1：操作系统导论

1.1操作系统的定义

•Anoperatingsystemactsanintermediarybetweenuserofacomputerandthecomputer
hardware.
◦ 操作系统充当计算机⽤⼾和计算机硬件之间的中介
•Thepurposeofanoperatingsystemistoprovideanenvironmentinwhichausercanexecute
programsinaconvenientandefficientmanner.
◦ 操作系统的⽬的是提供⼀个⽤⼾可以⽅便和有效地执⾏程序的环境
•Anoperatingsystemissoftwarethatmanagesthecomputerhardware.
◦ 操作系统是管理计算机硬件的软件

计算机操作系统的架构

1.2硬盘内部结构

磁头如何读写盘⽚数据？
•磁臂移动到指定的圈道
•等待要访问的数据点旋转到磁头下发
•读写操作：
◦ 读：将从磁盘上读到的磁性转化0或1
◦ 写：将0或1转化成相应的磁性写⼊磁盘

主引导扇区（BootSector）
•硬盘的0柱⾯、0磁头、1扇区称为主引导扇区，在这扇区⾥存放着⼀段代码：主引导记录MBR（MainBootRecord），它⽤于硬盘启动时将系统控制权转给⽤⼾指定的、在分区表中登记了某个操作系统分区

•MBR的内容是在硬盘分区时由分区软件写⼊该扇区的，MBR不属于任何⼀个操作系统，不随操作系统的不同⽽不同，即使不同，MBR也不会夹带操作系统的性质，具有公共引导的特性 Bootstrapofcomputer

•打开电源
•CPU将控制权交给BIOS（基本输⼊输出系统，存放在CMOS中）
•BIOS运⾏⼀个程序：通电⾃测试程序
•BIOS确认所有外部设备：硬盘或扩充卡
•BIOS找到磁盘的引导区，将其中的主引导程序bootloader装⼊内存。（主引导程序时⼀段代码，它可以将OS余下部分装⼊内存）
•引导操作系统结束，操作系统接管计算机
•操作系统等待事件发⽣…

1.3中断

•当有事件（Event）发⽣时，CPU会收到⼀个中断（Interrupt）信号，可以是硬中断也可以是软中
断
•CPU会停下正在做的事，转⽽执⾏中断处理程序，执⾏完毕会回到之前被中断的地⽅继续执⾏
•OperatingSystemisanInterruptdrivensystem
◦ 操作系统是⼀个由中断驱动的系统

1.4存储系统

•CPU负责将指令（Instruction）从内存（Memory）读⼊，所以程序必须在内存中才能运⾏
•内存以字节为存储单位，每个字节都有⼀个地址与之对应。通过load/store指令即可访问地址的内
存数据
◦ load：将内存输⼊读⼊到寄存器
◦ store：将寄存器数据写⼊到内存

IO设备 设备的控制器 设备驱动程序 IO子系统 计算机cpu

我新买一个IO设备，要安装这个设备的驱动程序，这样IO子系统才会通过驱动程序，来操作IO设备。

1.5处理器系统

单处理器系统：

•Single-processSystem
•只有⼀颗注CPU，执⾏通⽤指令集
•带有其他专⽤处理器，为特定设备服务，如：磁盘、键盘、图形控制器等

注意其他专用的CPU是指：比如会专门有一个监听键盘操作的CPU，当你操作键盘的时候，这个CPU会处理你的键入信息。并不会让主CPU来处理，主CPU主要是干应用程序里的工作。

◦ 它们能够执⾏的指令有限，不处理⽤⼾进程
◦ 操作系统会向它们发出任务，并监控它们的状态

多处理器系统：

•Multiprocessor/MulticoreSystem
•有两个或多个紧密通信的CPU，它们共享计算机总线、时钟、内存和外设等

非对称处理：虽然有多个CPU但是其中有一个主要的CPU，当处理的任务很复杂的时候，就交给主要的CPU处理。

对称处理：每个CPU性能都差不多。

集群系统：

•ClusteredSystem
•该系统由若⼲节点（Node）通过⽹络连接在⼀起，每个节点可为单处理器系统或多处理器系统，
节点之间是松耦合（looselycoupled）关系

◦ ⾼可⽤性（highavailability）

每个节点之间的关系是松耦合关系：即两个计算机之间的关系并不是非常的紧密，其中一个宕机了，并不会影响另一个，其他计算机仍然可以继续完成宕机计算机的任务。

◦ ⾼性能计算（high-performancecomputing）

1.6：操作系统结构

单道单⽤⼾模式

多道程序设计

•操作系统最重要的⼀点是具有多道程序能⼒
•单道程序不能让CPU和IO设备始终忙碌，多道程序设计通过安排任务使⽤的CPU总有⼀个执⾏任
务，从⽽提⾼CPU利⽤率
•实现的硬件保证：处理器和IO设备具备并⾏⼯作的能⼒

分时系统

小结：

为什么只有将任务放到内存上才会被执行。

在计算机系统中，任务的执行需要通过将其加载到内存中进行操作。这是因为内存（RAM）是计算机中用于存储和执行程序的主要组件之一。

当你启动一个程序或执行一个任务时，操作系统会将程序的相关代码和数据从存储设备（如硬盘）加载到内存中。内存的特点是读写速度快，可以快速访问和处理数据，因此将任务加载到内存中可以提供更高的执行效率。

另外，CPU（中央处理器）是执行计算机指令的核心部件，它从内存中读取指令并执行相应的操作。如果任务未加载到内存中，CPU 就无法访问和执行相关的指令和数据。因此，将任务放到内存上是为了确保CPU可以正确地执行任务。

此外，内存还提供了多个程序之间共享数据的机制。多个任务可以同时加载到内存中，并通过共享内存中的数据进行通信和交互。

总而言之，将任务放到内存上执行是为了实现快速访问和处理数据、确保CPU可以执行相关指令，并提供多任务间的数据共享机制。