大学基础与计算机 5

第三章

计算机操作系统基础人

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献目录操作系统概述操作系统的基本功能Windows11使用基础本章小结0403020101操作系统概述

3.1.1操作系统的定义和作用操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一种系统软件，是一组控制和管理计算机硬件和软件资源的程序集合，在计算机体系架构中处于承上启下的枢纽地位，是硬件与软件之间的桥梁。

操作系统的作用向上为各类应用软件提供统一的服务接口和运行环境，成为软件生态的基石；向下直接操控硬件资源，将复杂的物理设备抽象为可被调用的逻辑资源，使上层软件无须关注硬件细节即可高效运行；同时通过权限控制、安全机制保障系统的稳定性和安全性。3.1.1操作系统的定义和作用

对用户的价值通过图形界面、命令行等交互方式隐藏硬件细节，构建安全易用的计算环境，让复杂的计算机硬件变得易于理解和操作，提升计算机的使用效率，为用户提供安全、稳定的工作环境。操作系统与软件和硬件的层次关系

3.1.2操作系统的分类批处理操作系统非交互式操作系统，用户提交作业后系统自动成批执行，特点是自动化作业流程、高效率和大吞吐量，缺乏人机交互能力，适用于大型数据处理中心或科学计算领域。

分时操作系统允许多个用户同时访问和使用计算机系统，通过时间片轮转机制分配CPU时间，提供良好的人机交互界面，广泛应用于教学、科研、办公等领域，如Unix、Linux、Windows等。

根据操作系统的功能，我们可以将其划分为多种类型。这些类型反映了操作系统在资源管理、用户交互、任务调度等方面的不同特点和设计目标。3.1.2操作系统的分类

网络操作系统专门用于管理网络资源和提供网络服务，支持计算机通过网络连接实现资源共享和通信，提供网络协议栈、文件共享、打印服务等功能，具有安全性、可靠性和可扩展性，如WindowsServer、LinuxServer等。

分布式操作系统将物理上分散的多个计算机资源逻辑上集中管理，实现资源共享和协同工作，提供分布式进程通信、分布式文件系统等功能，可靠性高、扩展性好，适用于大规模分布式计算环境，如Google的Hadoop分布式文件系统。

根据操作系统的功能，我们可以将其划分为多种类型。这些类型反映了操作系统在资源管理、用户交互、任务调度等方面的不同特点和设计目标。3.1.2操作系统的分类

嵌入式操作系统专门用于嵌入式系统，具有较小的内核、与硬件紧密结合、实时性高等特点，提供任务调度、资源管理、中断处理等功能，适用于特定功能和性能要求的嵌入式系统，如VxWorks、WindowsEmbedded等。

3.1.3常用操作系统简介Windows操作系统微软公司开发的图形用户界面操作系统，自1985年首次发布，主要版本有Windows7、8、10、11等，支持多任务处理，应用丰富、界面简洁、兼容性好，广泛用于个人计算机。

Linux操作系统开源操作系统，基于Unix，1991年由林纳斯·托瓦兹首次发布，具有高度可定制性、稳定性、安全性和自由度，有Ubuntu、CentOS、Fedora等发行版，广泛应用于服务器、嵌入式系统、超级计算机等领域。

Android操作系统谷歌公司开发的开源操作系统，基于Linux内核，广泛应用于智能手机、平板电脑、智能手表等设备，应用生态丰富、可定制性高、硬件要求低，支持多任务处理、多媒体支持、网络通信等功能。

iOS操作系统苹果公司为iPhone、iPad和iPodTouch等设备开发的操作系统，界面设计出色、应用生态强大、用户体验良好，与macOS、watchOS等苹果操作系统无缝集成，以封闭性和高安全性著称。

3.1.3常用操作系统简介macOS操作系统苹果公司为Mac计算机系列开发的操作系统，以Unix为基础，注重安全性和稳定性，与苹果其他设备兼容性好，界面优雅，主要版本有macOSBigSur、macOSCatalina等。

