操作系統控制電腦 電腦系統操作方式 OS規定了合理操作電腦的工作流程，OS的操作介面——系統程式，OS提供給用戶的功能級介面，為用戶提供的解決操作電腦和計算共性問題的所有服務的集合，OS的兩類作業級介面：離線作業控制方式，作業控制語言；聯機作業控制方式，操作控制命令 離線作業控制方式 + O ...
操作系統控制電腦
電腦系統操作方式
OS規定了合理操作電腦的工作流程，OS的操作介面——系統程式，OS提供給用戶的功能級介面，為用戶提供的解決操作電腦和計算共性問題的所有服務的集合，OS的兩類作業級介面：離線作業控制方式，作業控制語言；聯機作業控制方式，操作控制命令
離線作業控制方式
- OS：提供作業說明語言
- 用戶：編寫作業說明書，確定作業加工控制步驟，並與程式數據一併提交
- 操作員：通過控制台輸入作業
- OS：通過作業控製程序自動控製作業的執行
- 例：批處理OS的作業控制方式，UNIX的shell程式，DOS的bat文件
聯機作業控制方式
- 電腦：提供終端（鍵盤/顯示器）
- 用戶：登錄系統
- OS：提供命令解釋程式
- 用戶：聯機輸入命令，直接控製作業步的執行
- 例：分時OS的交互控制方式
命令解釋程式
命令解釋程式：接受和執行一條用戶提出的對作業的加工處理命令，當一個新的批作業被啟動，或新的交互型用戶登錄進系統時，系統就自動地執行命令解釋程式，負責讀入控制卡或命令行，作出相應解釋，並予以執行，會話語言：可編程的命令解釋程式，圖形化的命令控制方式，多通道交互的命令控制方式
命令解釋程式的處理過程
OS啟動命令解釋程式，輸出命令提示符，等待鍵盤中斷/滑鼠點擊/多通道識別，每當用戶輸入一條命令(暫存在命令緩衝區)並按回車換行時，申請中斷，CPU響應後，將控制權交給命令解釋程式，接著讀入命令緩衝區內容，分析命令、接受參數，執行處理代碼，前臺命令執行結束後，再次輸出命令提示符，等待下一條命令，後臺命令處理啟動後，即可接收下條命令
人機交互
操作系統的人機交互部分
OS改善人機界面，為用戶使用電腦提供良好的環境，人機交互設備包括傳統的終端設備和新型的模式識別設備，OS的人機交互部分用於控制有關設備運行和理解執行設備傳來的命令，人機交互功能是決定電腦系統友善性的重要因素，是當今OS研發熱點
人機交互的發展
初期發展
- 互動式控制方式
- 行命令控制方式：1960年代開始使用
- 全屏幕控制方式：1970年代開始使用
- 斯坦福研究所提出的發展計劃
- 始於1960年代，1980年代廣泛應用
- 強調人而不是技術是人機交互的中心
- 代表性成果：滑鼠、菜單與視窗控制
WIMP界面
- 緣起：70年代後期Xerox的原型機Star
- 特征：視窗(Windows)、圖標(Icons)、菜單(Menu)和指示裝置(PointingDevices)為基礎的圖形用戶界面WIMP
- 得益：Apple最初採用並大力推動
- 時間：1990年代開始廣泛使用
- 不足：不允許同時使用多個交互通道，從而產生人-機交互的不平衡
多媒體電腦
- 緣起：1985年的MPC
- 把音頻視屏、圖形圖像和人機交互控制結合起來，進行綜合處理的電腦系統
- 構成：多媒體硬體平臺、多媒體OS、圖形用戶介面、多媒體數據開發工具
- 提供與時間有關的時變媒體界面，既控制信息呈現，也控制何時呈現/如何呈現
- 人機交互界面需要使用多種媒體，同時支持多通道交互整合，改善用戶體驗
虛擬現實系統
- 緣起：1980年代的虛擬現實新型用戶界面
- VR通過電腦模擬三維虛擬世界，根據觀察點、觀察點改變的導航和對周圍對象的操作，來模擬臨境(身臨其境)的感覺
- 支持多通道交互整合，提供良好用戶體驗
- 支持用戶主動參與的高度自然的三維HCI，以及語音識別、頭部跟蹤、視覺跟蹤、姿勢識別等新型HCI
- 容許用戶產生含糊和不精確的輸入
程式介面
操作系統的程式介面
操作系統的程式介面——系統調用，操作系統實現的完成某種特定功能的過程；為所有運行程式提供訪問操作系統的介面
實現機制
- 陷入處理機制：電腦系統中控制和實現系統調用的機制
- 陷入指令：也稱訪管指令，或異常中斷指令，電腦系統為實現系統調用而引起處理器中斷的指令
- 每個系統調用都事先規定了編號，併在約定寄存器中規定了傳遞給內部處理程式的參數
系統調用的實現要點
編寫系統調用處理程式，設計一張系統調用入口地址表，每個入口地址指向一個系統調用的處理程式，並包含系統調用自帶參數的個數，陷入處理機制需開闢現場保護區，以保存發生系統調用時的處理器現場
系統結構
操作系統軟體的規模
在電腦軟體發展史上，OS是第一個大規模的軟體系統，1960年代，由OS開發所衍生的體繫結構、模塊化開發、測試與驗證、演化與維護等研究，直接催生了軟體工程這一新興研究領域（另一個催生來源是DB應用引發的需求與規格），OS作為大型軟體，結構設計是關鍵
操作系統軟體的結構設計
- OS構件
- 內核、進程、線程、管程等
- 設計概念
- 模塊化、層次式、虛擬化
- 內核設計是OS設計中最為複雜的部分
操作系統內核
單內核：內核中各部件雜然混居的形態，始於1960年代，廣泛使用；如Unix/Linux，及Windows(自稱採用混合內核的CS結構)
微內核：1980年代始，強調結構性部件與功能性部件的分離，大部分OS研究都集中在此
混合內核：微內核和單內核的折中，較多組件在核心態中運行，以獲得更快的執行速度
外內核：儘可能減少內核的軟體抽象化和傳統微內核的消息傳遞機制，使得開發者專註於硬體的抽象化；部分嵌入式系統使用
