计算机。采用分时技术的系统称为分时系统，分时系统的响应时间一般为秒级。

在多道程序设计技术和分时技术的支持下，出现了批处理系统和分时系统，在这两类系统中配置的操作系统分别称为批量操作系统和分时操作系统，这两类操作系统的出现标志着操作系统的形成。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部144.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段2．操作系统的形成3．操作系统的进一步发展

从20世纪80年代以来，操作系统得到了进一步发展，出现了功能更强、使用更为方便的各种不同类型的操作系统。

促使其进一步发展的原因，一是微电子技术、计算机技术、计算机体系结构的迅速发展；二是用户的需求不断提高。它们使操作系统沿着微内核、全方位等方向发展。

现代操作系统是指当前正广泛使用和流行的操作系统，包括具有图形用户界面、功能强大的个人计算机操作系统；吞吐量大、处理能力强的现代批处理操作系统；交互能力强、响应快的分时操作系统；具有实时响应、可预测分析能力的实时操作系统；具有网络资源共享、远程通信能力的网络操作系统；具有单一系统映像、分布处理能力的分布式操作系统等。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部154.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统

批处理操作系统分为单道批处理操作系统和多道批处理操作系统。所谓单道批处理就是将一批作业依次调入内存，串行处理，所以设备利用率低，工作效率不高。多道批处理一次调入多个作业，允许多个程序同时存在于内存之中，由处理器以切换的方式为之服务，所以设备利用率和工作效率都得到提高。如图所示。

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部164.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统

在多道批处理系统，用户无法干预自己程序的运行，缺乏参与感，于是分时系统应运而生。分时计算机系统，通常是一台主机连接若干台终端的计算机系统，允许多个用户在各自的终端上共同使用一台计算机，用户可在各自的终端上通过输入命令来控制计算机任务的执行，也可以从终端上了解计算机任务的执行情况。如图所示。

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部174.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统

实时操作系统是一种能在限定时间内对输入（外部事件）做出响应并进行快速处理的计算机操作系统。根据对响应时间限定的严格程度，实时操作系统可以分为硬实时操作系统和软实时操作系统。硬实时操作系统要求响应和处理事件的速度十分快，响应时间一般为ms级，甚至在us级，而且工作极其安全可靠，主要用于工业生产的过程控制、航空航天系统的跟踪和控制、武器的制导等。软实时操作系统主要用于对时限要求不像硬实时系统那么高的信息查询和事务处理等领域，响应时间一般在s级，如情报资料检索、订票系统、银行财务管理系统等。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部184.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统

网络操作系统是为计算机组网而配置的操作系统，网络操作系统有：NetWare、Unix、Linux、WindowsNTServer等。6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统

随着计算机应用的日益广泛，许多人都能拥有自己的个人计算机，在个人计算机上配置的操作系统称为个人计算机操作系统。

目前，在个人计算机有两种主流操作系统：一种是微软（Microsoft）公司提供的具有图形用户界面的视窗操作系统（Windows）；另一种是Unix系统和Linux系统。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部194.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统

分布式操作系统是指通过网络将大量计算机连接在一起，以获取极高的运算能力、广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为目的的一种操作系统。7．嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一管理的操作系统。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部204.1.4操作系统的组成与特征1．操作系统的组成

操作系统是以提高资源利用率，方便用户使用计算机为目的的一种系统软件。所以，将操作系统的功能分为处理器管理、内存器管理、设备管理、文件管理和用户接口等几个主要方面。

2．操作系统的特征

操作系统作为计算机系统资源的管理者，在管理大量资源时，面对各种数据、数据流、控制流时体现出了并发性、共享性、虚拟性及不确定性四个特征，这也是操作系统区别与其它软件的几个最基本的特征。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部214.1.5典型操作系统简介1．MS-DOS操作系统

