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作業系統概論 Operating System Concepts 第二版 (2nd Edition) 賈蓉生 胡大源 林金池 編著 PowerPoint Presentation
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  1. 作業系統概論 Operating System Concepts 第二版(2nd Edition) 賈蓉生 胡大源 林金池 編著

  2. 第一章導讀(Introduction) • 1-1 簡介 • 1-2 本書主要內容 • 1-3 Java 系統程式 • 1-4 專有名詞索引 • 1-5 習作習題 • 1-6 光碟使用

  3. 1-1 簡介 • 作業系統(Operating System) 是學習電腦的基礎課目,內容含及電腦系統之結構、執行管理、儲存管理、資料傳遞、網路應用、與保護安全等項目。在未來學習電腦的大道上,這些項目提供了一個輪廓,可令讀者胸有成竹地向前邁進。

  4. 1-2 本書主要內容 • 本書內容概分七篇,內容包括概論、行程管理、儲存管理、輸入輸出、分散式系統、保護與安全、與應用系統。

  5. 1-3 Java 系統程式 • 本書內容是人與機器間之介面--作業系統(Operating System),其中有許多觀念的描述(Descriptions)、執行方法的演算(Algorithms) 等均需以一個眾所認同的語言型態來表示,本書採用具有物件導向意義(Object-Oriented Approach) 之Java語言。有關Java系統之架構,讀者可參閱本書第二十四章。

  6. 1-4 專有名詞索引 • 為了幫助讀者整理專有名詞,本書編輯中文專有名詞索引約1,000個(如附錄D),以筆劃查閱;英文專有名詞索引約1,000個(如附錄E),以字母查閱。其中質量幾已涵蓋所有中英文專有名詞,足夠儲備讀者未來閱讀原文書籍或期刊的能力。

  7. 1-5 習作習題 • 作業系統是學習電腦的基礎課目,也是各重點考試的必考科目,如升學考試、公職考試、甚或求職考試等。本書將各章節重點內容整理成各類考題,對準備考試有最全面性、深入性的幫助。有關習題答案,讀者可向碁峄圖資公司或作者以E-Mail直接索取。

  8. 1-6 光碟使用 • 本書隨書附光碟一片,內容有Java安裝程式(System)、範例應用程式(Program);另於出版書局附教學光碟一片,內容有教學投影(Ppt)、習題解答(Ex)、Java安裝程式(System)、範例應用程式(Program)。

  9. 第一篇導論(Over View) • 作業系統(Operating) 是一組系統程式(System Program),介於使用者(User) 與電腦硬體(Hardware) 之間,幫助使用者方便使用,監督電腦有效執行。 • 作業系統內容複雜,範圍龐大,為了讓讀者在深入研讀之前,有一粗略全盤概念的認識,本篇就基礎觀念、電腦系統結構、與作業系統架構先作介紹。

  10. 第二章基礎概念(Introduction) • 2-1 簡介 • 2-2 大型電腦系統(Mainframe Systems) • 2-3 微型電腦系統(Microcomputer Systems) • 2-4 多處理器系統(Multiprocessor System) • 2-5 分散式系統(Distributed System) • 2-6 習題(Exercises)

  11. 2-1 簡介 • 作業系統(Operating System) 是一組系統程式,用於支配(manage) 電腦本機硬體及週邊設備等資源之使用,並促進使用者方便使用(conveniently)、有效使用(efficiently)。

  12. 圖2-1

  13. 2-2 大型電腦系統(Mainframe Systems) • 通常大型電腦具有強大綜合性的功能(如IBM370),可同時執行單一工作(Job)、或多個工作,因不同之需求,作業系統可類分為批次系統(Batch Systems)、即時系統(Real-Time Systems)、多工系統(Multi-programmed Systems)、與分時系統(Time-Sharing Systems) 等。

  14. 2-3 微型電腦系統(Microcomputer Systems) • 微型電腦有:個人桌上型電腦系統(PC或稱Desktop)、筆記型電腦系統(Notebook或稱Laptop)、手持式電腦系統(Handheld) 等。 • PC微型電腦快速發展於1970s年代,與大型電腦(Mainframe) 比較,微型電腦硬體資源較少但便宜;使用者單純,通常是由一個使用者霸佔使用。因此其作業系統之設計自與大型電腦不同。

  15. 2-4 多處理器系統(Multiprocessor System) • 一台電腦一個CPU處理器(Central Processing Unit),既使是新型電腦亦多是如此配置,擁有一個主CPU處理器。一台電腦若擁有多個處理器,其作業系統將對應於多處理器系統(Multiprocessor System), • 多處理器系統可類分為對稱多處理器系統(Symmetric Multiprocessing)與非對稱多處理器系統(Asymmetric Multiprocessing)。

