Tetsuhiko的筆記

作業系統簡介重點解釋

2020-10-18 18:48:13
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作業系統
Tetsuhiko

作業系統（Operating System, OS）：負責控制電腦的操作運行及管理所有的軟體〔Software（程式）〕與硬體〔Hardware（電腦實體裝置）〕，包括所有檔案、各周邊裝置、所有記憶體空間，以及處理時間。
作業系統軟體包含：
- 四大子系統：
  1. 記憶體管理器（Memory Manager）
  2. 處理器管理器（Processor Manager）
  3. 裝置管理器（Device Manager）
  4. 檔案管理器（File Manager）
- 使用者介面（User Interface）
- 原本不屬作業系統範疇的「網路管理器（Network Manager）」，現已多納入以便協調多部系統合作。
記憶體管理器：負責檢查記憶體空間的要求、尋找可用的記憶空間、配置與釋放記憶空間等。
- 主記憶體（Main Memory）／隨機存取記憶體（Random Access Memory, RAM）：與CPU直接交換資料的記憶體，可隨時讀寫且速度很快，並透過恆定電流來保存資料。因此，一旦關機或失去電源，RAM的內容便會消失。
- 唯讀記憶體（Read-Only Memory, ROM）：一種一旦將資料儲存上去之後便無法更動及刪除的記憶體，為非揮發性記憶體，亦即電腦關機後，資料並不會隨之清除。保存在ROM裡的軟體稱「韌體（Firmware）」，是開啟電腦及執行必要任務的程式。
處理器管理器：負責管理CPU，追蹤每一項工作、行程以及執行續的狀態。
- 行程（Process）：正在執行中的程式。
- 中央處理器（Central Processing Unit, CPU）：處理電腦軟體資料及執行電腦指令的裝置。
裝置管理器：負責以效率最佳的方式配置、識別及連接各項裝置。
- 快閃記憶體（Flash Memory）：一種次要儲存裝置（Secondary Storage），主要用於一般性資料儲存及資料的交換傳輸，如記憶卡與隨身碟。
- 驅動程式（Device Driver）：一種可與硬體和軟體之間互動的溝通程式，經由匯流排（Bus）或其他溝通子系統與硬體形成連接，使得資料可於硬體裝置上交換。
- 輸出入裝置（Input/Output Device, I/O Device）：連接電腦的所有周邊裝置，包括印表機、磁碟機、光碟機、隨身碟、鍵盤等。
檔案管理器：負責管理各種檔案，包含資料檔、程式檔、編譯器及應用程式。
網路管理器：統合與網路連結相關的各項資源，包括硬體裝置、檔案、記憶體空間、CPU容量、傳輸連線及加密類型。
使用者介面：電腦與使用者間互動的管道。
- 命令行介面（Command Line Interface）：只回應從鍵盤輸入的特定命令並顯示在螢幕上，可執行許多複雜強大的功能。
- 圖形化使用者介面（Graphical User Interface, GUI）：仰賴指標裝置的輸入資料，以視覺化的圖形介面降低使用者的操作負擔。
雲端運算（Cloud Computing）：利用網路來處理及儲存資料並作運算。
摩爾定律（Moore's Law）：CPU內電晶體數量每18～24個月將會翻倍成長，亦即效能會提高一倍，電腦之計算能力也將隨之倍增。
作業系統依反應時間與資料輸入方式分為：
1. 批次系統（Batch System）：將工作依順序一次全部輸入進系統內。此系統一次只能處理一項工作，一旦有一項工作開始處理，就必須等待該工作執行完畢才能開始處理下一項工作。評估效能依據為「產出率（Throughput）」，亦即單位時間內完成的工作量（分鐘、小時、天）。
2. 互動式系統（Interactive System）：允許多項工作同時處理，反應時間較批次系統快。該系統可讓使用者在類似終端機（Terminal）上輸入指令，直接與電腦進行互動。其「轉迴時間（Turnaround Time）」以秒或分鐘計。
3. 即時系統（Real-Time System）：應用於對時間準確度及系統可靠度高的領域，資料必須在限定的時間內處理完畢。然其關鍵並非在速度，而是準時。即時系統依其時間限制條件之嚴苛程度分為：
  - 硬即時系統（Hard Real-Time System）：只要任務未準時完成即認定為失敗。
  - 軟即時系統（Soft Real-Time System）：偶爾可容忍工作逾時的情況。
4. 混合式系統（Hybrid System）：結合批次與互動式系統的兩種作法，也是現今普遍採用的作業系統。
5. 嵌入式系統（Embedded System）：嵌入在許多產品內部的電腦系統，通常只能執行事先規劃好的特定工作。