MS-DOS是Microsoft磁盘操作系统（MicrosoftDiskOperatingSystem）的简称，被广泛地应用于PC机及其兼容机上。MS-DOS是80年代初微软公司为IBM（国际商业机器）公司生产的IBMPC个人计算机开发的一个磁盘操作系统，开始时称为PC-DOS。后来，随着IBMPC个人计算机及其兼容机的巨大成功，DOS操作系统也作为一个独立的软件产品向市场销售，并取名为MS-DOS。在一段时间内，MS-DOS成为个人计算机操作系统的代名词。2．Windows操作系统MicrosoftWindows是由微软公司为个人电脑和服务器用户设计开发的基于图形窗口界面、支持多道程序运行的多任务的操作系统，又称为视窗操作系统。3．Unix操作系统4．Linux操作系统3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部224.1.5典型操作系统简介1．MS-DOS操作系统2．Windows操作系统3．Unix操作系统Unix操作系统是20世纪60年代末由美国的电话电报公司贝尔实验室（BellTelephoneLaboratories）的计算机科学家K.Thompson和D.M.Ritchie等研制的。由于上述两位学者对Unix操作系统的卓越贡献，获得了1983年的图灵奖。4．Linux操作系统Linux操作系统是20世纪90年代由芬兰赫尔辛基大学计算机系的学生LinusTorvalds于1991年为自己的操作系统课程学习和上网使用编写完成的一个基于Unix的操作系统内核程序，它与Unix完全兼容。Linux是一个多用户、多任务的的类Unix操作系统。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部234.2操作系统对不同资源的分工管理3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部244.2操作系统对不同资源的分工管理4.2操作系统对不同资源的分工管理4.2.1处理机管理4.2.2存储管理

4.2.3设备管理

4.2.4文件管理

4.2.5用户接口

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部254.2.1处理机管理1．程序与进程（1）程序的顺序执行

在单道程序处理系统中，每次只有一个程序在运行，且运行时独占全部系统资源，它以顺序的方式执行。（2）程序的并发执行

为了提高处理器的利用率，操作系统一般都采用多道程序设计技术，让多个程序或程序段同时在系统中运行，当某个程序因为某种原因无法继续运行而需要等待时，就可以让处理器去运行另一个可运行的程序，也就是通常所说的多道程序并发执行。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部26（3）进程

由于程序是一个静态的概念，难以深刻反映并发程序的活动规律和状态变化，为此需要引进一个能够从变化的角度，动态的反映并发程序活动的新概念——进程（Process）。

进程是指程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的单位。顾名思义，进程就是执行中的程序，当一个程序加载到内存后就变为进程。（4）进程的基本状态及其转换

进程是动态的，它存在着生命周期。运行中的进程一般具有以下三种基本状态：就绪状态、运行状态、等待状态。进程的状态是随着自身的推进和外界条件的变化而变化的，如图所示，反映了进程状态之间的转换。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部27（5）进程与程序的区别和联系①进程是动态的，程序是静态的。程序是有序代码的集合，进程是程序的执行。②进程是暂时的，程序是永久的。进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。③进程具有并发特征，而程序没有。在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，执行速度是异步的。显然，程序不反映执行的过程，所以不具有并发特征。④进程与程序是密切相关的。通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可与多个程序相关，父进程可创建子进程，而程序并不能形成新的程序。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部284.2.1处理机管理1．程序与进程2．处理机管理的功能

在处理机管理中最核心的问题是CPU时间的分配，这涉及分配的策略和方法。

处理机管理的功能是：

①确定进程调度策略；

②给出进程调度算法；

③进行处理机的分派。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部294.2.2存储管理1．存储管理的功能2．存储管理方法3．虚拟存储器（1）存储分配和回收存储分配的基本任务是管理内存空间的分配与回收。（2）地址变换在多道程序环境下，程序的逻辑地址和在内存中的实际物理地址是不一致的，因此存储管理必须提供地址变换的功能，将逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址。（3）存储共享和保护在多道程序设计环境下，主存中可同时存放几道程序，各个程序使用各自不同的存储区域。因此，存储管理还要保护各存储区中的信息不被干扰和破坏。（4）存储扩充

计算机在实际的应用中，常常出现小内存无法满足大程序的要求，这就要想方设法扩充内存。可采用的技术一般有自动覆盖技术、交换技术和虚拟存储技术。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部304.2.2存储管理1．存储管理的功能2．存储管理方法（1）单一连续分配存储管理方式

