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学习目标：
本章是操作系统的引论，主要讲述了计算机操作系统的基础知识，包括操作系统的概念、发展、类型、及其主要功能。这里涉及了学习操作系统的许多基础概念，是学习本课程的基础，学习主要是从理解的角度把握这些概念。通过学习本章内容，应该了解什么是操作系统，操作系统在计算机系统中的作用，操作系统要做些什么，以及各类操作系统的特点。
学习内容：
1.计算机系统：
计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统是计算机赖以工作的实体，软件系统保证计算机系统按用户指定的要求协调地工作。
硬件系统主要由中央处理器（cpu）、主存储器、辅助存储器（磁盘、磁带等）以及各种输入输出设备（键盘、显示器、打印机等）组成。软件系统由各种程序和数据结构组成。这些组成部分都看作为计算机系统的资源。因此，计算机系统的资源包括两大类：硬件资源和软件资源。
计算机系统把进行资源管理和控制程序执行的功能集中组成一种软件，称为操作系统。
2.操作系统：
操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程以及方便用户地程序的集合。
我们可以根据操作系统在计算机系统中地地位和作用阐述操作系统地概念。
（1）定义：
操作系统是一种资源管理程序。首先，计算机系统有限的资源与众多的请求资源者之间存在矛盾。因此，必须采取一些方法为用户分配需要地资源，其次，计算机系统地各种资源其性质均不相同。因此，必须研究它们的“个性”，总结它们的“共性”，寻求合适的使用方法和管理策略，以提高计算机系统的可靠性和安全性。
（2）操作系统的设计目标：
操作系统是一种系统程序，两个主要的设计目标。其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境。
第一个目标是使得计算机系统使用方便。
第二个目标是使得计算机系统能高效地工作。
这两个目标，“方便”和“效率”有时会产生矛盾。为求方便使用，可能会牺牲效率。同样，为了保证高效可能影响使用的方便性，在设计操作系统时应根据计算机系统地功能和服务对象，权衡方便性和高效性，做出决策。
3.操作系统的组成：
操作系统在其发展的历史中，经历了发生、发展到成熟的过程。它从无到有，从小到大，从简单到复杂，从单一到多种，形成了一门完整的学科。操作系统的发展，不仅拓宽了计算机的应用，而且也促进了自身的完善。
操作系统由以下三部分组成：
原始汇编系统：使程序设计变得容易，协助用户使用计算机
管理系统：能对计算机硬件和软件进行管理和调度
初级的操作系统
在操作系统控制下，系统对计算机资源的管理水平又提高了一步。
从本质上说，SPOOL是把磁盘作为一个巨大的缓冲器。在一个计算问题开始之前，把计算所需要的程序和数据从读卡机或其他输入设备上预先输入到磁盘上存放。这样，在进行计算时不再需要访问读卡机等慢速的输入设备，而可以从速度快得多的磁盘上读取程序和数据。同样，对于计算的结果，也是先在磁盘上缓冲存放，待计算完成后再从打印机上打印输出滚计算问题的所有计算结果。
4.操作系统的类型：
一种常用的分类方法是按照操作系统提供的服务进行分类，大致可以分成以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统。
（1）批处理操作系统：
批处理操作系统按照预先写好的作业说明书控制作业的执行。因此，作业执行时无需人为干预，批处理操作系统实现了计算机操作的自动化。
把用户要求计算机系统进行处理的-个计算问题称为一个"作业"。用户为作业准备好程序和数据后，再写一份控制作业执行的说明书。然后把作业说明书、相应的程序和数据一起交给操作员。操作员将收到的一批作业的有关信息输入到计算机系统中等待处理，由操作系统选择作业并按其作业说明书的要求自动控制作业的执行。采用这种批量化处理作业的操作系统称为"批处理操作系统"。