鸿蒙操作系统华为公司开发的分布式操作系统，采用微内核设计，具备高安全性、高性能和可扩展性，支持智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等多种终端，实现跨设备无缝协同体验，提供统一开发框架和开放生态环境。02操作系统的基本功能操作系统的基本功能4.设备管理3.文件管理2.存储管理1.进程管理3.2.1进程管理进程的定义进程是操作系统中正在执行的程序，包含程序计数器、寄存器和内存空间等资源，是系统进行资源分配和调度的基本单位。一个程序多次执行会创建多个进程。进程的组成由程序段（执行代码）、数据段（变量和数据结构）和进程控制块（PCB，含描述与控制信息）三部分组成。操作系统通过进程表管理PCB，进程结束后PCB被收回。PCB表项内容如下：进程标识状态优先级控制信息队列访问权限现场3.2.1进程管理进程的三种基本状态就绪状态：具备运行条件，等待CPU分配；运行状态：正在CPU上执行；等待状态：因等待事件（如I/O操作）无法继续执行。进程状态转换就绪→运行（获得CPU）；运行→就绪（时间片用完或被抢占）；运行→等待（等待事件）；等待→就绪（事件完成）。3.2.1进程管理进程检查Windows下，鼠标移动到屏幕下方的“任务栏”右击，单击“任务管理器”菜单，就可以观察到程序和进程的运行情况如图所示。3.2.2存储管理存储管理的主要任务实现内存分配与回收、地址变换、内存容量“扩充”，解决多道程序内存存放与保护问题，提高存储器利用率，为程序提供良好运行环境。存储层次结构按速度、容量、成本分为寄存器（CPU内，最快，容量小）、高速缓存（Cache，CPU与主存间，提速）、主存（RAM，直接访问，容量较大）、辅助存储（硬盘/SSD，长期存储，容量最大）。内存分配与回收为进程分配内存空间，进程结束后回收内存，采用连续或分页等分配方式，确保内存资源高效利用。3.2.2存储管理地址变换将程序的逻辑地址转换为物理地址，通过页表等机制实现，使程序无需关注实际内存位置。内存扩充技术通过虚拟内存技术，将部分辅助存储作为“虚拟内存”，当物理内存不足时，临时存放数据，逻辑上扩充内存容量。文件管理基本概念3.2.3文件管理文件是存储信息的基本单位（文本、图像等），具有唯一名称和扩展名；文件夹是组织文件的容器，可形成层次结构，方便文件查找与管理。常用文件系统特点及应用FAT32：兼容性好，支持最大32GB分区，单个文件最大4GB；NTFS：安全性高，支持文件加密、磁盘配额，是Windows11标准文件系统；exFAT：适合移动设备，支持大文件和大分区。3.2.3文件管理常用文件类型及扩展名文件类型扩展名说明可执行程序exe、com可执行程序文件文本文件txt通用性极强，它往往作为各种文件格式转换的中间格式源程序文件c、bas、asm程序设计语言的源程序文件Office文件docx、pptxOffice中Word、PowerPoint创建的文档图像文件jpg、gif、bmp图像文件，不同的扩展名表示不同格式的图像文件视频文件avi、mp4、rmvb通过视频播放软件播放，视频文件格式极不统一压缩文件rar、zip压缩文件音频文件wav、mp3、mid不同的扩展名表示不同格式的音频文件网页文件htm、html、asp一般来说，前两种是静态网页，后者是动态网页3.2.4设备管理设备管理的主要功能包括设备分配与回收（公平分配设备资源）、中断处理（响应设备信号）、驱动程序管理（确保软硬件通信）、缓冲与错误处理（提高传输效率，恢复故障）。设备分配与回收在多任务环境下，将设备资源合理分配给进程，使用完毕后及时回收，提高设备利用率，避免冲突。中断处理机制允许设备在需要时向CPU发送信号（如I/O完成），CPU暂停当前任务处理中断，确保设备操作及时响应。驱动程序管理负责加载、配置和卸载设备驱动程序，作为操作系统与硬件的接口，保障设备正常工作。3.2.4设备管理Windows设备管理器的作用及使用用于查看设备配置、状态及驱动程序信息，可通过“此电脑”→“管理”→“设备管理器”打开，帮助用户管理和排查设备问题。03Windows11使用基础

3.3.1Windows11桌面01桌面组成元素由桌面背景、图标、任务栏、“开始”菜单和小组件构成。背景可自定义，图标含应用程序快捷方式（带箭头标识）、系统功能入口（如回收站）及用户文件/文件夹，任务栏显示运行应用，开始菜单提供程序访问，小组件显示实时信息。

