Bài giảng Nhập môn Công nghệ thông tin 1 - Chương 2: Giới thiệu về hệ điều hành

Nhập môn Công nghệ thông tin 1
 Giới thiệu hệ điều hành
 Các thành phần chính của một hệ điều hành
 Phân loại hệ điều hành
 Lịch sử phát triển
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 2
 Ứng dụng (người dùng)
 Hệ điều hành
 Phần cứng
• Một lớp phần mềm ở giữa phần cứng và các chương trình ứng
 dụng/người dùng, nó cung cấp một giao diện máy ảo (virtual
 machine) : dễ dàng và an toàn
• Một bộ quản lý tài nguyên (resource manager) cho phép các
 chương trình/người dùng chia xẻ tài nguyên phần cứng: công
 bằng và hiệu quả
• Một tập các tiện ích để đơn giản hóa việc phát triển ứng dụng
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 4
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 6
• Đối với người lập trình
 – Dễ dàng hơn trong việc lập trình
 • Chỉ thấy mức trừu tượng cao, không cần phải biết 
 chi tiết phần cứng.
 • Vd: tập tin chứ không phải các blocks trên ổ cứng.
 – Tính tương thích
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 7
• Đối với người sử dụng máy tính
 – Dễ dàng sử dụng máy tính
 • Bạn có thể hình dung việc sử dụng máy tính không 
 cần hệ điều hành?
 – An toàn
 • HĐH bảo về chương trình giữa các chương trình 
 khác nhau.
 • HĐH bảo về người dùng giữa các người dùng khác 
 nhau.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 8
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 9
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 10
 CPU Memory
 memory bus
 I/O bus
 disk Net interface
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 11
• Hệ thống xử lý theo lô (batch system)
• Hệ thống đa chương (multiprogramming system)
• Hệ thống chia sẻ thời gian (time-sharing system)
• Hệ thống song song (parallel system)
• Hệ thống phân tán (distributed system)
• Hệ thống thời gian thực (real time system)
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 13
• Trong thời kì đầu, chúng ta thật ra không 
 có hệ điều hành
 – Các chương trình nhị phân được nạp sử dụng 
 bộ chuyển.
 – Giao diện là những đèn nhấp nháy (xịn!).
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 14
• t chương nh bao m 3 c :
 – Đ c thông tin u o.
 – .
 – t t .
• Hệ điều hành xử lý theo lô n t
 ng chương nh t theo thư tự.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 15
• Khi chương nh 1 đang t t thi
 thê cho y nh chương nh 2, 
 va cho p u c c thông tin u
 o a chương nh 3.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 16
• t chương nh n i a hai
 ng i:
 – i ng p u.
 – ly nh n i CPU.
• Khi t chương nh đang chơ i
 ng p u thi y nh thể cho 
 p chương nh c c thi CPU.
 Như y n ng i đa năng c
 a CPU.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 17
 P1 Run Wait Run Wait
 Wait Wait
 P2 Wait Run Run
 P3 Wait Run Wait Run Wait
 P1, P2, P3 Run Run Run Wait Run Run Run Wait
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 18
• i gian c chia nh c ng ng nhau
• i chương nh c m CPU t ng 
 i gian t nh. c tiêu để chương nh o
 ng c n sau t ng nh i t
 c.
• c i HĐH đa chương: HĐH chia i gian
 c t chương nh đang m CPU i
 m ng đa t thời gian p cho . n HĐH đa
chương thi không thể i chơ cho n khi
chương nh tự rời bỏ CPU.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 19
 P1
 P2
 P3
 Normal Time interval P1 Completed
 I/O Started by P1
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 20
• Mục tiêu của hệ đa chương
 – Tận dụng tối đa CPU.
• Mục tiêu của hệ chia sẻ thời gian
 • Giảm thiểu thời gian phản hồi cho người dùng
• Câu hỏi
 • Hệ nào cho throughput tốt hơn?
 • Throughput là số chương trình hoàn thành 
 trên một đơn vị thời gian.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 21
• Vài ứng dụng có các công việc có thể thực hiện
 đồng thời: Dự báo thời tiết, mô phỏng, tính toán lại
 các bảng tính, 
• Có thể tăng tốc độ bằng cách chạy các công việc
 trên các bộ xử lý khác nhau song song đồng thời.
• Cần HĐH và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ chia nhỏ
 công việc thành các hành động song song.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 22
• Thực thi các ứng dụng có thời hạn cho trước
• Hard real-time system
 – Hệ thống điều khiển bay, các hệ thống điều khiển công
 nghiệp, v.v..
 – Gây thảm họa nếu ta trễ hạn.
 – Thách thức là làm sao không trễ hạn mà không phung phí
 nhiều tài nguyên.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 23
• Soft real-time system
 – Ứng dụng multimedia.
 – Có thể gây khó chịu nhưng không đến nỗi thảm họa nếu bị
 quá hạn đôi chút!
 – Thách thức là làm sao không trễ hạn mà không phung phí
 nhiều tài nguyên.