| 批处理操作系统可分为批处理单道系统和批处理多道系统。 (一)批处理单道系统 批处理单道系统是一种早期的、基本的批处理操作系统。"单道"的意思是指一次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，因而它也是一个单用户操作系统。这种系统的主要目标是一批作业能自动、顺序地运行。 (二)批处理多道系统 多道批处理系统的基本思想是每次把一批经过合理搭配的作业通过输入机提交给操作系统，并由系统把它们暂时存入辅助存储器中等待运行；以后，当系统需要调入新的作业时，根据当时的运行情况和用户要求，按照某种调度原则，从后备作业中挑选一个或几个合适的作业到内存中参加运行；当某个作业运行完毕或因故执行不下去时，系统转去执行另一作业。重复上述步骤，直至这一批作业全部执行结束为止。 由于有多道作业同时运行，这就增加了系统的复杂程度。为使多道程序能有条不紊地运行，系统中必须增加各种管理程序，负责对各种资源进行科学地管理。根据资源类型，管理程序分为以下四种： 1.存储管理。负责分配内存，保证各用户程序之间不相互破坏；当要求的存储容量超出实际存储容量时，应具有扩充内存的能力。 2.处理机管理。科学地分配处理机，保证各道程序有条不紊地运行。 3.文件管理。确保各种信息(子程序和数据等)存取方便，安全可靠，存取无误，便于共享。 4.I／O设备管理。把I／O设备和有关通道等分配给申请者；启动指定的设备进行操作，当设备用完时，能及时收回。 多道批处理系统显著地提高了资源利用率，增加了系统对作业的吞吐能力，实现了掩个计算机工作流程的自动化。 |
（2）分时操作系统：
能使用户通过与计算机相连的终端宋使用计算机系统，允许多个用户同时与计算机系统进行一系列的交互，并使得每个用户感到好像自己独占--台支持自己请求服务的计算机系统。具有这种功能的操作系统称"分日十操作系统"，简称"分时系统"。
在分时系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接。最简单的终端可以由一个显示器和一个键盘组成。每个用户可以通过终端向系统发出命令，请求完成某项工作。系统根据用户的请求完成指定的工作，并把执行情况返回给用户。然后，用户根据上一个请求的执行结果，又向系统提出下一步的请求。重复系统与用户的交互会话过程，直至用户完成自己的全部工作。
在分时系统中，为了使一个计算机系统能同时为多个终端用户服务，系统采用了分时技术。即把cpu时间划分成许多时间片，每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的图l-3-2分时系统的控制cpu时间。这样，多个终端用户就轮流地使用cpu时间。如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作，这时也要把cpu让给其他用户，等待下一轮再使用一个时间片的时间，循环轮转，直至结束。
分时系统也是支持多道程序同时执行的系统，但它不同于批处理多道系统。系统是实现自动控制无需人为干预的系绰，而分时系统是实现人机交互的系统。如下主要特点：
(一)同时性
允许多个终端用户同时使用一个计算机系统。
(二)独立性
用户在各自的终端上请求系统服务，彼此独立，互不干扰。每个用户好像只有自己在单独使用计算机系统，而实际上计算机系统正在被许多用户分享。
(三)及时性
对用户的请求能在较短时间(比如，3秒钟)内给出应答。这样，使用户觉得系统及时响应了他的请求而感到满意。
(四)交互性
采用人一机对话的方式工作。用户在终端上可以直接输入、调试和运行自己的程序，能及时修改程序中的错误且直接获得结果。
分时系统为用户在测试、修改程序以及在控制程序执行方面提供极大的灵活性。但是，用户必须守候在终端旁，向系统提交命令，然后等待处理结果。因此，对于短小作业来说，这种交互系统是非常合适的。对一些需处理较长时间才有结果且不需交互的大型作业来说，就没有必要让用户长时间地为此，操作系统研究者提出充分发挥批处理系统和分时系统的优点，在一个计算机系统上配置的操作系统既有批处理能力，又提供分时交互的能力。
（3）实时操作系统：
实时操作系统是对实时系统进行管理和协调的操作系统，实时系统分为实时控制系统和罢时处理系统。
实时控制系统是利用计算机对一个生产过程进行控制、监测、调整，以保证产品质量和生产的高效率。实时处理系统是指计算机对输入信息或数据要以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出响应。所以实时操作系统是一种响应时间快、可靠性很高的操作系统。
