项目二 任务1 了解操作系统（课件）-《计算机组装与维护》（劳保版第二版）【上好课】

计算机组装与维护 中国劳动社会保障出版社 项目二 操作系统安装与配置 任务1 了解操作系统 ” 学习目标 知识目标 技能目标 素养目标 1.能说出操作系统的定义和核心功能； 2.了解操作系统的发展历程； 1.能准确判断计算机当前使用的操作系统类型； 2.能根据使用场景，选择合适的操作系统； 1.树立“规范使用操作系统、重视系统安全”的职业意识；2.培养严谨的逻辑思维和团队协作能力； 教学导入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 环节 目录 第一部分 操作系统的定义与发展历程 教学导入：思考一下？ 课堂讨论 如果我们买了一台只有硬件、没有安装任何软件的新电脑，能直接用它来玩游戏、上网、写作业吗？为什么呢？ 核心结论 不能直接使用。因为硬件本身是“死”的，它们需要一个强有力的“管理者”来统一指挥、调度，让所有硬件协同工作。而这个“管理者”就是我们今天要学习的主角——操作系统！ 视频导入：什么是操作系统？ 操作系统的定义 核心定义：操作系统（Operating System, OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源，合理组织计算机工作流程，并为用户和其他软件提供运行环境的最基本的系统软件。 用户与计算机的接口 作为用户与硬件的交互媒介，我们通过操作系统提供的图形化或命令行界面，来对电脑进行各类操作。 软硬资源的接口 作为“翻译官”，任何应用软件（如浏览器、游戏等）都必须通过操作系统才能调用底层的硬件资源。 系统资源的管理者 负责合理地调度和分配CPU、内存、硬盘、网络等有限的系统资源，确保计算机高效、有序地运行。 操作系统的核心功能（1）：处理器管理 📖 形象比喻：学校的“课程表”与“铃声” 就像学校的课程表安排教室和老师的使用一样，处理器管理决定了在某一时刻，CPU这个核心“教室”的使用权应该分配给哪个程序（班级），确保秩序井然。 ⚡️ 核心作用：高效调度与并发运行 合理调度CPU资源，让多个程序实现“并发”运行，避免CPU闲置。比如你可以一边听音乐，一边写文档，还能同时下载资料，这背后都有处理器管理在高效调度。 操作系统的核心功能（2）：存储管理 📚 形象比喻：像图书馆的“管理员” 负责给每本书（程序和数据）分配书架（内存空间），并确保不同的书不会放错位置、互相干扰，维持井然有序的运行环境。 ⚙️ 核心作用：空间分配与扩展 为运行的程序动态分配内存空间，并在程序结束后及时回收。此外，利用虚拟内存技术，可让程序使用远超物理内存大小的地址空间，打破硬件物理限制。 操作系统的核心功能（3）：设备管理 形象比喻：公司的“前台接待员” 统一管理所有外部设备（键盘、鼠标、打印机等）。应用程序只需告诉“前台”要做什么（如打印文件），“前台”就会负责调度、联系对应的硬件设备完成具体工作。 核心作用：简化硬件交互 操作系统通过底层的“设备驱动程序”，为上层应用提供了统一、易用的接口。让我们能轻松使用各类硬件，而无需去了解每一个设备复杂的内部原理和指令集。 操作系统的核心功能（4）：文件管理 形象比喻：图书馆的检索系统 将硬盘上的数据组织成“文件”和“文件夹”，就像图书馆将海量图书分类排架。它为用户提供创建、删除、复制、移动等基础操作，让海量信息井然有序。 核心价值：数据管家 操作系统统一负责文件的存储、检索、更新和保护。无论是办公文档、生活照片还是娱乐视频，都依靠它的管理能力，让我们能方便、安全地存取和使用个人数字资产。 