操作系統(tǒng)用戶界面

單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第二章 操作系統(tǒng)用戶界面,第一節(jié) 作業(yè)的基本概念,一、作業(yè)的定義,1、作業(yè)：從用戶的角度，作業(yè)是指在一 次應(yīng)用業(yè)務(wù)處,理過程中，從輸入開始到輸出結(jié)束為止，用戶要求,計算機所做的與該次業(yè)務(wù)處理相關(guān)的全部工作。,2、作業(yè)步：完成一個作業(yè)的過程中所經(jīng)歷的相對獨立,的工作。,3、作業(yè)的組成：作業(yè)從內(nèi)容上包含程序、數(shù)據(jù)、作業(yè),說明書(作業(yè)控制塊)。,4、作業(yè)說明書：用作業(yè)控制語言書寫的，用于對作業(yè)執(zhí)行情況進行控制的特,殊文件。,5、作業(yè)的特點：,a、,是一個動態(tài)的概念；,b、,在批處理系統(tǒng)中，作業(yè)是搶占內(nèi)存資源的基本單位。,二、作業(yè)組織,作業(yè)是由程序、數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書組成。,1、程序、數(shù)據(jù)：完成用戶所要求的業(yè)務(wù)處理工作。,2、作業(yè)說明書：體現(xiàn)用戶對作業(yè)的控制意圖，且由作,業(yè)說明書生成作業(yè)控制塊。,3、,JCB,表格內(nèi)容：登記作業(yè)要求的資源情況，預(yù)計執(zhí),行時間和執(zhí)行優(yōu)先級等。,4、作業(yè)說明書內(nèi)容：包括作業(yè)基本描述信息、作業(yè)控,制描述信息、資源要求描述信息。,（1）作業(yè)基本描述：含用戶名、作業(yè)明、使用的編,程語言、允許的最大處理時間等。,(2)作業(yè)控制描述信息：含控制方式、各作業(yè)步的控制,順序、出錯處理等。,（3）資源要求描述信息：含要求處理時間、內(nèi)存空間、,外設(shè)種類、數(shù)量、處理機優(yōu)先級、所需處理時間、,庫函數(shù)、實用程序等。,注意：,（1）在微機中，人們常用批處理文件編寫作業(yè)說明,書。,（2）作業(yè)說明書方式主要用于批處理系統(tǒng)中，且不同計算機廠家對自己的系統(tǒng)定義有各自的作業(yè)說明書格式和內(nèi)容。,第二節(jié) 作業(yè)建立,作業(yè)的建立：將一個作業(yè)所包含的程序、,數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書由輸入設(shè)備送入外,存的輸入井，并通過作業(yè)注冊程序為,該作業(yè)申請建立一個相應(yīng)的,JCB,過程。,一、作業(yè)的輸入方式,1、聯(lián)機輸入方式：,（1）特點:,a、,主要用于交互式系統(tǒng)中，用戶與主機,通過交互會話方式輸入作業(yè)；,b、,外圍設(shè)備與主機直接相連；,c、,由于,CPU,與外設(shè)速度不匹配，,CPU,利,用率低。,（2）示意圖：,2、脫機輸入方式,（1）目的：解決聯(lián)機輸入,CPU,利用率低的問題。,（2）示意圖：,主機,外存,輸入/輸出,主機,高速外圍設(shè)備,后援存儲器,低檔機,I1,后援存儲器,低檔機,I2,（3）特點：,a、CPU,效率高，但以犧牲低檔機為代價；,b、,需要用戶干預(yù)和移動后援存儲器；,c、,靈活性差，當遇緊急情況時無法直接將作業(yè)交,給主機處理。,3、直接耦合方式：,（1）方法：將主機與外圍低檔機通過一個大容量的,外存直接耦合起來，省去脫機方式中靠人工移動,后援存儲器的過程。,（3）示意圖：,主機,公用存儲器,低檔機,低檔機,（3）缺點：,成本高。,4、,SPOOLING(,假脫機系統(tǒng)),（1）多臺,I/O,設(shè)備通過通道或,DMA,器件和主機、外存,連接起來。