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  • 计算机基础及发展 part2

    一.为什么有操作系统?

        一台电脑的基本设备是硬件,诸如:CPU、I/O设备、主存、显示器、打印机等等。

        如果软件编程者需要参考如此多的硬件参数来进行编程的话,基本上就不可能再书写代码了。

        那么为了有效的解决这个问题,则出现了“操作系统”。操作系统能有效的处理管理硬件以及加以优化的繁琐工作,并且提供一个发展软件的参考接口来给工程师开发软件。

    二.操作系统的位置

         操作系统本身也是一个程序软件,就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。

    操作系统是由操作系统的内核(运行内核态,管理操作系统的整个硬件资源)以及系统调用(运行用户态,为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口)来组成的。

    三.操作系统的功能

        1.为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象

            例如:操作系统提供了文件的这个抽象概念,对文件的操作其实就是对磁盘的操作,有了文件我们无需再考虑关于磁盘的读写控制

            注意:操作系统提供给应用程序的该抽象是简单,清晰,优雅的。为何要提供该抽象呢?

            硬件厂商需要为操作系统提供自己的硬件驱动程序(设备驱动,这也就是为何我们使用声卡,就必须安装声卡驱动),厂商为了节略成本或者兼容旧的硬件,它们的驱动程序是复杂的丑陋的。

           操作系统就是为了隐藏这些丑陋的信息,从而为用户提供更好的接口.

        2.管理硬件资源(无序变有序)

            现代的操作系统运行同时运行多道程序,操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。

            例如:

            同一台计算机上同时运行三个程序,它们三个想在同一时刻在同一台计算机上输出结果,那么开始的几行可能是程序1的输出,接着几行是程序2的输出,然后又是程序3的输出,最终将是一团糟(程序之间是一种互相竞争资源的过程)

            操作系统将打印机的结果送到磁盘的缓冲区,在一个程序完全结束后,才将暂存在磁盘上的文件送到打印机输出,同时其他的程序可以继续产生更多的输出结果(这些程序的输出没有真正的送到打印机),这样,操作系统就将由竞争产生的无序变得有序化。

    四:操作系统的发展

    第一代计算机:真空管与穿孔卡片

        特点:
        没有操作系统的概念
        所有的程序设计都是由纯粹的机器语言编写的

    第二代计算机:晶体管与批处理系统

        特点:

        设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工,计算机被锁在专用空调房间中,由专业操作人员运行,这便是‘大型机’。

        有了操作系统的概念,下图就是最早期的操作系统:是人力与计算机结合的系统,需要人参与。

        有了程序设计语言:FORTRAN语言或汇编语言,写到纸上,然后穿孔打成卡片,再讲卡片盒带到输入室,交给操作员,然后喝着咖啡等待输出接口

    第三代计算机:集成电路芯片与多道程序设计

        第三代计算机广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术:多道技术。

    第四代计算机:个人计算机

        略

    五:多道技术

        多道技术中的多道是指多个程序,多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源(比如CPU)的有序调度问题,解决方式即多路复用,多路复用分为时间的复用和空间上的复用。

        时间上的复用:当一个程序在等待I/O时,另一个程序可以使用CPU.如果内存中可以同时存放足够多的作业,则cpu的利用率可以接近100%,类似于我们小学数学所学的统筹方法

        空间上的复用:将内存分为几部分,每个部分放入一个程序,这样,同一时间内存中就有了多道程序。

                                                            

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