采用这种管理方式时，内存被分为两个区域，分别是系统区域和用户区域，同一时刻只运行一道程序，应用程序和操作系统共享存储器，如图所示。

这种分配式的优点是方法简单，易于实现，但它仅适用于单道程序，因而不能使内存得到充分利用。（2）分区存储管理方式（3）离散分配方式3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部314.2.2存储管理1．存储管理的功能2．存储管理方法（1）单一连续分配存储管理方式（2）分区存储管理方式

分区存储管理的基本思想是将内存的用户区划分成若干个大小不等的区域，称为分区。每个进程占据一个或多个分区，从而实现多道程序设计环境下各并发进程对内存空间的共享。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部324.2.2存储管理1．存储管理的功能2．存储管理方法（1）单一连续分配存储管理方式（2）分区存储管理方式（3）离散分配方式

离散分配方式是将一个进程直接分配到许多互不相邻的分区中。

根据离散分配时所用的具体策略不同，离散分配方式分为：

分页式存储管理、分段式存储管理、段页式存储管理。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部334.2.2存储管理1．存储管理的功能2．存储管理方法3．虚拟存储器

为了解决内存的供需矛盾，实现主存空间的扩充，现代操作系统普遍采用虚拟存储技术。

虚拟存储技术包括以下内容：在程序装入时，只将当前需要执行的一部分放入内存，暂时不用的其余部分保留在外存；在程序执行过程中，如果需要访问的信息不在内存时，则由操作系统将相应的部分调入到内存，然后继续执行程序；另一方面，操作系统也将内存中暂时不使用的内容调出到外存上，从而腾出空间存放将要调入内存的信息。由于这种调入和调出完全是由操作系统自动完成的，从效果上看，支持虚拟存储技术的系统具有比实际内存容量大得多的内存空间，使得用户能在较小的内存中执行较大的用户程序，并且可在内存中容纳更多的程序并发地执行。

习惯上，人们把这种用户感觉上的、由实际内存和部分外存共同构成的存储空间称为虚拟存储器。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部344.2.3设备管理1.设备的分类2.设备管理的功能3.设备驱动程序4．即插即用（1）按照信息交换的单位不同，将设备分为以下两类：①块设备：指以数据块为单位来组织和传送数据信息的设备，如磁盘等。②字符设备：指以单个字符为单位来传送数据信息的设备，如打印机等。（2）按照数据的传输速率不同，将设备分为以下三类：①低速设备：指传输率在每秒几个字节至数百个字节的设备，如键盘和鼠标等。②中速设备：指传输率在每秒数千个字节至数十千个字节的设备，如打印机等。③高速设备：指传输率在每秒数百千个字节至数兆个字节的设备，如磁盘机等。（3）从操作系统资源管理的角度，将设备分为以下三类：①独占设备：一旦将它分配给某个进程，必须被进程独占使用直到被释放。多数低速设备都属于独占设备，如打印机、绘图仪等。②共享设备：允许多个进程同时访问，可以共享使用的设备，如磁盘、磁鼓等。③虚拟设备：将慢速独占设备模拟成可由多个进程共享的“虚”设备，以提高设备的利用率。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部354.2.3设备管理1.设备的分类2.设备管理的功能3.设备驱动程序4．即插即用设备管理通常都具有以下功能：（1）提供与进程I/O请求的接口。（2）进行设备分配。各个用户程序在其运行的开始阶段、中间或结束时都可能要进行输入或输出，因此需要请求使用外部设备。在一般情况下，外部设备的种类与台数是有限的，如何分配设备是十分重要的，设备分配方式有静态分配和动态分配两种。（3）实施设备的传输控制。设备的传输控制是设备管理要完成的主要工作，包括：①控制设备实现物理的I/Ｏ操作；②当设备完成本次I/Ｏ操作或操作出错时会产生设备中断信号，由设备中断处理程序进行中断处理。（4）提供缓冲技术，实施缓冲区管理。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部364.2.3设备管理1.设备的分类2.设备管理的功能3.设备驱动程序

设备驱动程序是操作系统管理和驱动设备的程序，系统给每类设备分别编制了一组处理程序来控制I/O传输，其中包括了所有与设备相关的代码。4．即插即用

所谓即插即用（PnP，PlugandPlay），就是指把设备连接到计算机上后无需手动配置就可以立即使用。这并不是说不需要安装设备驱动程序，而是意味着操作系统能自动检测到设备并自动安装驱动程序。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部374.2.4文件管理1．文件的概念（1）文件