操作系统的核心功能（5）：作业管理 💡 形象比喻：像公司的“项目主管” 负责接收用户提交的任务（例如：打开一个软件、运行一段程序），并将任务安排到内存中运行，使其成为一个可执行的“进程”，同时全程监督任务的执行过程，确保有序进行。 🎯 核心作用 高效管理用户提交的所有作业，合理调度和控制作业的运行顺序，并根据优先级和资源状态进行统筹，从而最大化地利用CPU、内存等计算机系统资源，保障系统的整体运行效率。 操作系统的四大特征（1）：并发性 并发性 (Concurrence) 定义 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 •宏观视角：用户感知上是“同时”在进行的。 •微观视角：在单CPU下，物理上其实是交替执行的。 生活中的典型场景 你一边听音乐 (进程A)，一边用Word打字 (进程B)。 在这个过程中，CPU 快速地在这两个任务之间来回切换。因为切换速度极快，人无法察觉，从而产生了“同时运行”的错觉。 💡 核心逻辑：CPU 高速切换 ≈ 宏观上的“并行”体验 操作系统的四大特征（2）：共享性 定义 Definition：系统中的硬件和软件资源可以被多个并发执行的进程共同使用。 互斥共享 (Mutual Exclusion) 在一段时间内，只允许一个进程访问的资源，也叫“临界资源”。 典型例子：打印机—— 同一时间只能服务一个打印任务。 同时共享 (Simultaneous Access) 在一段时间内，允许多个进程“同时”对其进行访问。通常是宏观上同时，微观上交替。 典型例子：硬盘—— 多个进程可同时从不同扇区读写数据。 操作系统的四大特征（3）：虚拟性 核心定义：在操作系统中，“虚拟性”是指通过某种技术手段，将一个物理实体抽象并转化为多个逻辑上的对应物，从而让用户/程序感觉拥有更多的资源。 虚拟内存 (Virtual Memory) 操作系统将物理硬盘的一部分存储空间划分出来，“伪装”成内存使用。这使得程序以为自己独占了一块巨大的内存空间，从而打破了物理内存大小的限制。 虚拟 CPU (Virtual CPU) 通过“时间片轮转”技术，CPU在多个程序间快速切换执行。虽然物理上只有一个CPU，但对每个运行中的程序而言，就好像自己“独占”了整个CPU的计算能力。 操作系统的四大特征（4）：异步性 核心定义 在多道程序环境下，进程的执行是“走走停停”的，以不可预知的速度向前推进。 产生原因 进程执行过程中，经常需要等待系统资源（如CPU调度、等待I/O操作完成等），从而导致执行状态发生暂停。 生活类比 下载大文件时，下载进程持续占用大量I/O和CPU资源，导致系统响应变慢，其他应用（如浏览器、文档）的执行速度不可预测。 师生互动：大家来找茬 Q1：Windows 10 更符合哪种系统特征？ 我们平时使用的 Windows 10 系统，更符合批处理、分时还是实时操作系统的特征？为什么？ 💡 引导答案：更接近分时系统。因为它支持多用户、多任务，且交互性极强，能即时响应用户操作。 Q2：生活中的实时操作系统有哪些？ 请举出一个你认为生活中应用了“实时操作系统”的典型例子，并说说为什么它属于这类系统？ 💡 引导答案：电梯控制系统、汽车防抱死系统(ABS)、心脏起搏器等。它们都要求任务在严格时限内完成，响应不能有丝毫延迟。 必背知识点 01 操作系统定义 管理和控制计算机硬件与软件资源，合理组织计算机工作流程，并为用户和其他软件提供运行环境的最基本的系统软件。 02 五大核心功能 • 处理器管理 • 存储管理 • 设备管理 • 文件管理 • 作业管理 03 四大基本特征 • 并发性 (Concurrence) • 共享性 (Sharing) • 虚拟性 (Virtual) • 异步性 (Asynchronism) 课堂练习 - 选择题 01 操作系统是一种（ ）。 