计算机网络基础-操作系统

一、为什么要有操作系统?

   现代计算机系统是由一个或者多个处理器,主存,磁盘,打印机,键盘,鼠标显示器,网络接口以及各种其他输入
   输出设备组成的复杂系统,每位程序员不可能掌握所有系统实现的细节,并且管理优化这些部件是一件挑战性极强
   的工作。所以,我们需要为计算机安装一层软件,成为操作系统,任务就是用户程序提供一个简单清晰的计算机模
   型,并管理以上所有设备。

   定义也就有了:操作系统是一个用来协调、管理和控制计算机硬件和软件资源的系统程序,它位于硬件和应用程序之间。

              (程序是运行在系统上的具有某种功能的软件,比如说浏览器,音乐播放器等。)

    操作系统的内核的定义:操作系统的内核是一个管理和控制程序,负责管理计算机的所有物理资源,其中包括:文件系
    统、内存管理、设备管理和进程管理。

二、操作系统历史

2.1 真空管与穿孔卡片(无操作系统)

过程:

    万能程序员们将对应于程序和数据的已穿孔的纸带(或卡片)装入输入机,然后启动输入机把程序和数据输入计算机
    内存,接着通过控制台开关启动程序针对数据运行;计算完毕,打印机输出计算结果;用户取走结果并卸下纸带(或
    卡片)后,才让下一个用户上机。

    注意点:
        1 程序员需要在墙上的计时表上预约时间
        2 同一时刻只有一个程序在内存中被CPU调用运行(串行的)

    优缺点:

    优点:程序员在申请的时间段内独享整个资源,即时的调试自己的程序,如果有bug可以当场处理,
    缺点:这对于计算机提供商来说是一种浪费(你买一台电脑4000块,那 一年中你用365比只用1天,肯定是省成本的,
    物尽其用)

2.2 晶体管和批处理系统

一代计算机的问题:

    人机交互太多了(输入--->计算--->输出  输入--->计算--->输出 输入--->计算--->输出 )

    解决办法:
        把一堆人的输入攒成一大波输入,然后顺序计算(这是有问题的,但是第二代计算没有解决)再把计算结果攒成
        一大波输出,这就是批处理系统

    操作系统前身:

    在收集了大约一个小时的批量作业之后,这些卡片被读入磁带,然后磁带被送到机房里并装到磁带上。然后磁带被送到
    机房里并装到磁带机上。随后,操作员装入一个特殊的程序(此乃现代操作系统的前身),它负责从磁带上读入第一个
    作业(job,一个或一组程序)并运行,其输出写到第二个磁带上,而且不打印。每个作业结束后,操作系统自动的从
    磁带上读入下一个作业并且运行。当一整批的作业全部结束后,操作员去下输入和输出磁带,讲输入磁带换成下一批作
    业,并且把输出磁带拿到一台1041机器上进行脱机(不与主计算机联机)打印

    优点:批处理
    缺点: 1 图的中间还有俩小人  2 仍然是顺序计算

2.3 集成电路芯片和多道程序设计

针对二代计算机的两个主要问题

    开发出SPOOLING技术:
    卡片被拿到机房后能够很快的将作业从卡片读入磁盘,于是任何时刻当一个作业结束时,操作系统就能将一个作业从磁
    带读出,装进空出啦的内存区域运行,这种技术叫做同时的外部设备联机操作:SPOOLING该技术同时用于输出。当采
    用了这种技术后,就不在需要IBM1401机了,也不必将磁带搬来搬去了(中间俩小人失业了),强化了操作系统的功能

    开发出多道程序设计,用于解决顺序执行的问题:

    在7094机上(程序运行的机器),若当前作业因等待磁带或等待其他IO操作而暂停,CPU就处于休闲状态直至IO操作
    完成,对于CPU密集的科学计算,IO操作少,浪费时间不明显,对于商业数据处理,IO等待能到达80%~90%,所以必
    须解决CPU浪费的现象。

    解决方案:将内存分为几个部分,每一部分存放不同的作业,如图1-5所示。当一个作业等待IO完成时,另一个作业可以
    使用CPU,内存中放足够的作业,则CPU的利用率能接近100%

    此时的第三代计算机适合大型科学计算和繁忙的商务数据处理,但,本质上其仍是一个批处理系统。
    虽然解决了诸如以上问题,但多个作业必须在全部运行结束后,才能得到结果,从一个作业的提交到运算结果取回往往
    长达数小时。
    想象一个场景:A君 B君 C君 三个程序员同时在调试程序,一旦A君写错一个逗号,那么可能需要半天的时间才能看到结    果,因为B君C君的结果也同时运算出来了。时间必然要长。一言以蔽之:大家一起存作业,大家一起去数据(磁带)

    许多程序员怀念第一代独享的计算机,可以即时调试自己的程序。为了满足程序员们很快可以得到响应,出现了分时操作系统

    分时操作系统:多个联机终端+多道技术

    20个客户端同时加载到内存,有17在思考,3个在运行,cpu就采用多道的方式处理内存中的这3个程序,由于客户提交的一般    都是简短的指令而且很少有耗时长的,索引计算机能够为许多用户提供快速的交互式服务,所有的用户都以为自己独享了计    算机资源

2.4 个人计算机

随着大规模集成电路的发展,每平方厘米的硅片芯片上可以集成数千个晶体管,个人计算机的时代就此到来。

时间: 01-12

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