02图标设置-调出常用图标通过“开始”→“设置”→“个性化”→“主题”→“桌面图标设置”，勾选“此电脑”“回收站”等系统图标后确定，即可在桌面显示。3.3.1Windows11桌面

03图标设置-排序与大小调整右键桌面空白处，选择“排序方式”可按名称、大小等标准排列图标；选择“查看”可设置大、中、小图标，也可按住Ctrl键滚动鼠标滚轮调整大小。

04图标设置-创建桌面快捷方式找到目标程序或文件，右键单击，选择“发送到”→“桌面快捷方式”，即可在桌面生成快捷方式，实现快速访问。窗口组成与分类3.3.2Windows11窗口及对话框典型窗口含标题栏、最小化/最大化/关闭按钮、菜单栏（部分程序无）、工具栏、内容显示区及状态栏。分为应用程序窗口（如浏览器）、文件资源管理器窗口、系统设置窗口。窗口基本操作打开：双击图标、使用快捷键（如Win+E打开文件资源管理器）等；关闭：单击“×”按钮、按Alt+F4组合键或通过任务管理器强制终止；位置调整：拖动标题栏至目标位置，双击标题栏可最大化/还原窗口。3.3.2Windows11窗口及对话框多窗口操作切换：按Alt+Tab弹出任务切换器选择，或按Win+Tab打开全屏界面切换；排列：右键任务栏空白处，选择“层叠窗口”“并排显示窗口”等命令进行排列。对话框作用及操作用于显示信息、请求输入、提供选项，如警告信息、任务进度等。用户可通过对话框与系统或应用程序交互，进行参数设置等操作。3.3.3Windows11文件管理文件和文件夹基本操作选定：单选单击，连续多选按Shift键，非连续多选按Ctrl键，全选按Ctrl+A；复制：右键“复制”+“粘贴”、拖动（同分区需按Ctrl键）或“发送到”目标位置；移动：右键“剪切”+“粘贴”或拖动（不同分区按Shift键）。3.3.3Windows11文件管理文件和文件夹其他操作删除：按Delete键移至回收站（可还原），按Shift+Delete键永久删除；重命名：右键“重命名”或按F2键，输入新名回车；搜索：在文件资源管理器搜索栏输入关键词，支持通配符（如*.jpg搜图片）。文件资源管理器管理文件和文件夹的工具，采用树形目录结构显示文件、文件夹和驱动器，支持复制、移动、重命名、搜索等操作，可查看映射的网络驱动器。3.3.4Windows11系统设置系统设置含屏幕（调整亮度、分辨率、夜间模式）、通知（管理应用通知开关及显示方式）、电源（设置屏幕关闭和睡眠状态、电源模式）、存储（查看磁盘空间、管理应用和文件、开启存储感知清理缓存）等选项。网络和Internet设置通过“高级网络设置”配置网络适配器、代理服务器、防火墙等，优化网络连接速度，提升网络性能和安全性。3.3.4Windows11系统设置个性化与账号设置个性化：设置桌面背景（静态/动态）、主题颜色、任务栏布局和图标大小、开始菜单显示内容；账号：分Microsoft账户（跨设备同步）和本地账户，可设置管理员或标准用户权限，管理用户文件和个性化环境。时间和语言及隐私与安全性设置时间和语言：调整系统时间、日期、时区，添加并设置首选语言；隐私与安全性：启用WindowsDefender防火墙和防病毒软件，管理位置、摄像头等应用权限，保护用户数据和隐私。013.3.5Windows11实用小程序画图简单图像编辑软件，界面含菜单栏、工具栏（画笔、铅笔、橡皮擦等）、绘图区和颜色面板。通过“开始”搜索“画图”打开，可进行绘图、编辑图像等操作。02截图工具支持全屏截图（PrintScreen键）、活动窗口截图（Alt+PrintScreen键）、区域截图（Win+Shift+S键），可对截图进行编辑标注（画笔、矩形等工具）并保存，还支持全屏录制模式。3.3.5Windows11实用小程序03记事本文本编辑器，含菜单栏（文件、编辑等）、工具栏（标题、编号列表等）、编辑区和状态栏（显示字符数、行数）。通过“开始”搜索“记事本”打开，用于文本记录、编辑和保存。04计算器支持标准模式（基本算术运算）、科学计算器模式（三角函数、对数等）、程序员模式（进制转换和运算）。通过“开始”搜索“计算器”打开，满足不同计算需求。