A.应用软件 B.系统软件 C.通用软件 D.工具软件 02 操作系统中，负责管理CPU调度的功能是（ ）。 A.存储管理 B.文件管理 C.处理器管理 D.设备管理 B C 课堂练习 - 选择题 03 操作系统分类 · 共享性考察 允许多个用户在各自的终端上同时使用同一台计算机的操作系统是（ ）。 A. 批处理系统 B. 分时系统 C. 实时系统 D. 网络系统 04 操作系统特征 · 虚拟性考察 操作系统的“虚拟性”特征，主要体现在以下哪个方面？（ ） A. 将一个物理CPU虚拟为多个逻辑CPU B. 多个程序同时执行 C. 多个用户共享文件 D. 程序执行速度不可预知 B A 第二部分 操作系统的核心功能与主流类型 操作系统的分类（按功能特征） 01 批处理操作系统 Batch Processing OS 核心特点 用户将一批任务集中提交给系统后，不再进行任何干预，完全由操作系统自动、顺序地调度执行。 最显著特征：无交互性 设计目标 在早期计算机硬件资源极其昂贵的背景下，批处理系统的核心目标是通过减少人工操作和等待时间，来提高CPU的利用率，从而提升系统的整体吞吐量。 典型场景 主要应用于早期大型机环境中。适用于那些计算量大、无需人工实时交互的任务，例如： 科学计算（如气象预报模拟） 海量数据的批量处理 操作系统的分类（按功能特征） 2. 分时操作系统 (Time-Sharing OS) 💡 核心特点：允许多个用户通过终端同时使用一台计算机。系统将CPU时间分割为极短的“时间片”，按时间片轮流为各个用户程序服务。 🌟 显著优点：具有极强的交互性，每个用户都感觉自己独占了整台计算机的资源。 📌 典型代表：UNIX, Linux, Multics 3. 实时操作系统 (RTOS) 💡 核心特点：首要任务是在严格的时间限制内对外部事件做出响应，系统响应时间的长短直接影响系统的安全性和可用性。 🔧 应用场景：工业自动化控制、自动驾驶汽车、航空航天飞行控制、医疗急救设备等对时效性要求极高的关键领域。 📌 典型代表：VxWorks, QNX, RT-Thread 操作系统的分类（按使用环境） 1. 个人计算机操作系统 (桌面OS) Windows 全球个人电脑市场份额最高的操作系统，生态丰富，软硬件兼容性极强，适用于绝大多数办公与娱乐场景。 macOS 苹果公司专为Mac系列电脑开发的闭源系统。以简洁美观的设计、强大的系统优化和极高的软硬件协同能力著称。 Linux (如 Ubuntu) 开源免费的类UNIX系统，以极高的安全性和稳定性闻名。广泛用于服务器领域，同时也有适合桌面用户的友好发行版。 主流桌面操作系统对比 Windows 🏢 开发商：微软 (Microsoft) 💰 价格：需付费购买/随品牌机预装 📱 易用性：高，适合大多数普通用户 📦 软件生态：极其丰富，各类软件支持度最高 🎮 游戏兼容：体验极佳，支持绝大多数3A大作 macOS 🏢 开发商：苹果 (Apple Inc.) 💰 价格：免费，仅限搭载于Mac系列硬件 📱 易用性：高，系统流畅且交互设计优秀 📦 软件生态：丰富，在设计、音视频制作领域表现出色 🎮 游戏兼容：一般，支持游戏数量较少，性能受限 Linux (Ubuntu) 🏢 开发商：开源社区 / Canonical 等 💰 价格：完全免费，且开放源代码 📱 易用性：中等，日常使用门槛降低，进阶需学习 📦 软件生态：相对较少，开发工具丰富，娱乐软件不足 🎮 游戏兼容：一般，近年SteamOS有所改善 操作系统的分类（按使用环境） 02服务器操作系统 🎯 核心特点：强调极致的稳定性、数据安全性，以及处理海量网络请求的高并发能力，以保障后端服务不间断运行。 