如果你使用計算機(jī)，那么也會使用計算機(jī)操作系統(tǒng)來利用計算機(jī)的能力。對計算機(jī)的操作系統(tǒng)知道得越多，就越能夠享受計算機(jī)的各種各樣的功能。本書打開了一扇理解計算機(jī)的操作系統(tǒng)的大門。此外，本書還使你能夠了解多種類型的操作系統(tǒng)，因此你可以為個人和專業(yè)應(yīng)用比較每種操作系統(tǒng)的優(yōu)點。
在本書中，你將學(xué)習(xí)目前使用的*流行的操作系統(tǒng)：
* Windows XP。
* Windows Vista。
* Windows 7。
* Windows Server 2003和Windows Server 2003 R2。
* Windows Server 2008和Windows Server 2008 R2。
* UNIX/Linux，包括Fedora Linux。
* Mac OS X Leopard和Snow Leopard。
你可以使用本書學(xué)習(xí)一種、兩種或者所有的操作系統(tǒng)。本書從基本的級別開始，逐步增加難度，循序漸進(jìn)地介紹每一章的知識，使你走上正確的軌道，成為每種操作系統(tǒng)的熟練用戶。
本書以清晰的語言通過動手操作的、實用的方法講解操作系統(tǒng)。研究多個操作系統(tǒng)的優(yōu)點是：你可以在學(xué)習(xí)時把每種操作系統(tǒng)的功能放在一塊進(jìn)行比較。如果你正在參加一個入門性的操作系統(tǒng)課程或者操作系統(tǒng)概論課程，本書為掌握操作系統(tǒng)提供了堅實的基礎(chǔ)。此外，如果你正在為一個或多個計算機(jī)認(rèn)證（例如硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、編程或安全）做準(zhǔn)備，將發(fā)現(xiàn)本書為你的準(zhǔn)備工作提供了一個至關(guān)重要的背景。本書尤其適合于作為CompTIA A+認(rèn)證的背景。如果你對計算機(jī)比較陌生，本書將從基礎(chǔ)開始幫助你建立信心。如果你在計算機(jī)方面有更多的經(jīng)驗，將會發(fā)現(xiàn)許多有用的信息，它們可以進(jìn)一步幫助你建立知識和經(jīng)驗庫。
本書讀者對象
本書是用簡單、直觀的語言編寫的，適合任何使用計算機(jī)并且想要學(xué)習(xí)更多知識的人閱讀。無需任何先前的計算機(jī)經(jīng)驗，盡管具有一些以前使用計算機(jī)的基本經(jīng)驗是有幫助的。本書中的“動手項目”使用了多種操作系統(tǒng)。如果你能夠訪問書中介紹的一種操作系統(tǒng)或它們的組合，就可以學(xué)習(xí)一些概念�？晒┠闶褂玫牟僮飨到y(tǒng)越多，比較它們特性的機(jī)會也就越好。一般來講，這些項目可以在教室、計算機(jī)實驗室或者家里執(zhí)行。
本版本的新增內(nèi)容
本版本進(jìn)行了廣泛的更新，包含了*近的操作系統(tǒng)和操作系統(tǒng)特性。其中包括對Windows 7、Windows Server 2008、Windows Server 2008 R2、帶有GNOME桌面的Fedora Linux以及Mac OS X Leopard和Snow Leopard的全新介紹，而大幅縮減了對遺留操作系統(tǒng)（例如Windows 3.x、Windows 95、Windows 98、Windows 2000以及Mac OS X Panther和Tiger）的介紹，在書中提及它們主要是為了提供一種歷史觀點。同時還保留了對Windows XP、Windows Vista、Windows Server 2003和Windows Server 2003 R2的介紹，因為這些操作系統(tǒng)仍然在許多地方使用。
本書還包括針對新硬件以及新的操作系統(tǒng)安裝和管理活動的廣泛更新。新硬件介紹包括了*新的CPU和外圍設(shè)備。操作系統(tǒng)與新的存儲設(shè)備之間的交互也進(jìn)行了顯著的更新，新的聯(lián)網(wǎng)能力也是如此，包括無線聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和云計算。
截屏圖、圖形和表格實質(zhì)上都是全新的。“動手項目”也針對新的操作系統(tǒng)進(jìn)行了全面更新或者就是全新的。其他的章末復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)材料也進(jìn)行了重大更新，以幫助讀者使他們的知識保持*新。
各章描述
本書對各章涵蓋的內(nèi)容進(jìn)行了平衡，從而提供關(guān)于每個主題的完整信息。下面總結(jié)了你將在每一章中所學(xué)的知識。除了通過各章的正文提供的指導(dǎo)之外，還可以使用各章末尾的“動手項目”“案例項目”“關(guān)鍵術(shù)語”和“復(fù)習(xí)題”增長知識，以及對自己在每一章中所取得的進(jìn)步進(jìn)行評價。
* 第1章“操作系統(tǒng)理論”：對操作系統(tǒng)進(jìn)行了基本的介紹，包括操作系統(tǒng)的類型以及它們是如何工作的。你還可以學(xué)習(xí)有關(guān)操作系統(tǒng)的歷史。
