本章主要介绍计算机的主要组成——计算机操作系统。本章阐述了存储程序式计算机、操作系统的形成和发展、操作系统的基本概念、操作系统的特性及其应解决的基本问题。
一、计算机系统组成
诺依曼计算机的工作原理:“存储程序” + “程序控制”
1．以二进制表示数据和指令(程序)
2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行
二、软件与硬件的关系
硬件是计算机系统的基础，软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序，它们二者相互依赖、相互促进 、 共同发展。
裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵.
三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标
方便用户提高计算机系统资源的使用效率
3.1操作系统的形成和发展
1、手工操作阶段
用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。
随着计算机速度的加快，人机矛盾越来越大，直至无法容忍。必须寻求新的办法。
例如：上机操作要1 分钟 ，运行时间20分钟（10万次/sec）
上机操作要 1分钟 ，运行时间0.2分钟（1000万次/sec）
2、批处理阶段
批处理是指系统中有一个监控程序，它负责完成用户程序的调入、启动运行、输出运行结果等工作。
（1） 联机批处理
（2） 脱机批处理
（3） 执行系统
执行系统不仅负责调度作业自动地运行，而且还要控制I/O。虽然批处理系统能调度作业自动地运行，但存在如下缺点：
· 系统没有任何保护自己的措施；
· 程序进入死循环必须要程序员干预。
3 、多道程序设计技术和多道成批系统
60年代计算机硬件获得两个重大的进展：通道技术和中断技术
通道:
是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。
中断：
指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。
（1）单道程序
单道程序工作情况，在输入操作未结束之前，处理机处于空闲等待现象。
（2）多道程序设计技术
定义：多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。
特征:多道 宏观上并行 微观上串行
多道成批系统
在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了批量操作系统。
该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。
优点：缩短作业之间的交接时间，减少处理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。
缺点：用户响应时间较长。用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。
4、分时操作系统(Time Sharing OS)
分时计算机系统：由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时系统。
分时技术：把处理机的响应时间分成若干个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们上课。
分时操作系统利用分时技术实现多道程序设计的一种操作系统，它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务，对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。
分时操作系统的特点：
- 多路调制性：即众多联机用户可以同时使用同一台计算机；
- 独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机；
- 交互性：用户与计算机之间可进行“会话”。
5、实时操作系统(real-time OS)
早期计算机系统是用于科学与工程的数值计算，如第一台计算机（1944年）产生的原因就是解决大口径火炮设计中的计算问题：弹道轨迹、弹着点和材料的各种应力分布的计算。还有原子弹设计和实验中大量的计算问题，用当时的计算工具已经解决不了。
到了60年代初，计算机开始应用到生产过程控制、工业控制、防空系统、信息处理等，在这些应用中不但要解决计算间题，还要求在规定的时间内完成计算，即实时处理。在实时处理中的一个核心的问题就是响应时间问题。
响应时间：
指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。
批处理操作系统 没有
分时操作系统 秒级(一般情况）
实时操作系统 微秒级 甚至更小（经典说法）系统满足用户时限（deadline)的要求 (现代）
实时操作系统：
实时操作系统是又一种类型的操作系统，对外部的请求，实时操作系统能够在规定的时间内处理完毕。
实时：
指计算机对于用户请求能足够快地进行处理，并做出反映。要求毫秒、微秒级。
实时操作系统的应用：
实时控制：工业过程控制、防空系统等
实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统、 银行信用卡系统。
实时操作系统特点：
1、系统对外部的信号必须能及时响应，(在规定的时间内（deadlin）)；
2、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位；
3、系统整体性强；
4、不要求很强的“会话”能力。
6、网络操作系统
(一) 计算机网络概念
a. 计算机网络的概念
计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物,是互连起来的计算机的集合.
b. 计算机网络产生的背景
微电子技术的发展与进步、计算机的应用社会化、通信技术的进步和普及
c. 特征
. 资源共享性
. 独立自主性
d. 微机网络
微型机技术的巨大进展, 微机网络也随之崛起，并获得高速的发展，巳成为计算机网络中最活跃的一个分支。
(二） 网络的构成
主机:主机是组成网络的独立自主的计算机系统，用于运行用户程序(即应用程序),也有些文献把它称为末端系统
子网（应叫通信子网）(Communication Subnet)] :是将入网主机连接起来的实体。子网的任务是在入网主机之间传递信息,以提供通信服务.
