Betriebssystem I 操作系统课件 01. Evolution von Rechnersystemen 计算机操作系统的演变
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* Betriebssystem I
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* Vorlesungsfolien: Prof. Noelte, BTU Cottbus
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* Uebersetzer: Li Bo
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* Nur fuer das Studium der Persoenlichkeit
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* 1. Evolution von Rechnersystemen
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计算机系统的发展
P1
开始
+ 机械计算机
- Abacus，巴比伦尼亚，五千年前
* 一切基础运算
- Wilhelm Schickards 计算者， 1623-24
* 没有确切的声明
- Blaise Pascals 计算者， 1642
* 加/减
- Leibnitz 计算者， 1673
* 一切基础运算，平方根
P2
第二阶段
+ 可编程机器
- 机械的织布机， Joseph-Marie Jaquard 1804
* 通过穿孔卡片来控制
- 分析引擎， Charles Babbage 1822
* 穿孔卡片操作计算机
* 像现代计算机的运算器、控制器、存储器和输入输出一样具有可编程组件
* 由于资金匮乏而没有完成
+ 制表机器， Herrman Hollerith 1880
- 穿孔卡片的选择、计算和整理
- 制表机器公司 1896， IBM的前身
P3
第一台“真正意义上的”计算机
+ 电子机械计算机
- Konrad Zuse， Z1（1936）， Z2（1939）， Z3（1941）
* Z3是第一台具有扩展功能的可编程的数字计算机
- Howard Aiken（IBM）， Harvard Mark I （1944）
+ 电子管计算机
- Atanovs 样板/原型 1937-42
- Colossus， 专用机算计 1943
- ENIAC 1946
+ 高级技术/科学应用
- 常用在军事上
- 计算机的制造者与用户一般都是同一个人
P4
第一代计算机（1945-1955）
+ 电子管计算机
- UNIVAC I
* 美国第一台商务计算机（46台/样本）
* 数字与非数字电子数据处理
- Harvard Mark III， UNIVAC II， 大概五十年代中期
* 磁轮存储器
+ 计算机好像外国人一样
- 世界上仅有很少量的计算机
- 按规定只有专家才可使用
P5
第二代计算机（1955-1965）
+ 晶体管计算机
- 计算机变得越来越准确，越来越快
* 每秒可运行最多十万条指令
+ 越来越贵的“外国人”
- 必须找到一种有效的方式来减小费用
* 把用户和服务器分离开来
* 由有经验的报务员来运行
* 实现部分的自动化，诞生了操作系统
P6
手工装配
+ 由计算机来完全控制
1. 编程卡片/穿孔带输送至计算机
2. 运行读穿孔卡片程序
3. 开始编译
4. 将数据卡片送入计算机
5. 运行编译程序
6. 结果通过打印机/印刷机取到
+ 瓶颈
- 人工操作很费时间
P7
自动计算机装配
+ 把人工控制减少到最小程度
1. 穿孔带送入
2. 驻留在存储器内的控制程序自动的有规律的运行
- 运行通过命令卡片控制
* 幼儿期的操作系统
* 解释语言：Job Control Language（JCL）
3. 从打印机取出结果
+ 瓶颈
- 输入输出
* 卡片的读和印，打印机
P8
第一个操作系统问题
+ 如果操作系统常驻存储器
- 在存储器溢出时谁来保护操作系统
* 在程序错误时
* 或者用户恶意行为
+ 一个起保护作用的围栏必须在这里
- 分离操作系统的使用
- 存取操作需要操作系统的许可
- 当然还有允许系统召唤
* 需要有硬件保护
P11
思考
+ 操作系统需要在整个存储器上做存取操作
- 用来向存储器内装载新的任务
- 为了能够使用读写事务
+ 当操作系统运行时
- 必须逻辑隔离或者必须在分离寄存器中写入另一个值
+ 至少需要两个CPU的运行模式
- 用户和系统模式
P12
监督/检测系统
+ 存取安全错误
- 当一个应用程序非法启动时
* 存储器的存取越过了给定的存取空间
* 出现越权指令
+ 计算错误
- 除数为零 usw.