* 第2章“流行的操作系統(tǒng)”：深入描述了Windows XP、Windows Vista、Windows Server 2003/Server 2003 R2、Windows Server 2008/Server 2008 R2、Linux和UNIX，以及Mac OS X Leopard和Snow Leopard。你將簡要學(xué)習(xí)早期的Microsoft操作系統(tǒng)。本章將給你提供一個起點，可以通過它比較操作系統(tǒng)的特性以及了解*新版本中的 發(fā)展。
* 第3章“操作系統(tǒng)的硬件組件”：使你能夠理解處理器是如何工作的以及現(xiàn)代處理器的必要特征。本章*后概述了流行的現(xiàn)代處理器。
* 第4章“文件系統(tǒng)”：解釋了所有文件系統(tǒng)的公共功能，然后描述了由不同操作系統(tǒng)使用的特定文件系統(tǒng)，包括FAT的簡要介紹和NTFS、ufs/ext、HFS、HFS+的深入介紹。
* 第5章“安裝和升級操作系統(tǒng)”：展示了如何為安裝操作系統(tǒng)做準(zhǔn)備，然后說明了如何安裝在本書中討論的每一種操作系統(tǒng)。你將從頭開始學(xué)習(xí)安裝操作系統(tǒng)以及如何升級操作系統(tǒng)。
* 第6章“配置輸入和輸出設(shè)備”：解釋了像顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤驅(qū)動器、網(wǎng)卡這樣的設(shè)備以及其他設(shè)備怎樣與操作系統(tǒng)對接。你將學(xué)習(xí)用于現(xiàn)代操作系統(tǒng)和計算機(jī)的*新的輸入和輸出技術(shù)。
* 第7章“使用和配置存儲設(shè)備”：描述了流行的存儲設(shè)備，包括硬盤驅(qū)動器、可移動驅(qū)動器、RAID、CD和DVD技術(shù)，閃存和固態(tài)驅(qū)動器存儲、網(wǎng)絡(luò)存儲、USB設(shè)備以及*新出現(xiàn)的技術(shù)。本書介紹了操作系統(tǒng)的存儲設(shè)備配置，你將學(xué)習(xí)如何為Windows、UNIX/Linux以及Mac OS X操作系統(tǒng)執(zhí)行備份。
* 第8章“調(diào)制解調(diào)器和其他通信設(shè)備”：使你準(zhǔn)備好通過廣域網(wǎng)技術(shù)與外界通信。你將學(xué)習(xí)相對低速的調(diào)制解調(diào)器通信乃至通過有線電視、DSL、衛(wèi)星、無線及其他方式實現(xiàn)的高速通信，還將學(xué)習(xí)為Internet上的通信配置操作系統(tǒng)。
* 第9章“網(wǎng)絡(luò)連通性”：介紹了網(wǎng)絡(luò)是如何工作的，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛥f(xié)議。你將學(xué)習(xí)如何在每種操作系統(tǒng)中配置協(xié)議，并將學(xué)習(xí)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，還將學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)如何對接到網(wǎng)絡(luò)。
* 第10章“網(wǎng)絡(luò)上的資源共享”：顯示了通過網(wǎng)絡(luò)共享資源的各種方式，例如共享磁盤、文件夾和打印機(jī)。本章除了介紹如何共享資源之外，還討論了如何通過賬戶、組和訪問特權(quán)保障它們的安全。
* 第11章“標(biāo)準(zhǔn)操作和維護(hù)程序”：展示了許多維護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)，例如清理未使用的文件、磁盤碎片整理、執(zhí)行文件系統(tǒng)修復(fù)、虛擬內(nèi)存調(diào)優(yōu)以及尋址問題。本章還討論了備份計劃以及如何進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)優(yōu)，以獲得*佳的性能。
* 附錄A“操作系統(tǒng)的命令行命令”：說明了如何訪問每種操作系統(tǒng)中的命令行，并且展示了一些表格，它們總結(jié)了一般的命令和網(wǎng)絡(luò)命令。這個附錄使你能夠快速查找或復(fù)習(xí)操作系統(tǒng)命令。
* 附錄B“結(jié)合使用本書與Fedora”：討論了Linux的Fedora 13 Live Media分發(fā)版。這個附錄中說明了如何直接從光盤運行Fedora，以及如何在硬盤驅(qū)動器上安裝Fedora。
本書特點
為了幫助你充分理解操作系統(tǒng)的概念，本書中設(shè)計了許多特色內(nèi)容，旨在提升本書的教學(xué)價值。
* 本章目標(biāo)。本書每一章的開始處都提供了在該章中要掌握的概念的詳細(xì)列表，這個列表提供了對該章內(nèi)容的概覽，同時也是一種有用的學(xué)習(xí)幫助。
