习题1
1.计算机系统主要由哪些部分组成?
计算机系统是一种可以按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统包括硬件子系统和软件子系统。
2.什么是操作系统(OS)? 它的主要功能是什么?
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，该软件由若干程序模块组成，它的作用是有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源， 合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能， 使得用户能够灵活、 方便地使用计算机， 并使整个计算机系统能高效地运行。 操作系统是计算机系统中的一个极为重要的部分， 是系统软件中首要和必不可少的部分。
3.在计算机系统中操作系统处于什么地位?
操作系统是裸机之上的第一层软件，它只在核心态模式下运行，受硬件保护，与硬件关系尤为密切。操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，其他所有软件都建立在操作系统之上。操作系统对它们既具有支配权力，又为其运行建造必备环境。
4.何谓脱机I/O和联机I/O?
脱机I/O是指输入/输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O，主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。
联机I/O是指作业的输入、调入内存及结果输出都在CPU直接控制下进行。
7.操作系统的基本特征是什么?
操作系统的主要特征有以下3个方面：
⑴并发性 指在计算机系统中同时存在若干个运行着的程序，从宏观上看，这些程序在同时镶嵌推进。
⑵共享性 指操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源。
⑶随机性 操作系统是在一种随机的环境下运行的，操作系统不能对所运行的程序的行为以及硬件设备的情况做出任何事先的假定。
8.解释以下术语: 硬件、软件、多道程序设计、并发、吞吐量、分时、实时，系统调用。
硬件：指计算机物理装置本身，它是计算机系统的物理基础。如CPU、内存、设备等。
软件：是相对硬件而言的，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则及相关文档资料的总称。软件是计算机执行的程序。
多道程序设计：在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。
并发：是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。它是宏观上的概念。
吞吐量：在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。
分时：就是对时间的共享。在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。
实时：表示“及时”或“即时”。
系统调用：是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。每一个子功能称作一条系统调用命令。它是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。
10.你熟悉哪些操作系统? 想一想: 在上机操作过程中,操作系统怎样为用户提供服务?
Windows 2000，Windows XP，UNIX或Linux。在上机工作过程中，操作系统为用户提供的服务包括：命令和数据输入/输出的管理，内存的分配，用户文件的管理，CPU的分配，设备管理等。
11.叙述操作系统在资源管理方面的各种功能。
从资源管理的角度看，操作系统的主要功能是提供一些机制去协调程序间的竞争、对资源进行合理使用、施加保护，以及采取虚拟技术来 “扩充 ”资源等
12.什么是处理机的核心态和用户态? 为什么要设置这两种不同的状态?
当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它有较高的特权，可以执行所有的指令，包括一般用户程序中不能使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问、启动I/O操作等。
用户程序是在用户态下执行，它的权限较低，只能执行指令集中非特权指令。
设置这两种不同状态的目的是为了保护操作系统程序（特别是其内核部分），防止受到用户程序的损害。
13.下列哪些指令应该只在核心态下执行?
①屏蔽所有中断 ②读时钟日期 ③设置时钟日期 ④改变指令地址寄存器的内容 ⑤启动打印机 ⑥清内存
只在核心态下执行的指令有：①屏蔽所有中断。③设置时钟日期。⑤启动打印机。⑥清内存。
14.设计实时操作系统必须首先考虑的因素是什么?
实时系统的一个重要特征就是对时间的严格限制和要求。实时系统的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率。所以，设计实时操作系统必须首先考虑处理各种事件的时间限制。
15.试说明特权指令和系统调用之间的区别和联系。
特权指令是一类只能在核心态下执行的机器指令。而系统调用不是机器指令，它往往以函数调用的形式出现，实现操作系统提供的子功能，它是操作系统与用户的编程接口。在用户程序中可以使用系统调用来获得操作系统服务。
在系统调用代码中可以使用特权指令。
16.设计操作系统时采用层次结构有什么好处?
①结构关系清晰，提高系统的可靠性和安全性。②各层模块的功能明确，提高系统的可扩充性和可移植性。③各层间具有单向依赖性，增强系统的可维护性。④符合软件工程的思想，便于实施研制开发。
18. 采用微内核模式设计系统的主要优点是什么?
①精减核心的功能，提供了一种简单的高度模块化的体系结构，提高了系统设计及使用的灵活性。②可移植性好。所有与具体机器特征相关的代码，全部隔离在微内核中。③可伸缩性好。操作系统能方便地进行定制、扩充或缩减，以适应硬件的快速更新和应用需求的不断变化。④实时性好。微内核可以方便地支持实时处理。⑤提供多线程机制，支持多处理器的体系结构和分布式系统及计算机网络。⑥系统安全性好。传统的操作系统将安全性功能建立在内核之外，因而它并不是很安全的。而微内核则将安全性作为系统内特性来进行设计。