100.5.17作業系統!!

利用卡諾圖將布林函數簡化為積項之和或和項之積，為加深對於此運算的概念同學可自行演算以下2個例題:

【貼心小提醒】簡化的過程有多種解法，並無絕對的答案，同學們可腦力激盪一下，嘗試從解題的過程中，將所學加以運用並找出最簡化的解答！

（1）以卡諾圖將布林函數F（W,X, Y, Z）＝Σ m(4, 5, 6, 7 ,9,12,13,14 )＋d（1, 3, 10）簡化為積項之和及和項之積。

（2）以卡諾圖將布林函數 F（W,X, Y, Z）＝Σ m(3, 5, 10,14 )＋d（0, 4, 8,11,12）簡化為積項之和及和項之積。
本週內容摘要如下:

一、作業系統（OS,operating system）：

    是介於電腦硬體與應用軟體之間的程式，除提供執行應用軟體的環境，還負責分配系統資源。

     功能:

○分配系統資源

○提供執行應用軟體的環境

○提供使用者介面

二、作業系統的元件

○記憶體管理元件 ○行程管理元件 ○檔案管理元件

        ○磁碟管理元件   ○輸出入裝置管理元件

        ○網路元件       ○系統安全元件

    三、作業系統的演進

        1.批次處理系統2.多元程式處理3.分時系統4.個人電腦5.多處理器系統

         6.分散式系統7.叢集式系統8.即時系統9手持系統10崁入式系統。

        分述如下:

1.批次處理系統:輸入是一疊打孔卡片，打孔卡片是由操作員整理後整批送進電腦來處理，因此稱為批次處理。

     2.多元程式處理：記憶體中可同時存放多份工作，讓這些程式依照作業系統安排的順序來爭取CPU時間。

     3.分時系統：把 CPU時間切割成許多小段，稱為時間配額或時間片段，輪流分配給每個使用者的每個時間。

4.多處理系統：擁有一個以上的CPU，這些CPU之間彼此緊密的相戶聯繫，而且共用系統時脈、匯流排、記憶體甚至是週邊裝置。

 5.分散式系統：將工作拆成幾部分，透過快速的網路通訊指派給多台電腦分別完成。

6.其他作業系統：

個人電腦作業系統：比較輕巧而容易學習和使用的作業系統。

 叢集式系統：集合數台個別的系統一起完成計算工作。

 即時系統：在運作過程中必須要隨時考慮到時效性。

手持系統：硬體的記憶體比PC小很多，處理器速度也只是PC的幾分之一，螢幕尺寸也縮小 。

四、記憶體管理（memory management）

邏輯位址：程式中指定的位址，相對於程式本身而非主記憶體，又稱為虛擬位址或相對位址。

實體位址：實際在主記憶體內的實體位置。

位址鏈結：將程式中的每個邏輯位址轉換成實體位址。

    五、多元程式處理（multiprogramming）

在同一時間內安排多個程式在記憶體中輪流使用CPU。

技術有以下幾種：1.分割法（partitioning）2.分頁法（paging）3.分段法（segmentaion）4.虛擬記憶體（virtual memory）5.需求分頁法（demand paging）。

1.分割法：將主記憶體切分成多個區塊，稱為分割區，分割區中剩下沒有用到的空間就叫做內部碎片。

（1）固定分割法：分割成固定大小的分割區，作業系統用表格記錄分割區的起始位址與長度，每個分割區只能載入一個程式。

（2）動態分割法：為了改善內部碎片問題，根據程式大小劃分剛好大小的分割區指派給它，同樣使用表格來記錄分割區的位址和長度。

          無論是固定或動態的分割法，程式都必須整個能放進記憶體才能執行，而且必須是連續空間。

          2.分頁法：外部碎片是無法避免的，只是程度的輕重不同，允許同一個程式可以載入到不連續的記憶體空間中，只要可用空間的總大小足夠，就可以執行此程式。

3.分段法：是把程式的邏輯記憶體分割成許多分段，使用分段表記錄分段的位置，先用分段編號在分段表裡查出對應的實體位址起點，再加上位移值。

4.虛擬記憶體：程式不必整個都在記憶體中仍然可以執行。優點是可載入更多個程式到記憶體中，記憶體的利用率與CPU的使用率都會提高。

5.需求分頁法：分頁法配合虛擬記憶體技術，與分頁法類似，差異在於程式不必全部載入。

    六、行程控制區塊（PCB）

作業系統為行程儲存資訊的資料結構，建立新行程時會同時建立它的PCB，之後將一直維護這個PCB直到這個行程結束為止。

        就緒佇列：所有在「就緒」狀態等待的行程。

執行緒 (thread)：把行程更進一步切分，每個執行緒有自己的控制流程，但共用同一塊程式碼區域、資料區和作業系統資源。

多執行緒 (multithreading)：一種新的多工方式，允許電腦在單一程式中執行一個以上的工作。

    七、CPU排程的演算法

        1.先來先做（First-Come，First-Served 簡稱FCFS）

          以行程到達的先後順序來執行，先來的先做。

                       

           行程所需時間單位

                  P1       40

                  P2       75

                  P3       20

                  P4       80

                  P5       25

            平均的回復時間 = (40 + 115 + 135 + 215 + 240) / 5，等於149
       

2.最短的工作先做 (Shortest Job First，簡稱SJF)

       先看一遍在就緒狀態下的所有行程，將它們的所需執行時間從小排到大，然後從時間最短的開始執行。

          承上題之行程所需時間單位得知：

平均的回復時間 = (20 + 45 + 85 + 160 + 240) / 5，等於110

3.優先權 (Priority)
  依照事先決定好的優先權定義，計算出每個行程的優先順序，然後照著優先 順序的先後給予CPU使用權。（假設執行順序為：P2,P5,P1,P3,P4 ）

  

承上題之行程所需時間單位得知：

平均的回復時間 = (75 + 100 + 140 + 160 + 240) / 5，等於143

4.循環分配 (Round Robin，簡稱RR)

事先定義好固定的時間配額，讓每個行程輪流分配一個時間配額。假如不夠讓行程執行完成，下一次就再分配一個時間配額給它。

承上題之行程所需時間單位得知：

平均回復時間 = (60 + 120 + 165 + 220 + 240) / 5，等於161

※隨堂練習：P8-23，請同學們自行練習喔!