* 插圖與表格。大量的操作系統(tǒng)屏幕和概念的插圖通過可視化地展示常見的安裝步驟、理論和概念，從而給你提供幫助。此外，許多表格還提供了實用與理論信息的細(xì)節(jié)和對照。
* “經(jīng)驗之談”故事與示例。每一章都包含一些排成特殊字體的文本以及來自作者的廣泛經(jīng)驗的示例，它們通過介紹現(xiàn)實的情況給本書增色。
* 本章小結(jié)。每一章的正文后面都對該章介紹的概念做了小結(jié)。這些小結(jié)提供了一種有益的方式，用于概述和重溫每一章中介紹的思想。
* 關(guān)鍵術(shù)語。在每一章末尾都列出了那一整章中介紹的術(shù)語清單以及它們的定義。
* 復(fù)習(xí)題。章末評估以一組復(fù)習(xí)題開始，它們強(qiáng)化了每一章中所介紹的思想。
* 動手項目。本書的目標(biāo)是給你提供實用的知識和技能，以便安裝和管理桌面以及服務(wù)器操作系統(tǒng)，從而把它們用于個人和商業(yè)目的。為此，除了理論解釋之外，每一章還提供了大量的“動手項目”，旨在給你提供真實的實施體驗。
* 案例項目。每一章末尾都提供了一個由多部分組成的案例項目。這些廣泛的案例允許通過真實的操作系統(tǒng)支持和管理方案實施在各章中學(xué)到的技能和知識。
特殊欄目說明
在本書很多適當(dāng)?shù)奈恢靡詸谀康男问教砑恿祟~外的信息與活動，以幫助你更好地理解相關(guān)章節(jié)所討論的內(nèi)容。全書中的欄目可以提醒你關(guān)注額外的材料。本教材中使用的欄目如下：
“注意”用于介紹與所描述的主題相關(guān)的額外的有用材料。
“提示”來自作者的經(jīng)驗，用以提供關(guān)于如何配置操作系統(tǒng)、應(yīng)用概念或者解決問題的額外信息。
“警告”用于幫助你預(yù)先考慮潛在的問題或錯誤，使你可以阻止它們發(fā)生。
“動手項目”是實踐練習(xí)。
“案例項目”是更復(fù)雜、基于場景的作業(yè)。在案例項目中，將要求你運用所學(xué)的知識。
教師的材料
當(dāng)在課堂環(huán)境中使用本書時，可以使用下面的補(bǔ)充材料。所有補(bǔ)充材料都可以通過本教材的Web站點在線獲取。
教師的電子手冊——包括額外的教學(xué)材料，用于幫助進(jìn)行課前準(zhǔn)備，其中包括有關(guān)課堂活動、討論主題以及額外活動的建議。
解決方案--教師的資源包含所有章末材料，包括“復(fù)習(xí)題”“動手項目”和“案例項目”的解決方案。
ExamView——本教材帶有配套的ExamView，它是一個功能強(qiáng)大的測試軟件包，允許教師創(chuàng)建和管理書面、計算機(jī)（基于LAN）和Internet考試。ExamView包括與本書中介紹的主題相對應(yīng)的數(shù)百個問題，使學(xué)生能夠生成詳細(xì)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，包括頁碼索引，以便進(jìn)一步復(fù)習(xí)。基于計算機(jī)的測試和Internet測試組件允許學(xué)生在他們的計算機(jī)上參加考試，并通過自動給每次考試評分來節(jié)省教師的時間。
PowerPoint演示文稿——本書帶有針對每一章的Microsoft PowerPoint幻燈片。在課堂演示中包括了它們，作為一種輔助教學(xué)工具，使學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)上復(fù)習(xí)各章內(nèi)容，或者把它們打印出來在課堂上發(fā)放。教師可以自由地添加要在課堂上介紹的額外主題的幻燈片。
圖形文件——本書中的所有圖形和表格都以位圖格式作為教師的資源。與PowerPoint演示文稿類似，在課堂演示中也包括了它們，作為一種輔助教學(xué)工具，可供學(xué)生在復(fù)習(xí)時使用，或者把它們打印出來，在課堂上分發(fā)。
請訪問login.cengage.com并且登錄，以訪問提供給教師的資源。
要訪問額外的課程材料，可以訪問www.CengageBrain.com。在CengageBrain.com主頁上，使用頁面頂部的搜索框搜索圖書的ISBN（在圖書的封底可以找到它）。這將把你帶到本書的頁面，可以在其中找到這些資源。
系統(tǒng)與實驗室需求
無須任何硬件，就能夠?qū)W習(xí)本書中的操作系統(tǒng)概念。截屏圖及其他插圖有助于支持這里展示的討論。不過，為了*大限度地獲取本書中的知識，你應(yīng)該逐步完成“動手項目”。為此，將需要訪問至少一臺計算機(jī)和一種操作系統(tǒng)。要像本書中展示的那樣完整、廣泛地學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，將需要多臺計算機(jī)和多種操作系統(tǒng)，也可以使用服務(wù)器或者提供了虛擬服務(wù)器或桌面環(huán)境的臺式機(jī)，其中將運行不同的操作系統(tǒng)。
下面給出了針對本書中介紹的每一種操作系統(tǒng)的建議：
Windows XP