,（2）原理圖：,輸入設(shè)備,輸入設(shè)備,通,道,輸入井,輸出井,通,道,輸出設(shè)備,輸出設(shè)備,通 道,主機系統(tǒng),輸入管理,模塊,輸出管理,模塊,（3）特點：,a、,外設(shè)得以并行工作；,b、CPU,利用率高；,c、,與直接耦合方式相比，降低了成本。,5、網(wǎng)絡(luò)輸入方式：,以上述四種微基礎(chǔ)（略）。,二、,JCB,建立：,1、建立：由作業(yè)注冊程序為已輸入的作業(yè)建立。,2、,JCB,的內(nèi)容：,（1）作業(yè)名：以區(qū)分作業(yè)；,（2）估計執(zhí)行時間、建立時間、優(yōu)先級等為作業(yè)調(diào)度,提供依據(jù)；,（3）作業(yè)說明書：控制作業(yè)執(zhí)行的依據(jù)；,（4）程序設(shè)計語言類型，指明所需的編譯系統(tǒng)和庫函,數(shù)等；,（5）作業(yè)狀態(tài)：描述作業(yè)生存期的各個階段。,a、,提交態(tài)：從作業(yè)輸入請求開始到建立,JCB,表為,止。,b、,后備態(tài)：從建立,JCB,表開始到作業(yè)調(diào)度程序選中,該作業(yè)進入內(nèi)存為止，作業(yè)在作業(yè)等待,隊列中所處的狀態(tài)。,c、,執(zhí)行態(tài)：從作業(yè)被調(diào)度選中開始到該作業(yè)執(zhí)行結(jié),束為止。,d、,完成態(tài)：從作業(yè)之行結(jié)束到被撤銷為止。,（6）對內(nèi)存、外存的要求。,第三節(jié) 命令控制界面接口（補充）,一、用戶界面的發(fā)展,1、第一代用戶界面，在一維空間（命令,行界面和編程人員在程序中的系統(tǒng)調(diào)用）,用戶要使用計算機，首先要熟悉一,套操作命令，而且不同的操作系統(tǒng)命令,是各不相同的，熟悉英文名稱及其縮寫,有助于記憶命令；多數(shù)的命令行有很多選項,實施多種控制操作能力；操作系統(tǒng)中必備一,套相應(yīng)的命令解釋程序。,2、第二代用戶界面，在二維空間（圖形界面）,（1）用戶觀看，單擊縮影的圖符。如,Windows,是視窗,操作系統(tǒng)發(fā)展的里程碑；,（2）美國的蘋果公司的,Macintosh,系列微機，其人機界,面設(shè)計仍是較優(yōu)秀的；,（3）在,UNIX,操作系統(tǒng)上，早已廣為流行一種圖形用戶,界面，他就是,X-Windows，,它也有類似的功能，但,不屬于操作系統(tǒng)核心的內(nèi)容，需另行配置安裝；,（4）圖形用戶界面便于用戶操作使用計算機，在顯示,屏上可以建立很多縮微型形象化的圖標，用戶用鼠,標器單擊就能調(diào)出程序工作，即所見所得。,3、第三代用戶界面，在三維空間（虛擬現(xiàn)實的界面元素）,（1）目前已有不少的游戲軟件在三維硬件顯示卡的支,持下，改成三維動畫效果。,（2）在計算機的很多應(yīng)用領(lǐng)域中，如建筑、醫(yī)學(xué)等，,需要有3維計算的圖像顯示立體效果；,（3）現(xiàn)有的界面已能看到很多“虛擬儀器”，如電話機、,放音機等，在計算機的“桌面”上顯示出人們熟悉的家,用電器或其他儀器設(shè)備的操作面板。,4、虛擬機概念,（1）虛擬軟驅(qū)、虛擬內(nèi)存、虛擬硬盤、虛擬打印機、,虛擬現(xiàn)實等技術(shù)均已出現(xiàn)并得以應(yīng)用；,（2）計算機也可以虛擬，可以使用虛擬機來創(chuàng)造出多,個理想的工作環(huán)境，而這一切只需在一臺機器上可以,完成。,二、界面管理的任務(wù)：,1、界面管理的任務(wù)是：使用多媒體虛擬現(xiàn)實和科學(xué)計,算可視化等技術(shù)尋求最佳的人機通信方式；,2、任何一種軟件首先涉及人機交互的控制界面，目前,的計算機也離不開操作系統(tǒng)的界面。