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什么是操作系统（OS）及其主要任务？

OS，即操作系统，是一个程序，加载后管理计算机的内存、进程、软件和硬件。从本质上讲，OS允许用户与计算机通信，而无需了解计算机的语言。

这是一个操作系统和计算机的不同组件

OS有不同的部分，核心部分称为内核。它控制着OS中的所有内容。它充当计算机硬件与在其上运行的处理之间的桥梁。它管理两者之间的对应关系。它还协调计算机对CPU和内存的访问，以便计算机能够同时运行多个操作。它允许内存分配和将资源分配给多个程序，以便计算机能够同时运行这些进程。例如，当计算机需要打印某些内容时，CPU并不是负责处理此任务的。OS会将要打印的文档发送到“打印队列”，并与CPU“对话”打印机。

OS有很多主要任务，例如

• 内存管理
• 资源分配和管理监控
• 外设和设备管理
• 网络
• 安全
• 用户界面
• 应用程序接口

描述操作系统的主要功能。

早在第一代软件开发结束时，编写工具来帮助其他程序员的程序员和用于解决问题的程序员之间就出现了分歧。现代软件可以分为两类，系统软件和应用软件，反映了这种目标分离。应用软件旨在满足特定的需求——解决现实世界中的问题。文字处理程序、游戏、库存控制系统、汽车诊断程序和导弹制导程序都是应用软件。

系统软件在更基本的层面上管理计算机系统。它提供创建和运行应用软件的工具和环境。系统软件通常直接与硬件交互，并提供比硬件本身更多的功能。

计算机的操作系统是其系统软件的核心。操作系统管理计算机资源，例如内存和输入/输出设备，并提供一个接口，通过该接口人类可以与计算机交互。其他系统软件支持特定的应用程序目标，例如渲染显示器上图像的库或图形软件。操作系统允许应用程序程序与这些其他系统资源交互。

内存管理

内存管理是OS（操作系统）中的一项功能，它处理或管理主内存和单用户操作系统（仅在任何给定时间只有一个用户的功能）。它在执行期间在主内存和磁盘之间来回移动进程。内存管理跟踪每个内存位置，无论它是否分配给某个进程或它是空闲的。

它检查要分配给进程多少内存；它决定哪个进程在何时获取内存；它跟踪何时释放或取消分配某些内存，并相应地更新状态。所有这些都是为了实现内存的有效利用而完成的。

MM如何分配内存

为什么内存管理很重要或必要？

• 在执行之前和之后分配和释放内存
• 跟踪进程使用的内存空间。
• 最大程度地减少碎片问题。
• 正确利用主内存。
• 在执行进程时维护数据完整性。

外设/设备管理

外设是与OS交互的外部硬件设备，而不是计算机的核心组件。这意味着输入和输出设备，例如键盘和鼠标用于输入，以及计算机显示器或打印机用于输出。

OS必须读取输入并对其进行操作，这通常意味着执行一组指令。它还负责管理输出设备，例如为打印机排队打印任务。

OS和外设通过驱动程序交互，驱动程序将数据从OS“翻译”到外设并返回。每个外设都有自己的驱动程序，并且根据OS的不同而有所不同。

网络

网络是计算机之间相互通信和连接的过程。计算机使用数字互连上的通用通信协议相互通信。

网络使用两个组件工作：节点和链路

- 节点是允许系统之间通信的物理技术部件，可以是路由器或调制解调器。

- 链路是这些节点之间如何通信的方式，例如：

- 有线使用简单的电线，如USB，或更复杂的电缆，如以太网电缆/光纤电缆

- 无线使用允许无线通信的自由空间，例如蓝牙和WiFi

网络的关键术语是

- 协议是一组规则和标准，用于管理数据如何在网络上传输，包括TCP/IP、HTTP和FTP。

- 拓扑是指网络中节点的物理和逻辑排列。例如，总线、星型、环形、网状和树形。

- IP地址是不同设备如何识别自身的方式，每台计算机都有一个唯一的IP地址。

安全

OS可以使用不同的方法提供安全性

- 通过监控某些应用程序具有的权限（这些应用程序控制什么以及可以访问哪些数据）。例如，人们不希望他们的电子邮件很容易被他们下载的所有应用程序访问，因为这可能导致虚假电子邮件和个人信息被盗。

- OS应具有执行其功能所需的最低权限和特权，以避免在某个组件被破坏时危及整个OS。

- 操作系统应具有多层安全防护：防病毒软件、身份验证（用户名、密码或通行码）、防火墙、加密等。

输入输出设备

即使拥有世界上所有的计算能力，如果无法从外部输入计算值或将计算结果输出到外部，那么这些能力也毫无用处。输入和输出单元是计算机与外部世界通信的渠道。输入单元是一种设备，通过它可以将来自外部世界的数据和程序输入到计算机中。最早的输入单元解释打在纸带或卡片上的孔。然而，现代输入设备包括但不限于：键盘、鼠标、摄像头（也称为网络摄像头）和扫描设备。

输出单元是一种设备，通过它可以将存储在计算机内存中的结果提供给外部世界。例如打印机和屏幕显示器。

外围设备是指连接/附加到计算机系统但不是核心计算机架构一部分的所有硬件组件。

操作系统无法直接与外部硬件设备交互（因为总会有新的设备出现），因此存在一个称为设备驱动程序的中介，它是一种软件。设备驱动程序会告诉操作系统外围设备是什么，并充当翻译器：操作系统会向驱动程序发送标准命令，然后驱动程序会将这些命令翻译并传递给设备。

可以区分输入和输出外围设备/单元。

• 输入设备：将已转换为电信号的二进制数据输入到计算机的CPU。
  • 示例1：鼠标。鼠标的数据将是当前的鼠标状态（光标位置、按钮状态），这些状态将通过鼠标驱动程序，然后驱动程序通知计算机。
  • 示例2：麦克风。数据是声音转换为电信号，并通过音频驱动程序。

请注意，例如对于笔记本电脑，这些驱动程序和外围设备是集成到计算机中的。

• 输出设备：提供/显示来自计算机的数据（输出数据）。
  • 示例：打印机。打印机从打印机驱动程序接收数据，并在页面上输出。请注意，在某些情况下，您需要手动下载打印机的驱动程序，因为它没有集成到计算机中
• 输入/输出设备：有些设备可以同时执行输入和输出：触摸屏、存储驱动器

将以下内容分类为输入和输出设备：鼠标、麦克风、打印机、键盘、耳机、显示器、扫描仪。

输入：鼠标、麦克风、键盘、扫描仪 输出：打印机、耳机、显示器