  16. 圖2-4-1

  17. 圖2-4-2

  18. 2-5 分散式系統(Distributed System) • 個人電腦有其獨立的處理器與硬體裝置資源,應用網路連接,將散置各處的電腦藉由分散式作業系統合作執行指定的工作,如此安排是謂 “分散式系統(Distributed System)。

  19. 圖2-5-1

  20. 圖2-5-2

  21. 2-6 習題(Exercises) • 1、何謂作業系統? • 2、一套完整之電腦系統可概分那四組區塊? • 3、何謂批次系統(Batch Systems)? • 4、何謂即時系統(Real-Time Systems)? • 5、何謂多工系統(Multiprogrammed Systems)? • 6、何謂分時系統(Time-Sharing Systems)? • 7、微型電腦有那些? • 8、多處理器的優點為何? • 9、何謂分散式系統(Distributed System)。 • 10、網路應用範圍可分為幾類? • 11、網路之連接技術可分為幾類? • 12、分散式系統在功能分配上可類分為幾類?

  22. 第三章電腦系統結構(Computer SystemStructure) • 3-1 簡介 • 3-2 起始操作(Start Running) • 3-3 中斷(Interrupt) • 3-4 輸入輸出架構(I/O Structure) • 3-5儲存架構(Storage Structure) • 3-6硬體保護(Hardware Protection) • 3-6-1 輸入輸出保護(I/O Protection) • 3-6-2 記憶體保護(Memory Protection) • 3-6-3 中央處理器保護(CPU Protection) • 3-7網路架構(Network Structure) • 3-7-1 區域網域(Local-Area Network) • 3-7-2 廣域網域(Wide-Area Network) • 3-8 習題(Exercises) • 3-9範例系統程式(Programming) • 3-9-1中斷例外處理(模擬3-3節)

  23. 3-1 簡介 • 在我們深入探討電腦作業系統之前,有些關於電腦的基本系統結構須先有一概念性的了解,本章將粗略討論電腦系統結構,內容如起動(StartUp)、輸入/輸出(I/O)、儲存(Storage) 等,及計算機結構(Computer Architecture) 與作業系統(Operating System)間之互動架構。

  24. 3-2 起始操作(Start Running) • 當開啟電腦的同時,即啟動 “初始程式(Initial Program 或稱Bootstrap Program” ),為求快捷,此程式特置於唯讀記憶體中(ROM Ready-Only Memory),初始啟動CPU、裝置控制器(Device Controllers)、傳導器(Adapters)、與記憶體(Memory)。初始程式將作業系統(Operating System) 載入記憶體作核心運行(Kernel)。

  25. 圖3-2

  26. 圖3-3

  27. 3-4 輸入輸出架構(I/O Structure) • 當某裝置要求執行資料輸入輸出(I/O) 時,CPU載入該裝置控制器內之特殊功能暫存器,由作業系統導引中斷(Interrupt) 執行資料的輸入輸出。

  28. I/O中斷可類分為同步I/O(Synchronous) 如圖3-4-1、與非同步I/O(Asynchronous) 如圖3-4-2 圖3-4-1 圖3-4-2

  29. 圖3-4-3

  30. 3-5儲存架構(Storage Structure) • CPU是電腦的執行中樞,直接對主記憶體(Main Memory) 隨機存取(random access)資料,典型的指令執行週期(Instruction Execution Cycle) 如范紐曼(Von Neumann) 所提出之執行架構(如圖3-5-1)

  31. 圖3-5-1

  32. 圖3-5-2

  33. 3-6硬體保護(Hardware Protection) • 一台電腦硬體受傷害的原因來自電腦本身的機會不大,多是來自人為程式的錯誤,受傷害的硬體亦多是發生於I/O系統、記憶體、或CPU。因此所謂電腦硬體保護Hardware Protection) 就是摒除人為程式的錯誤,而保護的對象為: (1) I/O系統(I/O)、(2) 記憶體(Memory)、(3) 中央處理器(CPU)。

  34. 3-6-1 輸入輸出保護(I/O Protection) • 使用者(Users) 可利用輸入輸出的機會,傳遞非法指令(illegal Instructions)、或資料(Data),非法進入系統程式(Operating System) 領域執行破壞行為,為了避免如此傷害行為,所有的輸入輸出指令(I/O Instructions) 均定義納入系統模式(System Mode)。

  35. 圖3-6-1

  36. 3-6-2 記憶體保護(Memory Protection) • 當使用者之工作程序進入記憶體後,作業系統以兩個暫存器鎖定記憶體之使用範圍,基底暫存器(Base Register)存置起始地址(Address);限制暫存器(Limit Register)存置範圍距離,如圖3-6-2

