2023計算機導論計算機操作系統CATALOGUE目錄計算機系統概述操作系統概述進程管理存儲管理文件系統設備管理用戶接口01計算機系統概述1計算機系統的基本組成23包括中央處理器、內存、硬盤、顯卡等，是計算機系統的物理基礎。計算機硬件包括操作系統、應用程序、數據庫等，是計算機系統的非物質基礎。計算機軟件包括鍵盤、鼠標、顯示器等，是人與計算機系統之間的接口。人機交互界面計算機硬件的基本構成也稱為CPU，是計算機系統的核心，負責執行計算任務。中央處理器內存硬盤顯卡用于存儲正在處理的數據和程序。用于存儲長期數據和操作系統。用于處理圖像和視頻數據。是計算機系統的基本軟件，負責管理硬件資源，并提供其他軟件運行的環境。操作系統應用程序數據庫包括辦公軟件、游戲軟件、瀏覽器等，用于實現特定的功能。用于存儲、管理、檢索數據。03計算機軟件的基本構成020102操作系統概述操作系統是計算機系統中的核心系統軟件，負責管理和控制計算機硬件和軟件資源。定義操作系統的主要功能包括進程管理、內存管理、文件系統管理、設備管理和用戶界面管理等。功能操作系統的定義和功能03實時操作系統適用于需要快速響應的控制系統和嵌入式系統，具有較高的可靠性和穩定性。操作系統的分類01批處理操作系統適用于大規模、大批量的數據處理，能夠將作業按照順序排隊，自動執行并輸出結果。02分時操作系統允許多個用戶同時使用計算機，每個用戶都可以在自己的終端上工作，具有較高的交互性和實時性。進程管理操作系統通過進程來管理和控制計算機資源，進程是計算機中的程序關于某個數據集合上的一次運行活動，包括程序代碼、數據和系統資源。操作系統負責管理和分配內存資源，采用虛擬內存技術，將內存分為多個邏輯段，實現內存的動態分配和釋放。操作系統通過文件系統來組織和存儲計算機中的數據和程序，包括文件的創建、讀寫、修改和刪除等操作。操作系統負責管理和控制計算機中的設備資源，包括輸入輸出設備、存儲設備和網絡設備等。操作系統提供用戶界面來與計算機進行交互，包括命令行界面、圖形界面和聲音界面等。操作系統的基本原理內存管理設備管理用戶界面管理文件系統管理03進程管理進程定義進程是計算機中的程序關于某個數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位。進程的基本概念進程狀態進程具有就緒、等待、運行、結束等狀態，這些狀態之間的轉換構成了進程的生命周期。進程控制塊進程控制塊是系統為了管理和控制進程而設立的一個專門的數據結構，其中包含了進程的各個方面的信息。進程調度01進程調度是操作系統內核的一部分，負責在就緒隊列中按照某種算法（如先來先服務、短作業優先等）選擇一個進程來執行。進程的調度和管理進程切換02當一個進程被調度時，它需要從用戶態切換到內核態，并把自己的寄存器等信息保存到內核棧中；當它執行完成后，需要從內核態切換回用戶態，并恢復之前保存的寄存器等信息。進程創建和終止03進程可以通過系統調用的方式進行創建和終止，其中創建進程需要為新進程分配資源，而終止進程需要回收其占用的資源。進程同步是用來控制多個進程之間協同工作的機制，其中最常用的方式是使用信號量和條件變量等同步原語。進程同步消息傳遞是一種實現進程間通信的機制，它可以在不同的進程之間傳遞數據，并保證數據的可靠性和安全性。消息傳遞共享內存是一種實現進程間通信的高效方式，它允許多個進程共享一段內存空間，從而可以直接讀寫其中的數據。共享內存進程的同步和通信04存儲管理存儲管理涉及對計算機系統中存儲器的管理，包括內存、硬盤、緩存等。存儲器存儲管理的基本概念用于管理存儲器的硬件和軟件組件，包括內存管理單元（MMU）和存儲控制單元（SCU）。存儲管理單元存儲管理系統應具備的功能包括分配和回收存儲空間、保護存儲數據、實現存儲共享等。存儲管理系統的功能分段的基本概念存儲管理系統需要為每個段分配相應的存儲空間，并在段不再需要時將其回收。段的分配與回收段的共享與保護分段存儲管理分段技術可以實現多個程序共享同一物理內存，但需要確保各段之間的數據安全和隔離。分段是一種將程序劃分為多個邏輯獨立部分的技術，每個部分稱為一個段。