Windows XP是對Windows 98/Windows Me操作系統(tǒng)的重大升級，其中Home（家庭）版本適用于休閑娛樂的用戶，而Professional（專業(yè)）版本則適用于辦公以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。對于Home版本，建議使用500MHz或更快的處理器、256MB的RAM、1.0GB的硬盤驅(qū)動器以及一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器；對于Professional版本，則建議使用900MHz或更快的處理器以及512MB的RAM。
Windows Vista
Windows Vista是對Windows XP的重要升級，對于視頻能力則尤其如此。建議使用1GHz或更快的CPU、1GB以上的RAM、40GB或更大的硬盤驅(qū)動器、一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器，以及一個與Windows Display Driver Model兼容的圖形處理器。
Windows 7
Windows 7 是2009年推出的Windows桌面操作系統(tǒng)，許多讀者都在他們的臺式機(jī)或筆記本計算機(jī)上安裝了它。建議使用1GHz或更快的CPU、1GB以上的RAM、50GB或更大的硬盤驅(qū)動器、一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器，以及一個與Windows Display Driver Model兼容的圖形處理器。
Windows Server 2003和Windows Server 2003 R2
對于這些服務(wù)器操作系統(tǒng)，建議至少使用550MHz的處理器，但是如果使用更快的處理器（例如900MHz或更快），則將獲得更好的響應(yīng)。還建議使用至少512MB的RAM、40GB或者更大的硬盤驅(qū)動器以及一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器。
Windows Server 2008和Windows Server 2008 R2
這些服務(wù)器操作系統(tǒng)代表服務(wù)器能力方面的重要提升。對于這些服務(wù)器操作系統(tǒng)，建議使用1GHz或更快的處理器；并且注意Windows Server 2008 R2只能運行在64位的處理器上。還建議使用至少2GB的RAM、50GB或更大的硬盤驅(qū)動器以及一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器。為了獲得將加載多個操作系統(tǒng)（例如通過Microsoft Hyper-V）的虛擬服務(wù)器能力，還需要一個支持Intel-VT或AMD-V的處理器。
Mac OS X Leopard和Snow Leopard
盡管Mac OS X Leopard不需要Intel處理器，但是Mac OS X Snow Leopard需要。為了在學(xué)習(xí)本書時獲得*佳的效果，建議Macintosh計算機(jī)使用Intel處理器、1～2GB的RAM、超過10GB的磁盤空間以及一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器。
UNIX/Linux
為了使用Fedora 13 Live Media DVD，建議計算機(jī)使用400MHz或更快的處理器、512GB以上的RAM以及一個DVD/CD-ROM驅(qū)動器（硬盤空間對于運行Live Media分發(fā)版不是一個問題，除非執(zhí)行了需要10GB或更多磁盤空間的硬盤安裝）。
致謝
第4版的修訂是一種非常有價值的經(jīng)歷，這部分是由于我們有機(jī)會與許多才華橫溢的人共事。我們想要感謝組稿編輯Nick Lombardi對本書的興趣與支持，也非常感謝高級產(chǎn)品經(jīng)理Michelle Ruelos Cannistrici組建了我們的團(tuán)隊并自始至終支持我們的工作。我們要特別向開發(fā)編輯Deb Kaufmann致敬，他令人難以置信地通過清晰的語言、準(zhǔn)確性、匯集評論以及總是提出合理的建議，在各個方面確保本書可以獲得一個高質(zhì)量的結(jié)果。我們還要感謝PreMediaGlobal的生產(chǎn)階段的項目經(jīng)理Sumathy Kumaran所做的工作，對文字編輯Marcia Youngman也一并表示感謝。Cengage Learning的高級內(nèi)容項目經(jīng)理Kara A. Dicaterino在生產(chǎn)階段的末尾也發(fā)揮了重要的作用。
John Bosco在Green Pen Quality Assurance的優(yōu)秀工作人員徹底地測試了書中每一處的概念、按鍵和鼠標(biāo)點擊。我們還想感謝本書的評審者對每一章的各個方面都提供了必要的反饋，他們是西部州長大學(xué)的Gwendolyn Britton、常春藤技術(shù)社區(qū)學(xué)院的Alan Bunning、皮特社區(qū)學(xué)院的Emily Harrington、瓦倫西亞社區(qū)學(xué)院的Heith Hennel、埃奇庫姆社區(qū)學(xué)院的Wes Hill以及奧沙克技術(shù)社區(qū)學(xué)院的David Pope。