03移动操作系统 📱 核心特点：专为触摸屏交互优化，具备优秀的低功耗管理以延长续航，深度集成蜂窝网络及各类传感器功能。 操作系统发展简史 1950s · 批处理系统 计算机运行无人工交互，按顺序自动执行一批任务，大幅提升了资源利用率。 1960s · 分时系统 允许多个用户同时与系统交互，极大地提高了系统响应性。标志性系统 UNIX 诞生。 1980s · 个人计算机时代 MS-DOS 成为早期PC标配。Macintosh 的发布标志着图形用户界面（GUI）正式走进大众视野。 1990s · Windows 崛起 Windows 95/98/XP 系列确立了桌面系统霸主地位。与此同时，Linux 内核发布，开启了开源操作系统的新篇章。 2000s · 移动互联时代 Android 和 iOS 两大移动操作系统诞生并迅速普及，彻底改变了人们的生活与交互方式，开启了智能终端时代。 2010s至今 · 云与AI时代 云计算基础设施普及，操作系统不仅要管理本地硬件，更需支持云端资源调度 知识拓展：UNIX与Linux的故事 UNIX · 系统鼻祖 诞生于1969年的贝尔实验室，是现代操作系统的“祖师爷”。功能极其强大，早期主要被应用于大型机、工作站和服务器领域，深刻影响了后续的操作系统设计。 Linux · 天才之作 1991年，芬兰大学生林纳斯·托瓦兹 (Linus Torvalds)受到UNIX的设计理念启发，为个人电脑开发了Linux内核。这一初衷只是为了满足个人兴趣的项目，最终却演变成了一场全球协作的开源运动。 关系 · 传承与超越 Linux本质上是一个类UNIX系统，兼容了UNIX的许多核心特性和命令行操作习惯。最大的区别在于：Linux是完全开源且免费的，这一特性让它迅速吸引了全球开发者的贡献，最终取代UNIX，成为服务器领域的绝对霸主。 知识拓展：Windows的演变 从MS-DOS的纯命令行操作，到Windows 95引入划时代的“开始”菜单与任务栏，再到Windows XP的经典蓝绿桌面，Windows 7的Aero玻璃特效优化，直到今天的Windows 10/11，每一次系统迭代都带来了更直观、更流畅的用户体验。 Windows 3.1 确立了图形化界面的雏形，引入了程序管理器，为后续视窗系统奠定基础。 Windows 95 革命性引入“开始”菜单与任务栏，支持即插即用，让计算机走进大众家庭。 Windows XP 经典的“蓝天白云”桌面，兼具稳定性与视觉美感，成为史上寿命最长的系统之一。 Windows 7 推出Aero玻璃特效与任务栏缩略图预览，大幅优化系统流畅度与易用性。 → 持续进化：Windows 10/11 带来了更现代化的界面与AI驱动的智能体验 ← 知识拓展：移动操作系统双雄 Android 开源 · 生态丰富 · 灵活定制 •技术架构：基于Linux内核，由谷歌（Google）主导开发和维护。 •核心特性：开放源代码，允许各大手机厂商进行深度的界面和功能定制。 •市场地位：全球智能手机市场份额长期位居第一，用户基数最大。 iOS 封闭 · 软硬一体 · 极致流畅 •技术架构：由苹果公司自主开发的闭源操作系统，仅适用于苹果设备。 •核心特性：与iPhone/iPad硬件深度整合，系统响应迅速，安全性极高。 •市场地位：拥有高质量的应用生态系统，用户付费意愿和忠诚度普遍较高。 案例分析：为什么服务器偏爱Linux？ 我们日常访问的网站、喜爱的网络游戏、以及各类移动App的后台服务，绝大部分都运行在 Linux 操作系统上。这背后有四大核心驱动力： 免费且开源 无需昂贵的授权费，显著降低企业成本，且拥有全球开发者维护社区支持。 稳定与安全 系统架构设计更稳健，病毒和攻击面更少，可保障服务器长年不间断运行。 