計算機的發(fā)展史,不僅是計算機在處理速度和存儲容量飛速提高的歷史，,而且也是計算機用戶界面不斷改進的歷史，,Windows,系統(tǒng)中80%以上的編程代碼是涉及與人打交道的界面,設(shè)計。,3、作為面向最終用戶的“作業(yè)”管理來看，人機交互界面,也可稱為用戶界面，已成為計算機系統(tǒng)的一個重要組,成部分，是計算機科學(xué)與心理學(xué)、圖形藝術(shù)和人素學(xué),的交叉研究領(lǐng)域。他是計算機領(lǐng)域的競爭焦點從硬件,轉(zhuǎn)向軟件之后，又一新的重要研究領(lǐng)域。,三、界面管理的功能：,1、實現(xiàn)高效的人機通信,在傳統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)中，人被認為是操作者,去適應(yīng)機器，人被認為是用戶，能與機器對話，但無,主動參與感；而在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，人應(yīng)是主動的參,與者，機器對人的各種動作做出反應(yīng)，若將人的聽、,說、手和眼等協(xié)同動作，采用多通道、以自然方式交,互，可以實現(xiàn)高效的人機通信。,2、改善計算機的可用性、可學(xué)性和有效性,鍵盤和鼠標均需用戶“精確”輸入，而人的動作或思,想，往往不很精確，要求計算機能理解人們的要求，,甚至能糾正人的錯誤，所以智能化的界面是一個重要,的方向。,3、支持三維和多媒體技術(shù),人的生活空間是三維的，頭腦在進行思維時可,以進入多維的空間，而當今計算機的屏幕是二維的，,雖然通過圖形用戶界面已提供了一些仿三維的按鈕等,界面元素，但界面仍難以進行3維操作。,4、為廣大用戶提供適應(yīng)不同應(yīng)用的眾多界面構(gòu)造工具,及語言。,開發(fā),GUI,的工作量及難度十分可觀，普通用戶已,很難自行開發(fā)，必須依靠熟練的程序員或方便的工具。,現(xiàn)在已有一些,GUI,開發(fā)工具，如,Visual Basic,Visual,c+,Power builder,Visual,foxpro,等，還有一些電子表格、,數(shù)據(jù)庫查詢語言或超文本制作語（,Hypertalk,OpenScipt,）,類似自然語言風(fēng)格，但其中有的不支持漢字、有的適,應(yīng)性差。,四、用戶界面研究,1、,WIMP,界面,WIMP,界面是指窗口（,Windows）、,圖符（,icons）,菜單(,menu)、,指點裝置（,pointing），,它是目前個人,計算機流行的用戶界面。,2、,WYSIWYG(what you see,os,what you get),所見即所得,3、多通道（,multi-modal user interface,MMI）,為了充分發(fā)揮,CPU,的高速運算性能，是,CPU,與外部,設(shè)備之間以及外部設(shè)備與外部設(shè)備之間實現(xiàn)更多的并行,工作。,4、人機詢問技術(shù)（,man-machine interrogation technique,MMIT）,人機交互的界面發(fā)展，是機器能像人一樣地進行“交,談”。,5、,Post-WIMP,時代（后,WIMP）,同時操作多個設(shè)備，例如多個傳感器、多個通道、,多個人同時使用以至能識別人的雙手及形體語言等多,模式識別。,6、,X-window,它是86年美國,MIT,的雅典娜工程小組為了提供一個,獨立于硬件的用戶圖形界面而開發(fā)成功的，廣為流行,的是83年發(fā)行的,X11.2,版本。尤其與,UNIX,操作系統(tǒng)結(jié),合，是唯一既可運行于,IBM-PC,到各種大中型機以及巨,型機，又可運行于,X,終端上。同時，它也給程序員編,程提供了工具箱編程接口和事件驅(qū)動型編程模型。他,有多窗口、按鈕、菜單、圖標、滾動條和鼠標等控制,輸入命令的工具。