獻(xiàn)辭
Michael Palmer——我要把本書再次獻(xiàn)給Deb Kaufmann，他代表了開發(fā)編輯的黃金 標(biāo)準(zhǔn)。
Michael Walters——我要把本書獻(xiàn)給我的岳母Dorothy Oliver，她在我們共處的時光里給了我那么多的快樂和決心。
第1章 操作系統(tǒng)理論 1
1.1 操作系統(tǒng)簡介 1
1.2 操作系統(tǒng)簡史 3
1.3 了解操作系統(tǒng)的工作原理 9
1.3.1 內(nèi)核 9
1.3.2 資源管理器 10
1.3.3 設(shè)備驅(qū)動程序和操作系統(tǒng) 11
1.3.4 應(yīng)用軟件的作用 12
1.3.5 BIOS的作用 13
1.3.6 操作系統(tǒng)元素小結(jié) 15
1.4 操作系統(tǒng)的類型 16
1.4.1 分時系統(tǒng) 18
1.4.2 實時系統(tǒng) 19
1.4.3 多用戶系統(tǒng) 19
1.5 單任務(wù)與多任務(wù) 21
1.6 單用戶與多用戶操作系統(tǒng) 24
1.7 當(dāng)前的操作系統(tǒng) 25
1.8 本章小結(jié) 26
1.9 關(guān)鍵術(shù)語 26
1.10 復(fù)習(xí)題 29
1.11 動手項目 31
1.11.1 動手項目1-1 32
1.11.2 動手項目1-2 33
1.11.3 動手項目1-3 34
1.11.4 動手項目1-4 35
1.11.5 動手項目1-5 35
1.11.6 動手項目1-6 37
1.11.7 動手項目1-7 38
1.11.8 動手項目1-8 39
1.11.9 動手項目1-9 40
1.11.10 動手項目1-10 41
1.11.11 動手項目1-11 42
1.11.12 動手項目1-12 43
1.11.13 動手項目1-13 44
1.11.14 動手項目1-14 45
1.12 案例項目 46
1.12.1 案例項目1-1：基本的操作系統(tǒng)功能 46
1.12.2 案例項目1-2：設(shè)備驅(qū)動程序 46
1.12.3 案例項目1-3：選擇新的服務(wù)器 46
1.12.4 案例項目1-4：選擇新的桌面系統(tǒng) 46
1.12.5 案例項目1-5：新發(fā)布的操作系統(tǒng)的問題 46
第2章 流行的操作系統(tǒng) 47
2.1 早期的Microsoft操作系統(tǒng) 47
2.1.1 MS-DOS和PC DOS 47
2.1.2 Windows 3.x 47
2.1.3 Windows 95 48
2.1.4 Windows 98/Windows Me 49
2.1.5 Windows NT 51
2.1.6 Windows 2000 51
2.1.7 Windows 2000 Server和Windows 2000 Professional 53
2.1.8 Windows 2000 Server、Windows 2000 Advanced Server和
Windows 2000 Datacenter Server 53
2.2 當(dāng)前的桌面和服務(wù)器操作系統(tǒng) 54
2.2.1 Windows XP 54
2.2.2 Windows Server 2003 58
2.2.3 Windows Server 2003 R2 58
2.2.4 Windows Vista 67
2.2.5 Windows Server 2008 77
2.2.6 Windows Server 2008 R2 79
2.2.7 Windows 7 82
2.2.8 UNIX System Release 4 86
2.2.9 Mac OS 90
2.3 本章小結(jié) 94
2.4 關(guān)鍵術(shù)語 94
2.5 復(fù)習(xí)題 97
2.6 動手項目 99
2.6.1 動手項目2-1 99
2.6.2 動手項目2-2 102
2.6.3 動手項目2-3 103
2.6.4 動手項目2-4 104
2.6.5 動手項目2-5 105
2.6.6 動手項目2-6 105
2.6.7 動手項目2-7 106
2.6.8 動手項目2-8 108
2.6.9 動手項目2-9 109
2.7 案例項目 110
2.7.1 案例項目2-1：會計部升級 110
2.7.2 案例項目2-2：遺留的開賬單系統(tǒng) 110
2.7.3 案例項目2-3：用于市場部的新計算機(jī) 111
2.7.4 案例項目2-4：總裁的問題 111
2.7.5 案例項目2-5：首席財務(wù)官的考慮 111
2.7.6 案例項目2-6：服務(wù)器升級 111
第3章 操作系統(tǒng)的硬件組件 112
3.1 理解CPU 112
3.1.1 設(shè)計類型 113
3.1.2 速度 116
3.1.3 緩存 116
3.1.4 地址總線 117
3.1.5 數(shù)據(jù)總線 117
3.1.6 控制總線 118
3.1.7 CPU調(diào)度 118
