【计算机操作系统】概述

 内容来源于南京大学计算机操作系统课件

1.计算机硬件系统

1.1计算机的硬件组成：
①中央处理器
• 运算单元
• 控制单元
②主存储器
③外围设备
• 输入设备
• 输出设备
• 存储设备
• 网络通信设备
④总线

1.2存储程序计算机体系结构上主要特点
①以运算单元为中心，控制流由指令流产生
②采用存储程序原理，面向主存组织数据流
③主存是按地址访问、线性编址的空间
④指令由操作码和地址码组成
⑤数据以二进制编码

1.3总线
• 总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是CPU、内存、输入输出设备传递信息的公用通道
• 计算机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统
• 按照所传输的信息种类，总线包括一组控制线、一组数据线和一组地址线

总线的类型：
①内部总线：用于CPU芯片内部连接各元件
②系统总线：用于连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件
③通信总线：用于计算机系统之间通信

1.4中央处理器
中央处理器是计算机的运算核心（Core）和控制单元（ Control Unit），主要包括：
①运算逻辑部件：一个或多个运算器
②寄存器部件：包括通用寄存器、控制与状态寄存器，以及高速缓冲存储器（Cache）
③控制部件：
实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线；
负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执行操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件

1.5外围设备机器控制
①设备类型
• 输入设备
• 输出设备
• 存储设备
• 机机通信设备
② 设备控制方式
• 轮询方式：CPU忙式控制+数据交换
• 中断方式：CPU启动/中断+数据交换
• DMA方式：CPU启动/中断，DMA数据交换

2.计算机软件系统

2.1计算机软件系统的组成
①系统软件：操作系统、实用程序、语言处理程序、数据库管理系统
• 操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制
• 实用程序为方便用户所设，如文本编辑等
• 语言处理程序把用汇编语言/高级语言编写的程序，翻译成可执行的机器语言程序
②支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库，支持用户使用计算机的环境，提供开发工具
• 也可认为是系统软件的一部分
③应用软件是用户按其需要自行编写的专用程序

 2.2计算机程序的执行过程

3.计算机操作技术的发展

3.1装入程序的引入

3.2引入汇编语言后的计算机控制

3.3引入高级语言后的计算机控制

3.4简单批处理系统的操作控制

3.5操作系统与自动化操作控制

 

4.计算机操作系统
4.1操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统程序集合
• 从用户角度看，OS管理计算机系统的各种
资源，扩充硬件的功能，控制程序的执行
• 从人机交互看，OS是用户与机器的接口，
提供良好的人机界面，方便用户使用计算机，
在整个计算机系统中具有承上启下的地位
• 从系统结构看，OS是一个大型软件系统，
其功能复杂，体系庞大，采用层次式、模块
化的程序结构
4.2操作系统的组成
• 进程调度子系统
• 进程通信子系统
• 内存管理子系统
• 设备管理子系统
• 文件管理子系统
• 网络通信子系统
• 作业控制子系统
4.3操作系统的类型
①从操作控制方式看
• 多道批处理操作系统，脱机控制方式
• 分时操作系统，交互式控制方式
• 实时操作系统
②从应用领域看
• 服务器操作系统、并行操作系统
• 网络操作系统、分布式操作系统
• 个人机操作系统、手机操作系统
• 嵌入式操作系统、传感器操作系统
5.资源管理
5.1计算机系统的资源
①硬件资源
• 处理器、内存、外设
②信息资源
• 数据、程序
5.2资源的共享与分配方式
①资源共享方式
• 独占使用方式
• 并发使用方式
②资源分配策略
• 静态分配方式
• 动态分配方式
• 资源抢占方式

6.程序控制
6.1多道程序设计及优点
①多道程序设计：指让多个程序同时进入计算机的主存储器进行计算
②多道程序设计的特点
• CPU与外部设备充分并行
• 外部设备之间充分并行
• 发挥CPU的使用效率
• 提高单位时间的算题量
6.2多道程序系统的实现
①为进入内存执行的程序建立管理实体：进程
②OS应能管理与控制进程程序的执行
③OS协调管理各类资源在进程间的使用
• 处理器的管理和调度
• 主存储器的管理和调度
• 其他资源的管理和调度