,7、虛擬現(xiàn)實,（1）虛擬現(xiàn)實是用計算機技術(shù)來生成一個逼真的3維,視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以,從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對,這生成的虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。,（2）,虛擬現(xiàn)實是一項綜合的的技術(shù)涉及計算機圖形學(xué)、,人機接口技術(shù)、傳感技術(shù)及人工智能技術(shù)等，需要,計算機、心理學(xué)、人類工程學(xué)等專家共同開發(fā)研究。,（3）實際應(yīng)用的虛擬系統(tǒng)大體可分為4類：,a、,桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，也成窗口中的,VR，,它成本,低，需要用于,CAD/CAM、,建筑設(shè)計的領(lǐng)域；,b、,沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，使用頭盔顯示器把用戶的,視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨,其境的錯覺；,c、,分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它建立在沉靜虛擬現(xiàn)實系,統(tǒng)和分布式交互仿真的基礎(chǔ)上；,d、,增強現(xiàn)實。,五、用戶界面設(shè)計的特點：,1、計算機不斷適應(yīng)人的需求，以方便用戶為目的。一,般用戶歡迎“傻瓜型”機器；,2、現(xiàn)代操作系統(tǒng)程序編寫代碼中80%以上與用戶界面的,設(shè)計有關(guān)。界面設(shè)計不單是技術(shù)上的設(shè)計問題，還有,一個藝術(shù)上的問題。要增強個性化的設(shè)計，即允許有,個人的選擇和改編的可能；,c、,美國微軟公司是以商業(yè)運作為指揮棒，源代碼是不,公開的。而,MIT,對購買,X-Windows,源程序的開發(fā)單位,只進行象征性的收費，是它能得到迅速的發(fā)展。類似,的,Linux,操作系統(tǒng)源代碼是公開的，因此使它3年就走,完,UNIX20,年的歷程。,d、,多窗口系統(tǒng)一般都采用事件驅(qū)動控制方式。系統(tǒng)內(nèi),有一個事件驅(qū)動控制程序，負責接收輸入事件，并在,接收事件后為用戶反饋信息，然后按某種調(diào)度方式從,接收的事件隊列中取出相應(yīng)事件并進行處理，最后還,對已處理過的事件進行清理工作。,第四節(jié) 作業(yè)調(diào)度（補充）,一、作業(yè)調(diào)度的功能,（1）采用作業(yè)控制塊（,JCB）,記錄系統(tǒng),中個作業(yè)工作狀況；,（2）根據(jù)選定的調(diào)度算法，從后備作業(yè),隊列中選出一部分或一個作業(yè)投入運,行；,（3）為被選中的作業(yè)做好運行前的準備工作，,包括選擇相應(yīng)的進程執(zhí)行單元以及為這些進,程分配系統(tǒng)資源，州縣判斷用戶的資源要求,是否能夠滿足。,（4）作業(yè)運行結(jié)束后的善后處理工作。,二、作業(yè)調(diào)度算法,1、先來先服務(wù)（,FCFS）,按作業(yè)進入輸入井的先后次序安排。優(yōu)點是實現(xiàn),簡單，,FIFO,隊列順序工作，對相同的或均衡的作業(yè)較,為合理；缺點是不利于運行時間短的作業(yè)。,2、最短作業(yè)優(yōu)先（,shortest jib first,SJF）,（1）,方法：選擇那些估計需要執(zhí)行時間最短的作業(yè)投,入執(zhí)行，為他們創(chuàng)建進程和分配資源。,（2）特點：可使得系統(tǒng)在同一時間內(nèi)處理的作業(yè)數(shù)最,多，從而吞吐量也大于