3.2 流行的PC處理器 118
3.2.1 Intel處理器 118
3.2.2 AMD處理器 121
3.2.3 其他處理器 122
3.3 本章小結(jié) 123
3.4 關(guān)鍵術(shù)語 123
3.5 復(fù)習(xí)題 125
3.6 動手項目 127
3.6.1 動手項目3-1 127
3.6.2 動手項目3-2 127
3.6.3 動手項目3-3 130
3.6.4 動手項目3-4 131
3.6.5 動手項目3-5 131
3.6.6 動手項目3-6 132
3.7 案例項目 134
3.7.1 案例項目3-1：服務(wù)器升級 134
3.7.2 案例項目3-2：桌面計算 134
3.7.3 案例項目3-3：硬件過熱 134
第4章 文件系統(tǒng) 135
4.1 了解文件系統(tǒng)的功能 135
4.1.1 設(shè)計目錄結(jié)構(gòu) 137
4.1.2 磁盤存儲的基礎(chǔ)知識 141
4.1.3 塊分配 141
4.1.4 分區(qū) 142
4.1.5 格式化 145
4.2 Windows文件系統(tǒng) 148
4.2.1 FAT16和擴(kuò)展FAT16 148
4.2.2 FAT32 149
4.2.3 FAT64 150
4.2.4 NTFS 151
4.2.5 CDFS和UDF 157
4.3 UNIX文件系統(tǒng) 158
4.4 Macintosh文件系統(tǒng) 165
4.5 本章小結(jié) 170
4.6 關(guān)鍵術(shù)語 171
4.7 復(fù)習(xí)題 175
4.8 動手項目 178
第3章 操作系統(tǒng)的硬件組件
在閱讀完本章內(nèi)容并且完成了練習(xí)之后，你將能夠：
* 解釋操作系統(tǒng)的硬件組件，包括設(shè)計類型、速度、緩存、地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線和CPU調(diào)度。
* 描述流行的PC處理器的基本特性和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
* 理解硬件組件怎樣與操作系統(tǒng)交互。
操作系統(tǒng)和硬件協(xié)作，使計算機(jī)可用于商業(yè)、教育、個人、網(wǎng)絡(luò)和云計算應(yīng)用程序。用于特定應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)的特性依賴于硬件的能力。在許多情況下，現(xiàn)代操作系統(tǒng)不支持較舊的硬件。當(dāng)升級一個操作系統(tǒng)時，可能也需要升級硬件，以匹配新操作系統(tǒng)的 能力。
本章將介紹硬件的基礎(chǔ)知識，包括CPU的設(shè)計、時鐘速度和計算機(jī)總線的類型。此外，還將介紹CPU以及特定的操作系統(tǒng)如何使用CPU。
3.1 理解CPU
正如在第1章中所學(xué)到的，操作系統(tǒng)的主要功能之一是在計算機(jī)上運行的多種應(yīng)用程序與其內(nèi)的硬件之間提供接口。理解硬件的核心在于計算機(jī)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，它構(gòu)建在CPU或處理器的基礎(chǔ)之上。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（system architecture）包括硬件中的CPU的數(shù)量和類型以及CPU與其他硬件組件（比如內(nèi)存和磁盤存儲器）之間的通信路由，稱為總線（bus）。
CPU是執(zhí)行實際的計算和邏輯工作的芯片。大多數(shù)的現(xiàn)代PC都具有這樣一個芯片，稱為單處理器計算機(jī)（single-processor computer）。實際上，為了具有完整的功能，CPU將需要多個支持芯片，比如幫助管理與設(shè)備和設(shè)備驅(qū)動程序之間的通信的芯片。
隨著多核處理器的出現(xiàn)，芯片技術(shù)也在繼續(xù)發(fā)展。處理器是CPU的一部分，用于讀取和執(zhí)行非常基本的指令，比如從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)或者把數(shù)據(jù)發(fā)送到屏幕。處理器*初被創(chuàng)建成只有一個核心，因此一次只執(zhí)行一條指令。核心（core）是實際地讀取和執(zhí)行指令的處理器區(qū)域。多核處理器具有兩個或更多的核心，比如雙核處理器和4核處理器，前者包含兩個核心，后者則具有4個核心。
也有一些計算機(jī)具有多個CPU。許多計算機(jī)具有兩個CPU，一些計算機(jī)則具有多達(dá)128個以上的CPU。這些計算機(jī)一般稱為多處理器計算機(jī)（multiprocessor computer）。在本章后面將更詳細(xì)地探討單處理器、多處理器和多核計算機(jī)。
可以按多個硬件元素對CPU進(jìn)行分類，以下是其中*重要的元素：
* 設(shè)計類型。
* 速度。
* 緩存。
* 地址總線。
* 數(shù)據(jù)總線。