实时系统，除了具有一般操作系统的基本功能外，还有如下特点和功能：
1.实时性强。系统要对外部输入的实时信号作出及时响应，响应的时间间隔要足够控制发出实时信号的那个环境。通常的响应时间在毫秒级，甚至微秒级。
2.对系统的可靠性要求高。实时系统常常用于实时控制方面，因此要求高可靠性与安全性。所以，系统的所有部分通常都是采用双工方式工作。
3.具有连续的人机对话能力。实时系统没有分时系统那样的交互会话能力，仅允许终端访问有限数量的专用程序，不能书写程序或修改已有程序，但它必须具有连续的人机对话能力。实时终端设备通常只是作为执行设备或询问设备使用。
4.系统整体性能强。实时系统所管理的联机设备和资源，通常要按一定的时间关系和逻辑关系协调工作。
5.具有过载防护能力。在实时系统中，任务进入系统往往有很大的随机性，有时就会超过系统的处理能力，因而产生过载。必须为系统设计某种防护机构，以保证一旦发生过载，系统仍能正常运行。
前面我们将操作系统大致分为三类，但对一个具体的操作系统来说，它可能不属于其中任何一类，而同时具有这三类或其中两类的特点，也可能以某类为主，兼有其它类的特点。不同类型操作系统之间的差异，主要是由于系统所侧重的目标不同造成的。在多道批处理系统中，重点是放在机器的利用率和吞吐作业的能力上；在分时系统中，重点是放在交互作用和响应时间上；在实时系统中，重点是放在系统的完整性、响应时间和基本数据的保护上。
实时操作系统和分时操作系统的区别 ：
分时系统：能使用户通过与计算机相连的终端宋使用计算机系统，允许多个用户同时与计算机系统进行一系列的交互，并使得每个用户感到好像自己独占--台支持自己请求服务的计算机系统。
实时系统：能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且在严格的规定时间内处理结束，再给出反馈信号的操作系统称"实时操作系统"，简称"实时系统"。
（4）网络操作系统：
为计算机网络配置的操作系统称"网络操作系统"。
随着微处理技术的发展助长了个人计算机的发展，但个人计算机的资源和功能相对有限，只适合一些小规模的计算机应用。若要建立一个较大的数据库或执行一个大型程序，则一台个人计算机就显得力不从心。为了能满足较大规模的应用，可以把若干台个人计算机系统用通信线路连接起来构成计算机网络。
网络操作系统把计算机网络中的各台计算机有机地联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享。用户可以借助通信系统使用网络中其他计算机的资源、实现相互间的信息交换，从而大大扩展了计算机的应用范围。
（5）分布式操作系统：
为分布式计算机系统配置的操作系统称"分布式操作系统"。
分布式计算机系统是由多台计算机组成的一种特殊的计算机网络。网络中的各台计算机没有主次之分；网络中任意两台计算机可以通过通信交换信息；网络中的资源供各用户共享。
| 分布式操作系统能使系统中若干台计算机相互协作完成一个共同的任务。把一个计算问题分成若干个可以并行执行的子计算，让每个子计算在系统中的各计算机上并行执行，充分利用各计算机的优势。这样，一个程序就被分布在几台计算机上并行执行，相互协作得到结果。 |
5.操作系统的功能：
操作系统是一种大型复杂的系统软件。它的主要功能是实施对计算机各种资源的管理。操作系统要管理的资源很多，通常可将它们分为四大类，即处理机、存储器、I／O设备以及信息 (程序和数据)。这四类资源构成了操作系统本身和用户作业活动的物质基础和工作环境，它们的使用方法和管理策略是决定整个操作系统的规模、类型、功能及其实现过程的重要因素。所以，从资源管理观点看，要求操作系统至少应有四方面的管理程序.即：控制和管理处理机的程序；管理存储器的程序；控制管理I／O设备的程序和管理信息的程序：正是这一整套控制管理程序，使计算机能有条不紊地完成各种资源管理和控制工作。
| 操作系统对各种资源的管理 |
功 能 |
| 处理器管理 |
为用户合理地分配处理器时间，尽可能地使处理器处于忙状态，提高处理器的工作效率。 |
| 存储管理 |
实现对主存储器的管理，为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。 |