IMP(Interface Message Processor)
上述网络概念结构来自ARPA网。ARPA网是最早出现的重要网络之一，也是产生TCP/IP 技术和最，应用TCP/IP技术的网络。
(三）网络操作系统
网络协议：
网络协议是网络中各主机（HOST）之间传递信息的规则的集合。如国际标准化组织ISO/OSI七层网络结构协议、TCP/IP协议等。
网络操作系统:
在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操作系统。如UNIX、LINUX, WINDOWS NT都是网络操作系统。
现在上网使用的IE4、Netscape、Mail Server等属于网络应用程序，不属网络操作系统的范畴。
7.分布式系统(Distributed System)
分布式系统是以计算机网络为基础的计算机系统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。
分布式计算机系统，可以是共享存储器，也可以是分布式的存储器，即每台计算机都有自己的存储器。
从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别。关键是软件。
在各处理机之间采用无主从关系来设计的操作系统。除了最低级的输入输出支援外，所有的系统任务可以在系统中任何处理机上运行。系统有高度的并行性和有效的同步方法。
其特征是：
（1）功能的分布
（2）坚强性
（3）高可靠性
CORBA规范
CORBA(通用对象请求代理结构)规范被称为是面向21世纪的软件总线。已成为流行的分布对象计算规范。
OMG组织制定的CORBA(通用对象请求代理)标准目前已经成为分布对象计算技术的一个重要标 准，它与Microsoft的COM/DCOM标准、Sun公司的Java RMI/Java Beans标准一起形成了这一领域的主流。
在企业的分布式计算环境中，异构性是一个十分明显的特点。一个典型的企业内部网络包括大型主机、UNIX工作站和PC机，各种机器所采用的操作系统和网络通信协议也是千差万别。
四、操作系统
操作系统定义
1、科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。
2、功能的观点 操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。
3、用户的观点 操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。
4、软件的观点 操作系统是程序和数据结构的集合。
5、管理的观点 操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。
6、操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。
操作系统的功能
目前流行的操作系统：
DOS
UNIX LINUX MINIX
WINDOWS NT WINDOWS 95/98/2000/2003
并行UNIX、Mach/OS、OFS/1
一、操作系统作为虚拟机
二、操作系统作为资源管理器
第二种观点是把操作系统看成一个资源管理器。
换句话说，从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能： 处理机分配、内存管理（主存管理、存储器管理）、 设备管理、 软件资源管理
操作系统的特性：
这里讲的操作系统是指传统的操作系统，它主要指的是单CPU计算机系统上配置的操作系统。
为了充分地利用计算机系统资源，采用多道程序设计技术，即在计算机内存中同时存放多道相互独立的程序，这些程序要共享系统中的资源；为了保证系统高效率，又要求系统中的各种资源能最大限度的并行（如CPU与外设）。
并发concurrency（parallel)：并发-“大家都前进了”
共享： 共享-“一件东西大家用”
不确定性：异步性-“你走我停”
并发：
并发是指能处理多个同时性活动的能力。如CPU与I/O设备同时工作、显示器与打印机同时工作、鼠标与扬声器同时工作。
由并发引起的问题是如何从一个活动切换到另一个活动，怎样保护一个活动，如何实现相互依赖的活动之间的同步。
共享：
指多个计算任务（或多道程序）对系统资源的共同使用。
问题：资源的分配、对数据同时存取的保护。
不确定性：
从用户运行程序的要求的角度看，操作系统必须是确定的，即用户给定一个程序和相应的初始数据，无论在什么时候，在什么计算机系统上运行，产生的结果都应是相同的。
从另一个角度看操作系统又存在不确定性：这是由共享和并发引起的。在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，操作系统在程序运行前是不知道的。这就要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这种不可重现的错误称为不确定性。
例如两个用户共享一台打印机。
来源：CSDN
作者：木头的木
链接：https://blog.csdn.net/weixin_43840862/article/details/103762716