文件是特指存放于外存储器中具有一定名称的一组相关数据的集合。计算机中的所有信息，诸如数字、符号、程序、图形、图像以及声音等，都是以文件的形式保存在外存储器上，使用时才装入内存的。

另外，为了便于管理，很多操作系统把计算机的一些常用外部设备也看作是文件，称之为设备文件，这样，既简化了系统设计又方便了用户。（2）文件的命名

为了方便了用户使用，每个文件都有一个自己的名字。

文件名通常由一串ASCII码或汉字构成。命名方式及相关规则因操作系统不同而不同。早期的DOS系统使用“8.3”命名规则，规定文件名由不超过8个字符的文件主名，外加“.”和不超过3个字符的扩展名构成。而许多文件系统，如Windows95及以上版本则支持多达255个字符的长文件名。有的操作系统是不区分大小写的，如Windows，而有的是区分大小写的，如Unix。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部38文件类型扩展名说

明可执行程序EXE、COM可执行程序文件源程序文件C、CPP、BAS、ASM程序设计语言的源程序文件目标文件OBJ源程序文件经编译后产生的目标文件批处理文件BAT将一批系统操作命令存储在一起，可供用户连续执行MSOffice文档DOC、XLS、PPTMSOffence中Word、Excel、PowerPoint创建的文档流媒体文件WMV、RM、QT能通过Internet播放的流式媒体文件压缩文件ZIP、RAR压缩文件网页文件HTM、ASP前者是静态的，后者是动态的图像文件BMP、JPG、GIF不同格式的图像文件音频文件WAV、MP3、MID不同格式的声音文件

文件扩展名及其意义3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部394.2.4文件管理1．文件的概念（1）文件（2）文件的命名（3）文件分类

为了方便、有效地组织和管理文件，通常按照某种观点对文件进行分类。

常用的文件分类方法有如下几种：

①按用途把文件划分为系统文件、库文件和用户文件。②按属性把文件划分为可执行文件、只读文件、可读/写文件和非保护文件。③按存储数据的形式把文件划分为源文件、目标文件和可执行文件。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部404.2.4文件管理1．文件的概念2．文件目录

文件目录是文件系统实现“按名存取”的主要手段和工具，文件目录中包含了每一个文件的说明信息、存取控制信息、逻辑和物理结构信息以及管理信息。（1）目录结构①一级目录结构3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部41（1）目录结构①一级目录结构②二级目录结构

由于所有文件都在一级目录下，不允许出现文件重名的情况，当文件数量较多时，查找目录项的效率较低。采用二级目录可解决文件重名的问题，并提高文件的检索效率。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部42（1）目录结构①一级目录结构②二级目录结构③多级目录结构

一个磁盘上的文件成千上万，为了更有效地管理和使用文件，用户通常在磁盘上创建文件夹（目录），在文件夹下再创建子文件夹（子目录），也就是将磁盘上所有文件组织成树状结构，然后将文件分门别类地存放在不同的文件夹中，如图所示。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部434.2.4文件管理1．文件的概念2．文件目录（1）目录结构（2）目录路径

因文件处于不同的目录中，所以访问时必须指明目录路径，以便文件系统可以查找到所需要的文件。目录路径有两种：绝对路径和相对路径。

绝对路径：从根目录开始，依序到指定文件的路径。

相对路径：从当前目录开始，依序到指定文件的路径。

例如：指定文件的描述符为“C:\Documents\Lihong\Myword.doc”，这是Windows中的一个绝对路径，C:表示根目录，Documents及Lihong是子目录，Myword.doc是文件名。如当前目录为Lihong，则Myword.doc文件的相对路径为..\...\Lihong\Myword.doc（用“..”表示上一级目录）3．文件系统的功能3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部444.2.4文件管理1．文件的概念2．文件目录3．文件系统的功能

