### 计算机操作系统知识点详解
#### 一、操作系统的目标与作用
1. **设计现代操作系统的四大目标**：
- **方便性**：提供友好的用户界面，简化用户操作。
- **有效性**：高效地管理和利用系统资源，提高系统整体性能。
- **可扩充性**：支持新硬件和新技术的加入，保持系统的灵活性和适应性。
- **开放性**：遵循国际标准，便于不同系统间的互联互通。
2. **操作系统的三大作用**：
- **作为用户与计算机硬件系统之间的接口**：提供命令行或图形化的用户界面，让用户能够更直观地与计算机交互。
- **作为计算机系统资源的管理者**：负责分配和管理包括处理器、内存、外设在内的各种资源。
- **作为扩充机器**：通过软件手段增强硬件的功能，如虚拟内存技术。
#### 二、多道批处理系统的发展动力
- **主要动力**：不断提高计算机资源利用率和系统吞吐量的需要。
- 资源利用率：确保所有系统资源（如CPU、内存、磁盘）都能被充分利用，减少空闲时间。
- 系统吞吐量：单位时间内完成的工作量最大化。
#### 三、脱机I/O与联机I/O
1. **脱机I/O**：
- 定义：为了解决人机矛盾及CPU与I/O设备之间速度不匹配的问题而提出的技术。
- 特点：通过外围机预先将数据写入磁带，再由磁带高速传输到内存，减少CPU等待时间。
- 目的：提高I/O速度，降低CPU等待时间。
2. **联机I/O**：
- 定义：在主机控制下进行的输入输出操作。
- 特点：直接在主机控制下进行数据的输入输出，适用于需要实时响应的场景。
#### 四、分时系统的发展动力
- **主要动力**：用户的需要，特别是提高人机交互体验的需求。
- 人机交互：允许多个用户同时通过终端与主机交互。
- 共享主机：多个用户可以共享主机资源，提高资源利用率。
- 用户上机便捷性：简化用户上机流程，提高用户体验。
#### 五、实时任务与实时系统的分类
1. **实时任务的类型**：
- **周期性实时任务**：定期执行的任务。
- **非周期性实时任务**：不定期执行的任务。
- **硬实时任务**：必须在规定的截止时间内完成。
- **软实时任务**：尽可能在截止时间内完成，但超时影响不大。
2. **实时系统的类型**：
- **实时控制系统**：用于实时监控和控制外部物理过程。
- **实时信息处理系统**：用于处理实时数据流，例如金融交易系统。
#### 六、实现多道程序的关键问题
- **需解决的问题**：
- 处理机管理：合理分配处理器时间片，确保多个进程公平运行。
- 内存管理：有效分配内存空间，避免内存碎片。
- I/O设备管理：合理安排I/O操作，提高I/O效率。
- 文件管理：高效存储和检索文件。
- 作业管理：根据优先级和策略调度作业。
#### 七、单道与多道批处理系统的对比
1. **特点对比**：
- **单道批处理系统**：自动性、顺序性、单道性。
- **多道批处理系统**：调度性、无序性、多道性。
2. **优缺点对比**：
- **单道批处理系统**：资源利用率较低，无法充分利用硬件资源。
- **多道批处理系统**：资源利用率高，系统吞吐量大；但平均周转时间较长，缺乏交互能力。
#### 八、分时系统的关键问题
- **关键问题**：及时接收和及时处理用户请求。
- 及时接收：通过多路卡技术实现多个用户同时输入。
- 及时处理：确保所有用户作业能在短时间内得到运行机会。
#### 九、实时操作系统的引入原因
- **主要原因**：更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需求。
#### 十、操作系统的特征
- **主要特征**：并发、共享、虚拟、异步性。
- 并发和共享是最基本的特征，支持多个进程同时运行并共享资源。
#### 十一、内存管理的主要功能与任务
- **主要功能**：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
- 内存分配：为程序分配内存空间，提高内存利用率。
- 内存保护：防止程序间相互干扰。
- 地址映射：将逻辑地址转换为物理地址。
- 内存扩充：通过虚拟内存技术增加可用内存容量。
#### 十二、处理机管理的功能与任务
- **主要功能**：进程控制、进程同步、进程通信和调度。
- 进程控制：创建、撤销进程，控制进程状态转换。
- 进程同步：协调进程间的运行顺序。
- 进程通信：实现进程间的数据交换。
- 调度：作业调度和进程调度，确保资源合理分配。
#### 十三、设备管理的主要功能与任务
- **主要功能**：缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备。
- 缓冲管理：缓解I/O设备与CPU速度差异。
- 设备分配：合理分配I/O设备。
- 设备处理：控制I/O设备的操作。
- 虚拟设备：通过共享设备模拟独占设备，提高设备利用率。
