習題1
1.計算機系統主要由哪些部分組成?
計算機系統是一種可以按用戶的要求接收和存儲信息、自動進行數據處理並輸出結果信息的系統。計算機系統包括硬件子系統和軟件子系統。
2.什么是操作系統(OS)? 它的主要功能是什么?
操作系統是計算機系統中的一個系統軟件，該軟件由若干程序模塊組成，它的作用是有效地組織和管理計算機系統中的硬件及軟件資源， 合理地組織計算機工作流程，控制程序的執行，並向用戶提供各種服務功能， 使得用戶能夠靈活、 方便地使用計算機， 並使整個計算機系統能高效地運行。 操作系統是計算機系統中的一個極為重要的部分， 是系統軟件中首要和必不可少的部分。
3.在計算機系統中操作系統處於什么地位?
操作系統是裸機之上的第一層軟件，它只在核心態模式下運行，受硬件保護，與硬件關系尤為密切。操作系統是整個計算機系統的控制管理中心，其他所有軟件都建立在操作系統之上。操作系統對它們既具有支配權力，又為其運行建造必備環境。
4.何謂脫機I/O和聯機I/O?
脫機I/O是指輸入/輸出工作不受主機直接控制，而由衛星機專門負責完成I/O，主機專門完成快速計算任務，從而二者可以並行操作。
聯機I/O是指作業的輸入、調入內存及結果輸出都在CPU直接控制下進行。
7.操作系統的基本特征是什么?
操作系統的主要特征有以下3個方面：
⑴並發性 指在計算機系統中同時存在若干個運行着的程序，從宏觀上看，這些程序在同時鑲嵌推進。
⑵共享性 指操作系統程序與多個用戶程序共用系統中的各種資源。
⑶隨機性 操作系統是在一種隨機的環境下運行的，操作系統不能對所運行的程序的行為以及硬件設備的情況做出任何事先的假定。
8.解釋以下術語: 硬件、軟件、多道程序設計、並發、吞吐量、分時、實時，系統調用。
硬件：指計算機物理裝置本身，它是計算機系統的物理基礎。如CPU、內存、設備等。
軟件：是相對硬件而言的，它是與數據處理系統的操作有關的計算機程序、過程、規則及相關文檔資料的總稱。軟件是計算機執行的程序。
多道程序設計：在這種設計技術下，內存中能同時存放多道程序，在管理程序的控制下交替地執行。這些作業共享CPU和系統中的其他資源。
並發：是指兩個或多個活動在同一給定的時間間隔中進行。它是宏觀上的概念。
吞吐量：在一段給定的時間內，計算機所能完成的總工作量。
分時：就是對時間的共享。在分時系統中，分時主要是指若干並發程序對CPU時間的共享。
實時：表示“及時”或“即時”。
系統調用：是用戶在程序中能以“函數調用”形式調用的、由操作系統提供的子功能的集合。每一個子功能稱作一條系統調用命令。它是操作系統對外的接口，是用戶級程序取得操作系統服務的唯一途徑。
10.你熟悉哪些操作系統? 想一想: 在上機操作過程中,操作系統怎樣為用戶提供服務?
Windows 2000，Windows XP，UNIX或Linux。在上機工作過程中，操作系統為用戶提供的服務包括：命令和數據輸入/輸出的管理，內存的分配，用戶文件的管理，CPU的分配，設備管理等。
11.敘述操作系統在資源管理方面的各種功能。
從資源管理的角度看，操作系統的主要功能是提供一些機制去協調程序間的競爭、對資源進行合理使用、施加保護，以及采取虛擬技術來 “擴充 ”資源等
12.什么是處理機的核心態和用戶態? 為什么要設置這兩種不同的狀態?
當執行操作系統程序時，處理機處於核心態。它有較高的特權，可以執行所有的指令，包括一般用戶程序中不能使用的特權指令，從而能對所有寄存器和內存進行訪問、啟動I/O操作等。
用戶程序是在用戶態下執行，它的權限較低，只能執行指令集中非特權指令。
設置這兩種不同狀態的目的是為了保護操作系統程序（特別是其內核部分），防止受到用戶程序的損害。
13.下列哪些指令應該只在核心態下執行?
①屏蔽所有中斷 ②讀時鍾日期 ③設置時鍾日期 ④改變指令地址寄存器的內容 ⑤啟動打印機 ⑥清內存
只在核心態下執行的指令有：①屏蔽所有中斷。③設置時鍾日期。⑤啟動打印機。⑥清內存。
14.設計實時操作系統必須首先考慮的因素是什么?
實時系統的一個重要特征就是對時間的嚴格限制和要求。實時系統的首要任務是調度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才着眼於提高計算機系統的使用效率。所以，設計實時操作系統必須首先考慮處理各種事件的時間限制。
15.試說明特權指令和系統調用之間的區別和聯系。
特權指令是一類只能在核心態下執行的機器指令。而系統調用不是機器指令，它往往以函數調用的形式出現，實現操作系統提供的子功能，它是操作系統與用戶的編程接口。在用戶程序中可以使用系統調用來獲得操作系統服務。
在系統調用代碼中可以使用特權指令。
16.設計操作系統時采用層次結構有什么好處?
①結構關系清晰，提高系統的可靠性和安全性。②各層模塊的功能明確，提高系統的可擴充性和可移植性。③各層間具有單向依賴性，增強系統的可維護性。④符合軟件工程的思想，便於實施研制開發。
18. 采用微內核模式設計系統的主要優點是什么?
①精減核心的功能，提供了一種簡單的高度模塊化的體系結構，提高了系統設計及使用的靈活性。②可移植性好。所有與具體機器特征相關的代碼，全部隔離在微內核中。③可伸縮性好。操作系統能方便地進行定制、擴充或縮減，以適應硬件的快速更新和應用需求的不斷變化。④實時性好。微內核可以方便地支持實時處理。⑤提供多線程機制，支持多處理器的體系結構和分布式系統及計算機網絡。⑥系統安全性好。傳統的操作系統將安全性功能建立在內核之外，因而它並不是很安全的。而微內核則將安全性作為系統內特性來進行設計。