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第一章 计算机系统
一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。随着计算机技术的飞速发展，计算机的硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展，在计算机系统中，硬件与软件之间的分解线越来越模糊。计算机硬件和计算机软件既相互依存，又互为补充。可以这样说，硬件是计算机系统的躯体，软件是计算机的头脑和灵魂。 1.1 计算机系统的组成
计算机系统包括硬件和软件两大部分。
计算机硬件是整个系统运行的物理平台，是由电子类、机械类、光电类器件组成的各种计算机部件和设备的总称。
计算机软件是程序、要处理的数据及相关文档的总称。文档是指与程序开发、维护和使用有关的各种图文资料。软件系统可分为两大类：系统软件和应用软件。 计算机硬件系统和计算机软件系统共同组成一个完整的计算机系统。 1.2 计算机硬件系统
为了完成冯?诺依曼体型计算机的功能，计算机硬件系统必须具备五大基本部件，包括： ?输入数据和程序的输入设备 ?记忆程序和数据的存储器 ?完成数据加工处理的运算器 ?控制程序执行的控制器 ?输出处理结果的输出设备 运算器负责指令的执行；控制器的作用是协调并控制计算机的各个部件按程序中排好的指令序列执行指令的操作；存储器是具有记忆功能的器件，用于存放程序、需要用到的数据及运算结果；而输入输出设备则是负责从外部设备输入程序和数据，并将运算的结果送出。 1.运算器
运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit简称ALU）。它是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或等）。 2.控制器
控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其它各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地工作，一步一步地完成各种操作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。 硬件系统的核心是中央处理器（Central Processing Unit，简称 CPU）。它主要由控制器、运算器等组成，并采用大规模集成电路工艺制成的芯片，又称微处理器芯片。 3.存储器
存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。 4.输入设备
输入设备是给计算机输入信息的设备。它是重要的人机接口，负责将输入的信息（包括数据和指令）转换成计算机能识别的二进制代码，送入存储器保存。 5.输出设备
输出设备是输出计算机处理结果的设备。在大多数情况下，它将这些结果转换成便于人们识别的形式。
1.3 计算机软件系统
计算机软件系统包括可在计算机上运行的各种程序、数据及其有关文档。通常把计算机软件系统分为系统软件和应用软件。 1.系统软件
系统软件也称为系统程序，是完成对整个计算机系统进行调度、管理、监控及服务等功能的软件。利用系统程序的支持，用户只需使用简便的语言和符号就能编制程序，并使程序在计算机硬件系统上运行。系统程序能够合理地调度计算机系统的各种资源，使之得到高效率的使用，能监控和维护系统的运行状态，能帮助用户调试程序、查找程序中的错误等，大大减轻了用户管理计算机的负担。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、系统服务程序、标准库函数等。 2.应用软件
应用软件也称为应用程序，是专业软件公司针对应用领域的需求，为解决某些实际问题而研制开发的程序，或由用户根据需要自行编制的各种实用程序。应用程序通常需要系统软件的支持，才能在计算机硬件上有效运行。例如：企业生产管理系统、电子商务系统、财务管理软件、销售管理软件、库存管理软件等均属于应用软件。 第二章 操作系统概述
操作系统始终是计算机科学和工程的一个重要研究领域。一个新的操作系统往往是汇集计算机发展中一些传统的研究成果和技术，以及现代、当代计算机的科研成果的一组系统软件，它不仅很好地体现了计算机日益发展中的软件研究成果，而且也较好地体现了计算机的硬件技术发展及计算机系统结构改进的发展成果。操作系统课是计算机专业高年级学生的重点课程，是学生在学习了计算机的基础知识及计算机语言之后的一个新的重要的台阶。通过对操作系统的学习，学生就可以从对计算机的基本了解上升到对整体系统的软件、硬件体系的了解。
2.1 存储程序式计算机
人们在科学实验、生产斗争和社会实践中需要求解大量问题，如科学计算、数据处理及各种管理问题等。要解决这些问题，首先需要分析所研究的对象，提出对问题的形式化定义和给出求解方法的形式化描述。对问题的形式化定义叫做数学模型，而对问题求解方法的形式描述称为算法。其次是必须具备实现算法的工具或设施。我们将一个算法的实现叫做一次计算。显然，一个计算既与算法有关，也与实现该算法的工具有关。算法和实现算法的工具是密切联系在一起的，二者互相影响、互相促进。 2.2 操作系统的形成和发展
操作系统在现代计算机中起着相当重要的作用。它是由于客观的需要而产生，随着计算机技术的发展和计算机应用的日益广泛而逐渐发展和完善的。它的功能由弱到强，在计算机系统中的地位也不断提高，以致成为系统的核心。我们研究操作系统的形成和发展是用一种历史的观点去分析操作系统，以便从中体会到操作系统产生的必然性和促使它发展的根本原因。第一台电子计算机于1946年问世，此后，计算机在其运算速度、存储容量、外部设备的功能和种类等方面都有了惊人的发展和提高。 2.3 操作系统的基本概念
硬件是指组成计算机的任何机械的、磁性的、电子的装置或部件。硬件也称为硬设备，它是由中央处理机(包括指令系统、中断系统)、存储器(包括存储保护、存储管理部件)和外部设备等组成的。它们构成了系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和环境。由这些硬部件组成的机器称为裸机。然而用户最不喜欢裸机这种工作环境，因为裸机上没有任何一种可以协助他们解决问题的手段。用户提出的使用要求是多方面的，在功能上是非常复杂的，若把这一切都交给硬件完成，这不仅在硬件功能上做不到，在成本上也不合算，而且对于用户使用机器也造成了极大的障碍。因此，对用户提出的许多功能，特别是那些复杂而又灵活的功能
可以通过编制程序来实现。对这样一类特殊程序我们称之为计算机系统程序(或称系统软件)。为了方便用户使用计算机，通常为计算机配置各种系统软件去扩充机器的功能。此外，还有大量用于解决用户具体问题的应用程序，如用于计算、管理、控制等方面的程序。因此，软件就是为了方便用户和充分发挥计算机效能的各种程序的总称。 2.4 操作系统的特性及其应解决的基本问题
目前广泛使用的计算机仍然是以顺序计算为基础的存储程序式计算机。但是，为了充分利用计算机系统的资源，一般采用多个同时性用户分用的策略。以顺序计算为基础的计算机系统要完成并行处理的功能，必然导致并发共享的矛盾，以多道程序设计为基础的操作系统必然反映这一特征。另外，由于操作系统要随时处理各种意外事件，所以它也包含着不确定性的特性。
2.5 分析和设计操作系统的几种观点
操作系统是一种大型复杂的系统软件，为了系统地研究、分析它的基本功能、组成部分、工作过程以及体系结构，人们对这些问题常常从不同的角度采用不同的观点剖析它的结构，分析和实现它的功能。
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