分頁是一種將程序劃分為多個等大小頁面（頁）的技術。分頁的基本概念存儲管理系統需要為每個頁分配相應的存儲空間，并在頁不再需要時將其回收。頁的分配與回收分頁技術可以實現多個程序共享同一物理內存，但需要確保各頁之間的數據安全和隔離。頁的共享與保護分頁存儲管理虛擬存儲的基本概念虛擬存儲是一種將內存和硬盤視為統一存儲空間的技術。虛擬存儲的實現虛擬存儲通過將程序的一部分移至硬盤上實現，當程序需要訪問這部分數據時再將其加載到內存中。虛擬存儲的優勢虛擬存儲可以擴大內存容量、提高內存利用率、實現動態加載等優勢。虛擬存儲管理05文件系統文件文件是操作系統中最重要的抽象概念之一，它是一個有序的數據序列，被組織在一起并存儲在磁盤或其他存儲設備上。每個文件都有一個唯一的名稱和類型，以便用戶識別和分類。文件系統的基本概念目錄目錄是用于組織和管理文件的一種結構，它允許用戶按照邏輯關系將文件組合在一起。目錄也被存儲在磁盤上，并可以包含子目錄和文件。文件路徑文件路徑是指向文件的引用，它指定了文件在目錄結構中的位置。路徑可以是相對路徑或絕對路徑。相對路徑是從當前工作目錄開始的路徑，而絕對路徑是從文件系統根目錄開始的路徑。大多數操作系統采用層次結構來組織文件和目錄。這種結構類似于一棵樹，其中根目錄是所有文件和目錄的起點，每個子目錄都是其父目錄的一個子項。這種結構允許用戶在目錄結構中輕松地導航和查找文件。文件系統的組織結構文件夾是用于組織文件和子目錄的一種結構。它們允許用戶將相關的文件和目錄組合在一起，以便更容易地管理和訪問。子文件夾是文件夾中的子目錄，可以進一步嵌套以增加組織的深度。為了確保文件名的唯一性，操作系統通常對文件名有一些限制。例如，文件名通常不能包含某些特殊字符或空格，并且不同的文件名之間應該避免混淆。此外，某些字符組合可能會被保留用于表示特殊含義，例如“.”用于表示目錄和文件的區分。文件系統的層次結構文件夾和子文件夾文件命名規則文件系統的操作和管理文件系統提供了各種操作來創建、讀取、寫入和刪除文件。例如，可以使用“創建”操作來創建一個新的空文件，使用“讀取”操作來讀取文件的內容，使用“寫入”操作來向文件中添加新數據，使用“刪除”操作來永久刪除文件。文件的創建、讀取、寫入和刪除文件系統通常支持為文件設置屬性，例如只讀、隱藏、系統和存檔屬性。這些屬性可以用于控制文件的訪問權限和其他行為。例如，只讀屬性可以防止文件被修改，隱藏屬性可以隱藏文件以免被普通用戶訪問。文件的屬性06設備管理設備管理的基本概念設備管理的目標設備管理的目標是提高設備的利用率、減少設備的故障率、保證設備的穩定性和可靠性，同時提高系統的整體性能。設備分類計算機設備可以分為輸入設備、輸出設備、存儲設備、運算器、控制器等，每種設備都有其特定的功能和用途。設備管理定義設備管理是對計算機系統中硬件設備進行配置、使用和維護，以實現系統資源的高效利用和系統性能最優化的過程。驅動程序的功能驅動程序的主要功能包括設備的初始化、設備的控制和設備的狀態監控。驅動程序的分類根據設備的類型和功能，驅動程序可以分為顯卡驅動程序、聲卡驅動程序、網卡驅動程序等。驅動程序定義設備的驅動程序是一種特殊的軟件程序，它負責與硬件設備進行交互，實現對設備的控制和操作。設備的驅動程序設備分配是指根據一定的策略和算法，將系統中的設備分配給用戶或者進程使用。設備分配的定義設備分配應該遵循公平性、高效性和穩定性原則。設備分配的原則設備調度是指根據一定的策略和算法，對系統中設備的操作進行安排和管理。設備調度的定義設備的分配和調度07用戶接口用戶接口定義用戶接口是計算機系統提供給用戶與計算機進行交互的一種方式，它允許用戶通過輸入指令或數據來與計算機進行交互。用戶接口類型用戶接口主要分為命令行接口和圖形用戶接口兩種類型。用戶接口的基本概念命令行接口要點三命令行接口概念命令行接口是一種基于文本的用戶接口，用戶通過輸入特定的命令來與計算機進行交互。要點一要點二命令行接口的優點命令行接口具有高效、靈活、可擴展性強等優點，適合于需要頻繁使用高級命令的用戶。常見的命令行接口常見的命令行接口包括Unix/Linux