* 控制總線。
* CPU調(diào)度。
在下面幾節(jié)中將逐一介紹所有這些元素。
3.1.1 設(shè)計類型
在今天的計算機(jī)中使用兩種常規(guī)的CPU設(shè)計：CISC（Complex Instruction Set Computing，復(fù)雜指令集計算）和RISC（Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集計算）。二者的主要區(qū)別是芯片可以處理的不同指令數(shù)。當(dāng)在計算機(jī)上執(zhí)行一個程序時，CPU將從程序中一條接一條地讀取指令，以執(zhí)行程序希望完成的任務(wù)。當(dāng)CPU讀取到這樣一條指令時，它將執(zhí)行與之關(guān)聯(lián)的操作。CPU在低端每秒可以處理多達(dá)2000萬個復(fù)雜的操作，在高端則可以處理數(shù)十億個操作。時鐘速度和CPU設(shè)計是確定可以多快地執(zhí)行操作的因素。顯然，可以使用許多指令來執(zhí)行不同的操作對于程序員來說是很方便的。
例如，假定程序員希望把兩個數(shù)字相乘�？梢院芊奖愕亟oCPU提供這兩個數(shù)字，然后告訴它把它們相乘起來，并顯示結(jié)果。由于不同類型的數(shù)字（比如整數(shù)和實數(shù)）必須以不同的方式處理，如果具有對各種數(shù)字類型執(zhí)行這種乘法的功能，那將非常美妙�？梢钥吹�，當(dāng)我們需要CPU執(zhí)行越來越多的功能時，指令數(shù)也可能會快速增長。當(dāng)程序執(zhí)行更多的功能時，CPU可以理解并執(zhí)行的指令集（instruction set）或命令列表可能變得相當(dāng)復(fù)雜。像這樣工作的處理器就稱為CISC CPU。當(dāng)CISC CPU獲取一條命令時，它將給芯片的不同部分分配特定的指令。當(dāng)一條命令完成并且CPU獲取下一條命令時，它通常會使用在執(zhí)行這條命令之前使用的芯片的相同部分�；贑ISC的芯片通常可以識別200多條不同的指令，Intel x86計算機(jī)家族就基于CISC CPU。
CISC CPU既有優(yōu)點，也有缺點。一個重大的優(yōu)點是：只需通用硬件即可執(zhí)行命令，而不需要為特定目的設(shè)計的硬件。如果以后想要給芯片的新版本添加新的命令，就可能利用相同的通用硬件完成。另一個重大的優(yōu)點是：芯片主要由軟件驅(qū)動，它的制作費用比硬件更便宜。CISC設(shè)計的主要缺點包括：執(zhí)行許多功能所需的硬件比較復(fù)雜，并且芯片上使硬件做正確事情所需的軟件也比較復(fù)雜。具有諷刺意味的是，它的一個更重大的缺點是：需要持續(xù)不斷地對芯片上的硬件重新編程。前面使用了芯片上的某個部分執(zhí)行乘法運算，如果要使用芯片的相同部分來加一個數(shù)字——兩種功能顯然是相關(guān)的，但是稍有區(qū)別——就必須在乘法運算與加法運算之間重新配置硬件。這種配置將把CPU從乘法改為加法，需要花一點時間，這是CISC芯片可能比RISC芯片慢一點的一個原因。
此外，當(dāng)使用通用硬件執(zhí)行特定的功能時，這些功能不會始終以*高效的方式執(zhí)行，這可能會減慢程序代碼的CPU執(zhí)行速度。這個問題的一種解決方案是為特定的功能自定義硬件。例如，可以添加一個模塊，將其優(yōu)化成執(zhí)行所有的計算功能（數(shù)學(xué)協(xié)處理器，math coprocessor）。添加這樣的模塊可以提升CPU的性能，但它也會提高價格，硬件的速度越快，價錢越昂貴。
注意?早期的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)具有一個處理器和一個可選的插槽，用于安裝數(shù)學(xué)協(xié)處理器。數(shù)學(xué)協(xié)處理器用于執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，比如電子數(shù)據(jù)表中所需要的那些計算。現(xiàn)代系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的CPU具有內(nèi)置的數(shù)學(xué)協(xié)處理器。
考慮CISC CPU設(shè)計的缺點，很容易理解另一種主要的CPU設(shè)計（即RISC CPU）背后的思想。CISC CPU執(zhí)行的復(fù)雜操作會降低它的速度，因為必須配置芯片上的各類硬件以執(zhí)行特定的功能。另一方面，對于特定的任務(wù)，RISC CPU只需要非常少的配置，因為它的芯片上的硬件是專門設(shè)計的，并且優(yōu)化成執(zhí)行特定的功能。這種方法的缺點是：需要許多硬件來執(zhí)行指令，這將使芯片更昂貴，因為它將更復(fù)雜。這是RISC CPU具有如此少的指令的主要原因；它所執(zhí)行的大多數(shù)指令都是由芯片上的硬件執(zhí)行的，它們專用于只執(zhí)行某種功能。由于RISC CPU上的大多數(shù)硬件都不共享許多指令，RISC CPU通常使用一種稱為流水線（pipelining）的技術(shù)，它允許處理器在操作一條指令的同時，從操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序中獲取一條或多條后續(xù)的指令。全世界大約有95%的移動電話都使用ARM（Advanced RISC Machine，高級RISC機(jī)器）芯片。