 – Thử thách ở chỗ là khi hệ thống quá tải
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 24
• u nh y p ng ta ng 
 i nguyên a u y nh t ly c
nhau c t i ng i nhau như t
 y nh n i năng c n hơn.
• i ng không n y i nguyên
 a c y nh t ly bên i
 y như t y nh nh ng đang
 , nhưng i năng c n hơn u.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 25
• Phát triển rộng khắp
 – Hiện thời, ĐTDĐ và PDAs.
 – Tương lai, các thiết bị tính toán ở mọi nơi.
• HĐH giúp quản lý năng lượng, tính di 
 động, tìm kiếm tài nguyên, v.v.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 26
• Đặc tính
 – Tài nguyên hạn hẹp: CPU chậm, bộ nhớ nhỏ, 
 không ổ đĩa hoặc ổ đĩa với kích thước nhỏ (vài
 chục GB), v.v.
 – n i n
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 27
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 29
• Thế hệ thứ nhất (1945-55) một người dùng – không có
 hệ điều hành.
 – Công nghệ bóng đèn chân không và rờ le.
• Thế hệ thứ hai (1955-65) hệ điều hành đơn chương – xử
 lý tuần tự theo lô.
 – Công nghệ bán dẫn.
• Thế hệ thứ 3 (1965-1980) hệ điều hành đa chương, chia
 sẻ thời gian.
 – Mạch tích hợp (Integrate Circuit).
• Thế hệ thứ 4 (1980 – hiện nay) hệ điều hành chia sẻ
 thời gian cho máy tính cá nhân, và các thiết bị cầm tay.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 30
• Lịch sử phát triển và bài học của:
 – HĐH MULTICS
 – HĐH UNIX
 – Bill Gate với Microsoft
 – Steve Jobs với Apple
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 31
• y nay ng ta TV thông minh, 
 a t web, xem phim, 
 tương c i TV như y nh. y theo
 n trong tương lai TV thông thay
 thế y nh không?
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 32
• HĐH sẽ phát triển về hướng nào
 – Máy tính cá nhân
 – Máy tính chơi game
 – Siêu máy tính
 – Thiết bị cầm tay: điện thoại di động, iPad,
 – Thiết bị gia đình: tivi, tủ lạnh, bếp
 – Internet
 – 
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 33
• Hãy so sánh HĐH và các phần mềm khác dựa vào các
 tiêu chí sau:
 – Khả năng tự hoạt động ngay sau khi bật máy
 – Tác động đến máy tính khi chương trình kết thúc
 – Mức độ cần thiết cho sự hoạt động tối thiểu của máy tính
 – Khả năng điều khiển phần cứng
 – Độ phức tạp
 – Thứ tự cài đặt
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 34
• Hãy so sánh HĐH và các phần mềm khác dựa vào các
 tiêu chí sau (tiếp theo):
 – Mức độ sử dụng
 – Hình thức quản lý
 – Số lượng cài đặt trên mỗi máy tính
• Hãy so sánh điện thoại di động có sử dụng HĐH và
 không sử dụng HĐH.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 35
• Khả năng tự hoạt động ngay sau khi bật máy: HĐH 
 thường có khả năng này còn các phần mềm khác thì
 không.
• Tác động đến máy tính khi chương trình kết thúc: khi
 kết thúc HĐH thì máy tính không sử dụng được nữa (và
 HĐH thường tự thực hiện luôn thao tác tắt máy), các
 phần mềm khác không như vậy.
• Mức độ cần thiết cho sự hoạt động tối thiểu của máy
 tính: HĐH là phần mềm bắt buộc phải có, các phần mềm
 khác thì không tới mức bắt buộc.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 36
• Khả năng điều khiển phần cứng: Các phần mềm khác 
 không điều hành trực tiếp các thiết bị phần cứng (trong 
 1 số trường hợp hiếm hoi thì cũng có – nhưng khi đó chỉ 
 điều hành 1 vài thiết bị), còn HĐH điều hành tất cả các 
 thiết bị phần cứng.
• Độ phức tạp: HĐH thường được thiết kế công phu, phức 
 tạp hơn các phần mềm khác.
• Thứ tự cài đặt: HĐH phải được cài đặt vào máy tính 
 trước các phần mềm khác.
• Mức độ sử dụng: người dùng máy tính nào cũng phải sử 
 dụng HĐH, còn những phần mềm khác thì người có 
 người không.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 37
• Hình thức quản lý: Các phần mềm khác không quản lý, 
 điều hành HĐH mà là ngược lại: HĐH quản lý, điều
 hành các phần mềm khác.
• Số lượng cài đặt trên mỗi máy tính: mỗi máy tính cao
 cấp thường chỉ có 1 hoặc vài HĐH, nhưng thường có rất
 nhiều phần mềm
• Số lượng hoạt động trên mỗi máy tính: mỗi thời điểm chỉ
 có 1 HĐH hoạt động nhưng thường có nhiều phần mềm
 đang chạy cùng lúc.
8/20/2019 Khoa CNTT - ĐH Khoa học Tự nhiên 38