大量的文件不能无组织地存放在外存储器上，必须用一定的方式来进行管理。文件管理系统，又称为文件系统，顾名思义，就是负责管理和操作文件信息的系统。

因此文件系统具有以下功能：

（1）完成文件存储空间的管理。在建立、删除文件时对文件存储空间进行分配及回收。（2）实现文件名到物理地址的映射。这对用户是透明的。（3）实现文件和目录的操作管理。文件的建立、打开、关闭、读、写、删除和目录的管理等基本操作是文件系统最基本的功能。（4）提供文件共享能力和安全保护措施。文件共享是指不同用户或进程同时使用一个文件。文件的安全性体现在文件的保护和保密两个方面。文件保护是指要防止有意或无意的误操作使文件受到破坏。文件保密是指未经文件拥有者许可，任何用户都不能访问该文件。（5）提供用户接口。

3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部454.2.5用户接口

从用户角度来看，操作系统是用户与计算机之间进行交互和通信的通路。操作系统为计算机硬件和用户之间提供的交流界面称为用户接口（或用户界面）。事实上，对大多数普通用户而言，一个计算机系统的可接受性在很大程度上取决于这个用户接口。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部464.2.5用户接口

为了使用户能够灵活方便地使用计算机资源，操作系统以程序接口和命令接口两种方式把它的服务和功能提供给用户，如图所示。1.

程序接口

程序接口是提供给编程人员使用的接口，由一组系统调用组成。2.命令接口

命令接口指用户利用操作系统提供的操作命令来实现人与计算机之间的信息交流。（1）命令行接口（CLI，CommandLineInterpreter）方式

典型的具有命令行工作界面的操作系统有DOS、Unix、NetWare等。如利用DOS命令完成对软盘的格式化操作可使用如下命令：C:\>formatA：（2）图形用户接口（GUI，GraphicalUserInterfaces）方式Windows系列操作系统就是具有图形工作界面的窗口操作系统。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部474.2.5用户接口1.程序接口2.命令接口3.用户接口的发展趋势

随着多媒体、多通道及智能化技术的发展，新一代用户界面--虚拟现实的界面正在研究和探索中。

在虚拟现实的界面中，人们可以用语音、手势、面部表情、视线跟踪等更加自然和方便的手段进行输入，计算机将输出一个真实感的仿真环境，例如立体视觉、听觉等。这样，使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到客观物理世界中所经历的身临其境的逼真性，而且能够突破空间、时间和其它客观限制，得到在真实世界中无法亲身经历的体验。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部484.3Windows操作系统3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部494.3

Windows操作系统4.3.1Windows的进程管理和内存管理4.3.2Windows的设备与磁盘管理4.3.3Windows的文件管理3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部504.3.1Windows的进程管理和内存管理1．进程管理

在Windows操作系统中，程序的运行是以若干进程的方式完成的，而进程的管理是通过“任务管理器”来完成的。借助“任务管理器”可以实现对“任务”和“进程”的管理，例如查看当前正在运行哪些程序和进程，并结束用普通方法无法结束的项目。

在Windows操作系统中运行“Windows任务管理器”常见的办法有三个：①使用快捷键“Ctrl+Shift+Esc”。②使用快捷键“Ctrl+Alt+Del”。③鼠标右键单击任务栏的空白区域，然后在弹出的快捷菜单中选“启动任务管理器”。

如图所示。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部514.3.1Windows的进程管理和内存管理1．进程管理2．物理内存和虚拟内存

要查看和配置Windows7中的虚拟内存，可以打开“控制面板”，选择“系统”，然后单击左侧任务窗格中的“高级系统设置”。在“系统属性”对话框中，单击“高级”选项卡，在“性能”区域单击“设置”按钮，在打开的“性能选项”对话框中，单击“高级”选项卡，并在“虚拟内存”区域单击“更改”。

如图显示了“虚拟内存”对话框。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部524.3.1Windows的进程管理和内存管理1．进程管理2．物理内存和虚拟内存3．Windows中CPU和内存的性能监视

如图所示，Windows任务管理器的“性能”选项卡允许快速查看CPU和内存的使用情况。

图中左侧的直方图报告的是当前的最新数据---CPU和内存的实时占用率。右侧的线条图则默认显示此刻以及过去几分钟的性能结果。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部534.3.2Windows的设备与磁盘管理1．硬件设备的安装与管理（1）添加新硬件设备

