计算机操作系统课件

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

1.2 操作系统的发展过程 20世纪50年代中期第一个批处理操作系统；60年 代中期多道批处理系统；之后不久分时系统；8090年代微机OS、多处理机OS、网络操作系统。– 电子管时代，没有操作系统； – 晶体管时代，监控程序和批处理程序；

– 集成电路时代，多道程序与完整的操作系统；– 大规模集成电路时代，现代操作系统； – 智能计算和网络计算，新一代操作系统。2013-7-12 山东建筑大学管理学院1

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

1946年到50年代中期 第一代 电子管计算机工作方式：用户既是程序员，又是操作员；编程语言：为机器语言； 输入输出：纸带或卡片；

工作特点：用户独占全机, 资源不共享CPU利用率低；主要矛盾：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 (造成浪费); 提高效率的途径：专门的操作员，批处理

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式输入设备 (纸带机)磁盘 磁带 外围机 磁盘 磁带 磁盘 磁带

主机

磁盘 磁带

外围机

输出设备

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

脱机I/O方式的主要优点1) 减少了CPU的空闲时间：装(卡)带、御(卡) 带以及数据从低速I/O设备到高速磁带(盘)在 脱机下完成，不占用CPU时间。 提高I/O速度：数据高速从磁带(盘)送入内存。

2)

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50年代末 ~ 60年代中 单道批处理系统第 一 章 操 作 系 统 引 论

(simple batch processing) (晶体管)利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列， 每个批作业由一个专门的监督程序(Monitor)

自动依次处理。可使用汇编语言开发。

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

单道批处理系统把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上 监督程序(Monitor),在它的控制下使这批作业能一个接 一个的连续处理。其自动处理过程是： 首先，由监督程 序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交 给该作业。当该作业处理完成时，又把控制权交还给监 督程序，再由监督程序把磁带上的第二个作业调入内存。 计算机系统就这样自动地一个作业一个作业地进行处理， 直至磁带上的所有作业全部完成。

单道批处理系统：作业成批处理 内存中只有一道

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

图1-4开始

还有下一 个作业？否 停止

是

把下一个作业 的源程序转换 为目标程序

是

源程序 有错吗？ 否

运行目标程序

装配目标程序

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

单道批处理系统的特征i. ii. iii. 自动性： 自动逐个地运行，无需人工干预。 顺序性： 磁带上作业顺序进入内存，作业完成顺 序与进入内存的顺序相同，即先调入内存的先完成。 单道性：内存中只有一道程序运行。

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

60年代中期 多道程序批处理系统为进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量，引入多

道程序批处理系统，操作系统终于代替人工成了计算机系统的“管家”,其发展进入了成熟期，UNIX是这 个时期的典型代表。

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

1.2.3 多道批处理系统1. 多道程序设计的基本概念 在多道批处理系统中，用户所提交的作业先存放在外 存上并排成一个队列，称为“后备队列”;然后由作 业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作 业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。

多道：系统中同时驻留多个作业

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

多道批处理系统的优点引入多道程序设计技术可以： 提高CPU的利用率 提高内存和I/O设备利用率 增加系统吞吐量

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

图1-5用户程序 监督程序 I/O操作t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 I/O中断请求 启动I/O I/O中断请求 I/O完成 结束中断 启动I/O I/O完成 结束中断

(a)单道程序运行情况

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图1-5第 一 章 操 作 系 统 引 论

程序A

I/O请求

I/O完成I/O请求

A完成 I/O完成

程序B 程序C 程序D 调度程序 表示获得CPU

I/O请求

I/O完成

C再运行

I/O请求

(b)四道程序运行情况山东建筑大学管理学院13

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两种调度第 一 章 操 作 系 统 引 论

作业调度：按一定的作业调度算法，从外存的后 备作业队列中，选择若干个作业调入内存。 进程调度：按一定的进程调度算法，从已在内存 的作业中选择一个作业，将处理机分配给它，使 之执行。

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第 一 章 操 作 系 统 引 论

多道批处理系统的优缺点优点： –资源利用率高：CPU和内存利用率较高； –系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 缺点： –平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；周转时间是指从作业进入系统开始，直至其完成并退出系统为止所 经历的时间。

–无交互能力：整个作业完成后或中间出错时，才与 用户交互，不利于调试和修改；2013-7-12 山东建筑大学管理学院15

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多道批处理系统需解决的问

题第 一 章 操 作 系 统 引 论

a.b. c. d. e.

处理机管理问题 如何为多道程序分配处理机，满足程序运行需要，又提高处理机利用率；

内存管理问题 “各得其所”且不相互重叠 I/O设备管理问题 方便用户使用，又提高利用率 文件管理问题 如何组织，便于用户使用，又保证安全性一致性 作业管理问题 计算型、I/O型、重要紧迫型、及时响应型

为解决上述 问题，应在计算机系统中增加一组软件—操作系统。

操作系统的定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方 便用户使用的程序的集合。2013-7-12 山东建筑大学管理学院16