  37. 圖3-6-2

  38. 3-6-3 中央處理器保護(CPU Protection) • CPU的保護機制是在設定CPU之使用時間,作業系統對每一進入CPU之程式作使用時間設定,超過該設定時間即判定為非法無限迴圈,從CPU踢出該程式,執行CPU保護。

  39. 3-7網路架構(Network Structure) • 多台電腦以網路連通,相互支援程序執行與檔案存取,是謂 “網路架構(Network Structure)。常見的網路架構有:小範圍區域網域(LAN Local-Area Network)、與大範圍廣域網域(WAN Wide-Area Network)。

  40. 3-8 習題(Exercises) • 1、何謂核心運行(Kernel)? • 2、何謂事件中斷(Event Interrupt)? • 3、中斷表(Table of Interrupt) 與中斷程序之關係為何? • 4、何謂同步I/O中斷? • 5、何謂非同步I/O中斷? • 6、記憶體直接存取方法(DMA) 的使用條件為何? • 7、主記憶體與CPU的關係為何? • 8、主記憶體有那些無法克服的困難? • 9、何謂快取記憶體(Cache)? • 10、硬體傷害常發生在那些裝置上? • 11、何謂雙模操作法? • 12、如何作I/O保護? • 13、如何作記憶體保護? • 14、如何作CPU保護? • 15、何謂區域網域(LAN)? • 16、何謂廣域網域(WAN)?

  41. 第四章 作業系統架構(Operating System Structure) • 4-1 簡介 • 4-2 系統組成要件(System Components) • 4-2-1行程管理(Process Management) • 4-2-2主記憶體管理(Main Memory Management) • 4-2-3檔案管理(File Management) • 4-2-4輸入輸出系統管理(I/O System Management) • 4-2-5輔助記憶體管理(Secondary Storage Management) • 4-2-6網路連通管理(Networking Management) • 4-2-7保護系統管理(Protection Management) • 4-2-8介面指令管理(Shell Command Interpreter Management) • 4-3 作業系統服務(Operating System Services) • 4-4 系統呼叫(System Calls) • 4-5 系統程式(System Programs) • 4-6 應用程式(Application Programs) • 4-7 系統架構(System Structure) • 4-7-1 簡易架構(Simple Structure) • 4-7-2 階層架構(Layered Approach) • 4-7-3 微核心(Microkernel) • 4-7-4 模組架構(Modules) • 4-8 虛擬機器(Virtual Machines) • 4-9 系統設計與編寫(System Design and Implementation) • 4-10 檢選系統(System Generation) • 4-11 開機系統(System Boot) • 4-12 習題(Exercises)

  42. 4-1 簡介 • 作業系統是一個非常龐大且複雜的程式,如果沒有一系列井然有序的描述,將不易了解,本章就其組成要件、服務、程式架構、系統程式、應用程式、設計規範、開機系統等,作輪廓描述,讓讀者先有清晰概念,本書將於爾後各章節詳細敘述。

  43. 4-2 系統組成要件(System Components) • 作業系統(Operating System) 即龐大又複雜,本節就其功能性(如圖4-2-1) 將系統類分成程序管理(Process Management)、主記憶體管理(Main Memory Management)、檔案管理(File Management)、輸入輸出管理(I/O Management)、輔助記憶體(Secondary Storage Management)、網路連通管理(Networking Management)、保護管理(Protection Management)、指令解釋管理(Command Interpreter Management),並作概念描述。

  44. 圖4-2-1

  45. 4-3 作業系統服務(Operating System Services) • 電腦能有效執行,有賴於作業系統的有效運行,作業系統不僅要提供使用者最佳的服務(Services),也要對作業系統自己提供最佳的可信度。

  46. 4-4 系統呼叫(System Calls) • 當行程(Process) 衝撞系統時,行程要求系統呼應執行是謂 “系統呼叫(System Call)”。除了低階語言(如組合語言Assembly Language) 與少數高階語言之某些狀況外,為了保護系統安全,一般高階語言均不被允許直接(Directly)作系統呼叫。

  47. 圖4-4-1

  48. 圖4-4-2

  49. 圖4-4-3

  50. 4-5 系統程式(System Programs) • 回憶圖2-1,最底層是電腦硬體(Hardware),其次是作業系統(Operating System),再其次即是系統程式(System Programs) 與應用程式(Application Programs)。系統程式(System Programs) 提供使用者程式(User’s Program) 一個良好的執行環境,亦即使用者與系統程式間的介面(Interface),可藉系統呼叫(System Call) 或其他方式執行