选择“开始|控制面板”命令，打开如图所示的“控制面板”窗口，再选择“硬件和声音”选项中的“添加设备”命令，用户可根据向导提示完成硬件设备安装，若安装的设备是一个即插即用设备，Windows会自动搜索驱动程序，自动安装。（2）硬件设备管理3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部544.3.2Windows的设备与磁盘管理1．硬件设备的安装与管理（1）添加新硬件设备（2）硬件设备管理

“设备管理器”是用户查看设备、管理设备和故障检修的有力工具。

启动“设备管理器”的方法：

方法1：在“计算机”窗口中选择“计算机|系统属性|设备管理器”命令。

方法2：右击“计算机”图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，之后选择“设备管理器”命令。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部554.3.2Windows的设备与磁盘管理1．硬件设备的安装与管理2．磁盘管理（1）磁盘清理

“磁盘清理”程序可以帮助清除不需要的文件，以便整理出更多的磁盘空间。（2）磁盘碎片整理

当保存文件时，字节数较大的文件常常被分段存放在磁盘的不同位置。较长时间执行文件的写入、删除等操作后，许多文件分段分布在磁盘的不同位置，自由空间也不连续，就形成了所谓的磁盘“碎片”。碎片的增加，直接影响了大文件的存取速度。

对磁盘的碎片进行整理，将分散的碎片整理为物理上连续的文件，优化磁盘的结构，明显提高磁盘读写的效率。（3）磁盘检查

磁盘检查程序可以诊断硬盘或U盘的错误，查找磁盘上的物理错误，即坏扇区，并将坏扇区中的数据移动到别的位置。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部564.3.2Windows的设备与磁盘管理1．硬件设备的安装与管理2．磁盘管理

在“计算机”或“资源管理器”的窗口中，要了解某磁盘分区的有关信息，可右击目标分区，在其快捷菜单中选择“属性”命令，在出现的磁盘分区属性窗口中选择“常规”选项卡，如图所示，可以了解磁盘的卷标（可在此修改卷标）、类型、采用的文件系统以及该分区空间使用情况等信息。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部574.3.3Windows的文件管理

计算机中的所有资源都是以文件的形式组织存放的。Windows以文件夹的形式组织、管理文件。Windows的文件管理就是负责文件存储空间的组织、分配、文件的存取、文件的保护及文件查找等。用户只与文件名打交道，直接地对文件“按名存取”，所有具体细节的实现过程均由文件系统完成。1．文件及文件夹（1）文件及文件夹的命名Windows的文件及文件夹的命名格式兼容MS-DOS的“8.3”形式的短文件名格式。主要命名约定如下：①主名和扩展名加起来最多可有255个字符。②不区分英文字母大小写。例如：FILE1.DAT和file1.dat表示同一文件。③不能出现以下字符：\/:*?”<>|。④查找和显示时可以使用通配符“？”和“*”。“？”代表任意一个字符，“*”代表任意一个字符串。⑤可以使用多分隔符的名字。例如，myreport.sales.totalplan.1996。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部584.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹（1）文件及文件夹的命名（2）文件及文件夹的说明信息Windows文件常用的说明信息有：文件名称、文件类型、文件物理位置、文件的大小及占用空间、文件时间（创建时间、最近修改时间、最近访问时间等）、文件属性（将文件标注为只读文件或隐藏文件）等。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部594.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹2．文件和文件夹的管理

文件夹不仅用来存放、组织和管理具有某种关系的文件和文件夹，还用来管理和组织计算机的资源。例如“计算机”是一个代表用户计算机资源的文件夹；“设备和打印机”文件夹是用来管理和组织打印机等设备的。

对软件资源的管理主要体现在管理存放在计算机硬盘上大量的文件和存放这些文件的文件夹。在Windows7中实现文件管理是通过“计算机”和“资源管理器”来完成的。（1）计算机

单击“开始”按钮，在弹出的“开始菜单”中选择“计算机”命令，或双击桌面上“计算机”图标，可以打开“计算机”窗口。用户使用“计算机”可以显示整个计算机的文件及文件夹等信息，并可以完成启动应用程序，打开、查找、复制、删除文件，文件更名、创建新的文件夹等操作。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部604.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹2．文件和文件夹的管理（1）计算机（2）资源管理器