高度可定制 管理员可按需裁剪系统组件，去除冗余功能，最大化提升资源利用率和性能。 高效命令行管理 强大的命令行工具支持脚本自动化操作，可高效完成大规模集群的远程运维。 案例讨论 场景一：日常办公 & 游戏娱乐 如果你要购买一台电脑用于日常办公和玩游戏，你会选择 Windows 还是 macOS？做出选择的关键因素是什么？ 场景二：专业程序员视角 如果你是一名程序员，在开发环境搭建和代码编写时，你更倾向于使用哪种操作系统？理由是什么？ 💡 讨论引导维度： 1. 软件生态与兼容性 (游戏/开发工具支持) 2. 硬件成本与性价比 3. 个人使用习惯与操作系统交互逻辑偏好 课堂互动：操作系统知识竞答 01 我们手机上的 Android 系统是基于哪个操作系统内核开发的？ 💡 答案：Linux 内核 02 苹果电脑（Mac）所使用的官方操作系统名称是什么？ 💡 答案：macOS (前称 Mac OS X / OS X) 03 请快速说出一个主流的“开源”操作系统名称？ 💡 答案：Linux, FreeBSD, OpenBSD 等 04 操作系统发展史上，哪个系统首次将“图形用户界面(GUI)”引入大众视野？ 💡 答案：Macintosh (System 1.0) 必背知识点 三大主流桌面OS 日常办公与娱乐的核心选择： Windows、macOS、Linux 两大主流移动OS 智能手机的操作系统双雄： Android（开放生态）、iOS（封闭生态） 服务器OS代表 支撑互联网与企业业务的基石： Linux（稳定性强、开源免费）、Windows Server UNIX 与 Linux 的关系 Linux是类UNIX（UNIX-like）操作系统。 继承了UNIX的设计思想，但开源且免费，是目前最受欢迎的类UNIX系统。 课堂练习 - 选择题 1. 以下哪个操作系统是开源免费的？（ ） A. Windows 11 B. macOS Sequoia C. Ubuntu D. iOS 18 2. 我们日常使用的智能手机，最常见的操作系统是（ ）。 A. Windows 和 macOS B. Android 和 iOS C. Linux 和 UNIX D. DOS 和 Windows Server C B 课堂练习 - 选择题 Q3 操作系统发展的正确顺序是（ ）。 A. 批处理 → 分时 → 个人计算机 → 移动互联 B. 分时 → 批处理 → 移动互联 → 个人计算机 C. 个人计算机 → 批处理 → 分时 → 移动互联 D. 移动互联 → 个人计算机 → 分时 → 批处理 Q4 下列哪个操作系统主要用于服务器？（ ） A. Windows 10 Home B. macOS C. Red Hat Enterprise Linux D. Android A C 课堂小结：知识脉络图 操作系统 (OS) 01 基本特征 Basic Features 并发性 进程交替执行，宏观并行微观串行 共享性 系统资源供多个并发进程共同使用 虚拟性 把物理实体映射为若干个逻辑实体 异步性 进程以不可预知的速度向前推进 02 系统分类 Classification 按功能划分 批处理系统 · 分时系统 · 实时系统 按运行环境划分 桌面端 · 服务器端 · 移动端 · 嵌入式系统 课后作业 基础作业：背诵本节课的两处背诵内容（操作系统定义、四大核心功能、三种主流操作系统特点）；完成教材本节课课后习题； 提升作业：观察你身边的电子设备（电脑、手机、智能电视等），它们分别使用的是什么操作系统？尝试总结它们的特点，下节课分享你的观点。 ” 感谢观看 THANKS FOR WATCHING 愿技术照亮前行的路 · 期待与您再次相遇 Lavf62.3.100 $