電腦系統組織

我們會從最電腦系統組織開始談起。現代電腦系統主要涵蓋一個或多個 CPU，多個裝置控制器(device controller)，並透過系統匯流排(bus)連接彼此與記憶體(memory)。每個controller責一類裝置(如：磁碟、音訊、圖形)，有些控制器可同時連接多個裝置(例如 USB hub)。

這些裝置控制器(device controller)內部會有緩衝區(local buffer)與特殊暫存器(registers)，負責與其裝置間的資料搬移。而作業系統為每個控制器提供驅動程式(device driver)，讓OS能以一致的方式管理不同裝置。下面這張就是經典的PC架構。

也因此，我們可以將計算機系統可以粗略分為四個部分：

• 硬體(hardware)：CPU、記憶體與 I/O 裝置，提供資源。
• 作業系統(operating system)：協調硬體與應用程式的使用。
• 應用程式(application programs)：如文字處理器、編譯器、網頁瀏覽器等。
• 使用者(user)：對就是我們這些敲鍵盤按滑鼠的。

不同角色對OS的觀點

那我們反過來，以電腦系統組織的角度去看OS，大致可以分為兩種觀點：

第一，以一般使用者(User View)而言，作業系統就是操作電腦的介面，例如透過螢幕、鍵盤與滑鼠來執行應用程式。大多數使用者不會關心系統資源如何被共享或分配。因此，作業系統的設計重點在於提升使用便利性(ease of use)，接著才考量效能(performance)與安全性(security)

第二，以系統觀點(System View)而言，作業系統是最貼近硬體的程式管理並分配各種硬體資源。可以再進一步細分：

1. OS作為資源分配者(Resource Allocator)：OS管理並分配各種硬體資源，例如CPU 時間、記憶體、儲存空間、I/O 裝置，目標是追求資源使用的效率(efficiency)與公平性(fairness)。
2. OS作為控制程式(Control Program)：控制使用者程式的執行，防止錯誤行為與不當資源使用。尤其是對 I/O 裝置的直接操作，需特別加以管理與保護。

作業系統提供的服務

OS的其中一個目的，便是要提供一個方便且高效的環境讓程式得以執行，也因此，OS對「使用者」與「程式」都提供一組共通的基本服務。這些服務可以分為「幫助使用者與應用程式的服務」與「幫助系統自身運作效率的服務」：

Table：幫助使用者與應用程式的服務

Table：幫助系統自身運作效率的服務