| 文件管理 |
面向用户实现按文件名存取文件，管理用户信息的存储、检索、共享和保护，合理地分配和使用文件的存储空间。 |
| 设备管理 |
负责管理各种外围设备，包括设备的分配、启动以及SPOOL的实现技术。 |
| 作业管理 |
实现作业调度和控制作业的执行。作业调度从等待处理的作业中选择可以装入主存储器的作业，对已经装入主存储器中的作业按用户的意图控制其执行。 |
主要是管理计算机系统中的资源，归纳起来有下述三方面功能：
(1)控制和管理计算机系统的硬件与软件资源，使之得到有效的利用；
(2)合理地组织计算机的工作流程，以增强系统的处理能力；
(3)提供用户与操作系统之间的接口软件，使用户能通过操作系统方便地使用计算机。
总结：
计算机系统由硬件和软件两大部分组成。操作系统是计算机系统中的一种系统软件，它管理计算机系统的资源和控制程序的执行。
操作系统管理计算机系统的硬件资源和软件资源，保证计算机系统的优异性能，为程序的开发和执行提供良好的环境。它的设计目标是使用户方便地使用计算机系统和使得计算机系统能高效地工作。
操作系统的形成和发展与计算机硬件和其他软件的发展密切相关，随着计算机应用的日益广泛，操作系统的功能也日趋完善。根据计算机系统的功能和应用，操作系统可分成几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。
批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。批处理多道系统还可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业执行时间，提高系统的吞吐率。
分时操作系统支持多个终端，用户以交互方式使用计算机系统，改和控制程序执行方面提供了灵活性同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。
实时操作系统时实现实时控制的系统，它由外部信号触发而工作，并在规定的时间内完成处理，且给出反馈信号。实时系统对可靠性和安全性的要求极高，不强求系统资源的利用率。
个人计算机系统都是使用微型计算机，比起大型机来，微型机小而便宜。但是，个人计算机系统的资源和功能相对有限，为了满足大规模的应用，可把若干台个人计算机系统构成计算机网络。根据计算机网络的结构、通讯方式和资源管理方法、分别配置网络操作系统或分布式操作系统。
操作系统的资源管理功能可以分成五大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。
练习：
1.操作系统是
A.软件
B.硬件
C.都是
D.都不是
参考答案：A
2.什么时候操作系统发展到第二代
A.五十年代初
B.四十年代末
C.六十年代初
D.五十年代末至六十年代初
参考答案：D
3.基本操作系统分几类
A.5类
B.3类
C.4类
D.2类
参考答案 ：B
4.下面哪项不是操作系统的主要功能：
A.作业管理；
B.文件管理；
C.处理器管理；
D.用户管理。
参考答案：D
5.操作系统的功能中能够根据用户程序要求为之分配主存空间和实现重定位的是：
A.处理器管理；
B.存储管理；
C.文件管理；
D.设备管理。
参考答案：B
6.操作系统可以在__下使用特权指令：
A.管态；
B.目态；
C.用户态；
D.正常态。
参考答案：A
7.下面哪项不是操作系统提供给用户的使用接口：
A.系统调用；
B.作业控制语言；
C.操作控制命令；
D.网络接口。
参考答案：D
8.操作系统的功能中能够对用户实现按名存取并能解决文件的共享和保密问题的是：
A.处理器管理；
B.存储管理；
C.文件管理
D.设备管理。
参考答案：C
9.当操作系统发出"程序中有非法指令"的警告，其原因可能是：
A.在目态下使用特权指令；
B.在管态下使用特权指令；
C.在目态下使用一般指令；
D.在管态下使用一般指令。
参考答案：A
10.实时操作系统的特点是：
A.多道作业成批处理；
B.允许多个用户同时操作；
C.处理操作有严格时限；
D.主机集中处理。
参考答案：C
11.用户能够直接操纵计算机进行交互式工作的操作系统是：
A.批处理操作系统；
B.分时操作系统；
C.实时操作系统；
D.独立式操作系统。
参考答案：B