+ 通过请求特权指令
- 也就是说陷阱指令
+ 通过外部硬件事件
- 也就是说中断
P13
脱机运行
+ 外围式计算机解决输入输出问题
1. 从可编程电路板转变到磁盘
- 将很多任务转移到一个运行速度更快地媒介上
- 释放主计算机
2. 人工的将磁带嵌入主计算机
3. 连续的按照固有的顺序进行工作
4. 输出到磁盘
5. 人工的将输出磁盘嵌入输出计算机
6. 通过流水线加工提高性能
- 输入输出与加工并行
P14
输入输出重叠
+ 特殊的输入输出硬件
- 硬件与主存之间独立的数据传送
* 直接存储器存取（DMA）
- 同时另一程序被执行
- 硬件停止运行时有中断信号发出
P15
重叠的可能性
+ 输出
1. 数据拷贝至一个缓冲区
2. 当硬件没有被激活时发出写指令
3. 输出指令正在执行时，继续工作
4. 操作系统的中断控制指令
- 发布下一个写指令
+ 输入
- 当一个应用程序的数据“一份一份的”执行时
* 当数据正在被加工时，可以准备读取下一数据
P16
任务流程
+ 当任务一直在一个固定的顺序被执行时
- 可以将一个大的任务分割成若干个小任务
* 任务垄断计算机
- 很多人闲等着结果出来
* 大型程序被安排到“夜晚”执行
* 这也是属于“公平”范畴内的
+ 流程必须这样
- 任务应按照消耗资源的多少来排列
* 调度程序的任务
* 没有可以随意存取的存储介质，则毫无效率
P17
第三代计算机（1965-1980）
+ 主机时代
- 已经是集成电路构成的计算机
- 计算机变得已经越来越小越来越便宜
* 迷你电脑性能已经等同之前的大型计算机
- 已经不是什么“外国人”
* 多地址计算机系统已经在商业方面显露
+ 大量的使用领域
- 早前主要应用于技术/科技领域
- 现在在商业领域的应用越来越强
* 数据库
* 多领域与交互式的应用已经占据主要的计数地位
P18
程序的描述
+ CPU控制程序（CPU约束）
- 程序运行时间通过CPU/存储器速度决定
* 主要的，长时间占用CPU，但很少有输入输出操作
+ 输入输出控制程序
- 程序运行时间由输入输出速度决定
* 主要的，外部设备的存取操作，很少占用CPU
+ 交互式程序
- 程序占用时间由用户的速度决定
* 主要的，用户提供的输入设备的存取，很少占用CPU
P20
结论
+ 顺序的一个接着一个的执行程序且加上大部分的读写操作是很奢侈的
- 大部分之间CPU和存储器都是不活动的
* 导致对于用户来说，总的运行时间过长
+ 等待时间能够被充分的利用
- 当一个程序在执行时，在CPU/存储器不活动的时间内，重叠的执行另一程序
* 这就是所谓的多任务执行
P21
多程序运行
+ 多流多批监视器
- 多个任务同时进驻主存
- 资源的定向调度
* 根据可用主存，可估计CPU时间
+ 等待的时间将被有意义的迁移利用
- 任务的输入输出转换
+ 性能优化已成为可能
P26
使用交互式任务管理
+ 引入时间共享操作
- 用户都有各自独占一台计算机的错觉
* CPU分给每个任务一个时间片
* 一个时间片执行一项任务
+ 多用户能够“同时”工作
- 每个用户在各自通道内执行任务
P27
第四代计算机（1980-如今）
+ 计算机拥有高度集成电路和微处理器
- 计算机变得体积小，效率高以及更便宜
- 个人计算机和工作平台计算机进入工作和生或
+ 网状计算机
- 区域网（LAN）
- 广域网