“资源管理器”是Windows7操作系统提供的资源管理工具，可以通过资源管理器查看和管理计算机上的所有资源。资源管理器按照“收藏夹”、“库”、“计算机”、“网络”来分类管理计算机资源。“收藏夹”可以快速地访问用户最近常用的文件夹，“库”将用户常用的文件按照视频、图片、文档、音乐分类保存管理，“计算机”将按照硬盘的逻辑盘进行资源管理，“网络”则是按照局域网上的共享资源进行管理。

打开“资源管理器”的方法如下：

方法1：右击“开始”按钮，在弹出的快捷菜单中选择“打开Windows资源管理器”命令。

方法2：选择“开始|所有程序|附件|资源管理器”命令，即可打开“Windows资源管理器”窗口。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部613/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部62组成部件功

能导航按钮单击“后退”按钮可返回前一操作位置，“前进”相对于“后退”而言地址栏显示当前文件或文件夹所在目录的完整路径；使用地址栏可以导航至不同的文件夹或库，或返回上一文件夹或库，也可以直接输入网址来访问因特网上的站点菜单栏列出了与文件和文件夹操作的有关命令，一般是隐藏的。同样的功能大多可以通过“组织”和“更改您的视图”按钮来使用。工具栏快速地执行一些常见任务，如更改文件和文件夹的显示方式、将文件刻录到光盘中等；需要注意的是，单击系统文件夹、用户文件夹和文件，工具栏显示的按钮会有不同搜索框在搜索框中输入文件名或文件中包含的关键字时，即时搜索程序便立即开始搜索满足条件的文件，并高亮显示结果导航窗格显示整个计算机资源的文件夹树形结构，使用导航窗格可以快速地访问库、文件夹、保存的搜索结果；使用导航窗格中的“收藏夹”，可以快速地访问最近常用的文件夹内容窗格显示当前文件夹中的内容预览窗格可查看大多数文件的内容。例如，如果选择电子邮件、文本文件或图片，则无须在程序中打开即可查看其内容。细节窗格当选中文件时，会显示其文件属性，包括创建日期、修改日期、文件大小等资源管理器窗口部件的使用方法3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部634.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹2．文件和文件夹的管理3．文件及文件夹的操作

一个文件中所存储的可能是数据，也可能是程序代码，不同类型的文件通常都会有不同的应用和操作。在Windows中，最基本的操作是选定对象，只有在选定对象后，才可以对它们执行进一步的操作。例如，要删除文件，必须先选定所要删除的文件，然后按Del键。

另外，在Windows的快捷菜单中存放了有关文件及文件夹的大多数操作，用户只需要在文件或文件夹上单击右键打开相应的快捷菜单就可以进行操作。3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部644.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹2．文件和文件夹的管理3．文件及文件夹的操作（1）选定文件和文件夹（2）新建文件和文件夹（3）文件或文件夹的打开（4）文件或文件夹的更名（5）文件或文件夹的移动（6）文件或文件夹的复制（7）文件或文件夹的删除（8）被删除的文件或文件夹的恢复（9）文件或文件夹的查找（10）文件或文件夹快捷方式的创建（11）文件或文件夹属性的查看与设置3/3/2024太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部654.3.3Windows的文件管理1．文件及文件夹2．文件和文件夹的管理3．文件及文件夹的操作4．程序文件的管理和操作

利用Windows多任务的能力，用户可以同时运行多个程序。（1）安装应用程序

①自动执行安装。目前大多数软件安装光盘中附有Autorun功能，将安装光盘放入光驱就自动启动安装程序，用户根据安装程序的导引就可以完成安装任务。

②运行安装文件。打开安装文件所在的目录，双击安装程序的可执行文件即可。通常情况下，其文件名为“setup.exe”或“安装程序名.exe”。

（2）更改或删除应用程序

一般情况下，删除应用程序不能简单的使用打开程序所在文件夹直接删除的方式，因为一方面有些DLL文件（动态链接库）安装在Windows目录中，不可能完全删除，另一方面