3.3.6Windows11磁盘管理

分区管理删除分区：右键分区选“删除卷”，确认后变为未分配空间；新建分区：右键未分配空间选“新建简单卷”，按向导设置大小、驱动器号、文件系统（通常为NTFS）并格式化；扩展分区：右键需扩展分区选“扩展卷”（相邻需有未分配空间），按向导添加空间。

格式化驱动器初始化磁盘分区，重建文件系统、修复问题、清除病毒等。操作：右键驱动器选“格式化”，设置参数后单击“开始”，注意格式化前需备份数据。3.3.6Windows11磁盘管理

磁盘备份与还原及清理备份：通过“控制面板”→“备份和还原（Windows7）”→“设置备份”，选择保存位置、备份内容，可设置定期自动备份；清理：通过“Windows工具”→“磁盘清理”，选择驱动器，删除临时文件、系统缓存等冗余数据释放空间。

磁盘碎片整理针对机械硬盘，扫描并将分散文件片段移至连续区域提升效率。使用场景：系统缓慢、文件访问延迟、磁盘空间紧张、定期维护。操作：关闭应用后，通过“Windows工具”→“碎片整理和优化驱动器”分析并优化磁盘。注意：不可用于固态硬盘。04本章小结

主要知识点回顾操作系统概述操作系统是管理计算机硬件与软件资源的核心系统软件，位于硬件与应用软件之间，提供用户交互接口并优化资源调度。其分类包括批处理、分时、网络、分布式、嵌入式等类型，典型系统有Windows、Linux、Android、iOS、macOS及鸿蒙系统。

操作系统基本功能核心功能包含进程管理（进程状态转换、调度）、存储管理（内存分配、虚拟内存）、文件管理（文件系统、操作）、设备管理（设备分配、驱动）。进程由程序段、数据段和PCB组成，三状态为就绪、运行、等待；存储采用层次结构（寄存器、Cache、主存、辅存）；文件系统有FAT32、NTFS、exFAT等类型。主要知识点回顾

Windows11使用基础界面组成包括桌面（图标、任务栏、开始菜单）、窗口（标题栏、控制按钮等）及对话框；文件管理涉及文件/文件夹命名规则、基本操作（复制、移动、删除等）和文件资源管理器使用；系统设置涵盖系统、网络、个性化、账户等模块；实用工具包含画图、截图工具、记事本、计算器；磁盘管理可进行分区、格式化、备份、清理和碎片整理操作。

实际应用与技能提升文件管理技能掌握文件/文件夹的创建、复制、移动、删除、重命名及搜索操作，能通过文件资源管理器高效管理数据。例如，利用“Ctrl+A”全选文件，使用“Shift+Delete”永久删除无需文件，通过搜索栏和高级筛选快速定位目标文件，确保数据组织有序。

系统设置与优化熟练配置系统显示（分辨率、亮度）、电源（睡眠模式、电源计划）、网络（适配器、代理）及个性化（桌面背景、主题）等参数。如调整屏幕分辨率适配显示器，设置存储感知自动清理垃圾文件，优化网络连接提升访问速度，打造个性化且高效的操作环境。

磁盘管理与维护具备磁盘分区（新建、扩展、删除卷）、格式化（选择文件系统）、备份（设置定期备份计划）、清理（删除临时文件）和碎片整理（提升机械硬盘性能）能力。例如，通过磁盘清理释放存储空间，对机械硬盘进行碎片整理优化读写速度，定期备份重要数据防止丢失，保障系统稳定运行。实际应用与技能提升问题诊断与解决学会使用任务管理器监控CPU、内存资源占用，结束无响应进程；通过设备管理器查看设备状态、更新驱动程序。例如，当系统卡顿，通过任务管理器识别高占用资源进程并结束，解决设备冲突时检查设备管理器中驱动状态并更新，提升系统故障处理能力。本章习题一、选择题1. 操作系统的核心功能是（

B）。A.提供游戏支持B.管理硬件资源并提供用户接口C.编写应用程序代码D.优化网络传输速度2