注意?今天，還在繼續(xù)生產(chǎn)CISC CPU和RISC CPU。人們用和稀泥的方式化解了關(guān)于它們二者誰更好的爭論，即在RISC CPU中吸收CISC的特性，反之亦然。Intel處理器仍被認(rèn)為是CISC CPU。
圖3-1中的示例解釋了RISC方法與CISC方法之間的區(qū)別，它顯示了每種CPU設(shè)計在一定數(shù)量的時鐘周期或時鐘脈沖內(nèi)如何執(zhí)行5個乘法運算。
圖3-1 CISC與RISC處理方式的對比
執(zhí)行乘法運算的一般步驟如下：
�。�1）從內(nèi)存中讀取*個數(shù)字。
（2）從內(nèi)存中讀取第二個數(shù)字。
�。�3）把兩個數(shù)字相乘。
�。�4）把結(jié)果寫回內(nèi)存。
�。�5）為其余的4個乘法運算依次重復(fù)執(zhí)行步驟（1）～（4）。
在簡單的CISC CPU上，首先將把CPU配置成獲�。ㄗx�。⿺�(shù)字，然后它就會讀取數(shù)字。接下來，將CPU配置成把數(shù)字相乘，然后它就會把數(shù)字相乘。再接下來，將CPU配置成把結(jié)果寫回內(nèi)存，然后它就會把數(shù)字寫到內(nèi)存中。如果你希望以這種方式把5組數(shù)字相乘，就必須把整個過程重復(fù)5次。
在簡單的RISC CPU上，這個過程看上去稍有不同。CPU的一個部分專用于讀取*個數(shù)字。當(dāng)這個操作完成時，CPU的另一個部分將讀取第二個數(shù)字。當(dāng)后面這個操作完成時，CPU還有一個部分用于把結(jié)果寫到內(nèi)存。如果這個操作必須接連發(fā)生5次，那么在獲得用于*個操作的第二個數(shù)字時，RISC硬件中專用于從內(nèi)存中獲得*個數(shù)字的那個部分將獲得用于第二個操作的*個數(shù)字。并且當(dāng)把前兩個數(shù)字相乘時，將從內(nèi)存中獲取用于第二個操作的第二個數(shù)字，同時獲得用于第三個操作的*個數(shù)字。當(dāng)把*個結(jié)果寫回內(nèi)存時，就執(zhí)行第二個乘法運算，同時從內(nèi)存中讀取用于第三個操作的第二個數(shù)字，并且從內(nèi)存中讀取用于第四個操作的*個數(shù)字，依此類推。可以看到，當(dāng)必須執(zhí)行許多操作時，RISC CPU的流水線技術(shù)將比CISC CPU高效得多。Intel、Motorola和AMD是這種CPU的3家*受歡迎的制造商。
RISC處理器設(shè)計演變成一個名為EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing，顯式并行指令計算）的概念，它是由Intel和HP（Hewlett-Packard）聯(lián)合創(chuàng)建的。EPIC通過實現(xiàn)大存儲區(qū)域以及執(zhí)行并行指令集，使處理器能夠同時處理大量的操作。EPIC技術(shù)使單個處理器一次能夠執(zhí)行多達(dá)20個操作。
EPIC使芯片能夠預(yù)計和推測將來哪些操作是可能發(fā)生的。例如，如果已經(jīng)請求了許多數(shù)學(xué)運算以獲得某些數(shù)據(jù)并把它們相乘，EPIC就預(yù)計在將來會發(fā)生額外類型的操作。通過預(yù)計和推測，芯片實際上會在請求某些操作之前先執(zhí)行它們。對于其他的操作，它會建立內(nèi)存區(qū)域和工作區(qū)域，使得用于類似操作的工具已經(jīng)存在，并且會一個接一個地處理那些操作。EPIC可以支持*多256個64位的寄存器，這比CISC和傳統(tǒng)的RISC處理器要多得多。通過使用更多的寄存器，EPIC減少或消除了處理器上的瓶頸，這使處理器能夠工作得更快。
基于RISC的EPIC處理器的另一個優(yōu)點是：它可以把3條指令構(gòu)建到一個“字”中。字（word）就像是與處理器之間的單獨一條通信，在CISC和傳統(tǒng)的RISC處理器中每個字使用一條指令。EPIC通過每個字使用3條指令，使處理器的工作速度要快得多。此外，還可以把EPIC指令結(jié)合進(jìn)指令組中，從而組成多個字，如果可能，它將嘗試同時執(zhí)行一個組中的所有指令。一個指令組中的指令數(shù)量理論上是無限的。
通過執(zhí)行并行操作，EPIC處理器可以同時做幾件事情。例如，回到圖3-1上來，CISC處理器花費20個時鐘周期來執(zhí)行5個乘法運算，RISC處理器則只需要花費8個時鐘周 期�；赗ISC的EPIC處理器（比如Intel Itanium處理器）在1個時鐘周期內(nèi)就可以執(zhí)行 5個乘法運算，同時它還可以預(yù)計額外的任務(wù)，或者為不同的軟件應(yīng)用程序完成其他的 任務(wù)。
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