計算機中的各種程序和數據共同組成軟件資源，軟件的運行以硬件的支持為基礎，又對 硬件在性能方面進(jìn)行擴充和完善。在計算機內部的數是用0和1兩個(gè)二進(jìn)制數字來(lái)表示的， 其中硬件內部時(shí)常需要進(jìn)行諸如數據傳送、算術(shù)邏輯運算、程序控制和輸入/輸出等基本操 作，為了完成這些操作，需要用戶(hù)與硬件設備進(jìn)行復雜的交互，完全由手工來(lái)操作是非常困 難的事情，還有可能造成CPU的運行效率下降或出錯發(fā)生。操作系統正好可以擔當此任， 它在計算機系統中占據著(zhù)非常重要的位置，是構建在硬件系統之廠(chǎng)的系統軟件，具有管理各 種硬件和軟件資源的功能。

操作系統—般可定義為一組控制和管理計算機軟、硬件資源，為用戶(hù)提供便捷使用計算 機程序的集合。其主要作用有兩個(gè)方面：對計算機系統中的各種軟硬件資源進(jìn)行監督、控制 和協(xié)調，從而達到管理資源的目的；方便用戶(hù)使用計算機的各種資源，為用戶(hù)操作計算機提 供便捷的程序和其他手段。

操作系統的發(fā)展

 

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，操作系統經(jīng)歷了無(wú)操作系統方式、單道批處理方式、多道批處 理方式、分時(shí)操作系統、實(shí)時(shí)操作系統、微機操作系統和當代操作系統等幾個(gè)發(fā)展過(guò)程。

1．無(wú)操作系統方式

早期的計算機并沒(méi)有配置專(zhuān)門(mén)的操作系統，操作人員需要直接操作各種機械和電氣設備 以控制計算機的運行。隨著(zhù)像匯編語(yǔ)言這樣的一些低級計算機語(yǔ)言的出現，從而能夠通過(guò)穿 孔紙帶將程序輸入到計算機，并進(jìn)行編譯和運行最終得到計算結果。這個(gè)時(shí)期，一個(gè)程序獨 占整個(gè)計算機，而CPU時(shí)常處于空閑等待狀態(tài)，較侵的人工操作過(guò)程形成瓶頸，因此提出 了設備和程序等資源共享的新問(wèn)題。

2．單道批處理方式

操作系統最早出現于20世紀70年代中期。1976年，美國數字研究軟件公司研制出8位 的CP/M(Control Program/Monitor)操作系統，實(shí)為一種控制程序或監控程序，用戶(hù)使用控 制臺上的鍵盤(pán)來(lái)控制和管理整個(gè)計算機系統，并通過(guò)管理文件信息自動(dòng)存取硬盤(pán)或其他設備 文件。后來(lái)誕生了各種8位的CP/M操作系統，它們大都采用單道批處理方式控制程序的執 行。這里的“單道”代表著(zhù)一次只能處理一個(gè)程序，“批處理”代表著(zhù)將零散的單一任務(wù)合并為集中式批量任務(wù)一次性進(jìn)行處理，從而大大簡(jiǎn)少了人工干預的次數，節省了程序的運行 時(shí)間。隨著(zhù)批處理控制管理程序的出現，又進(jìn)步實(shí)現了程序運行的自動(dòng)化管理。此時(shí)，在 使用操作系統方面對程序員和操作人員進(jìn)行了明確的分工，程序員關(guān)心的是功能的實(shí)現，而 操作人員通過(guò)一套控制命令來(lái)進(jìn)行具體的—卜機操作。這種方式的缺點(diǎn)是，一個(gè)程序執行完成 后才可以執行下—個(gè)程序，而如果程序中途出現故障，則需要重新裝入和運行。

3．多道批處理方式

為了提高系統的處理能力和資源的利用率，計算機需要同時(shí)處理系統中運行著(zhù)的多個(gè)程 序，系統資源不再由某個(gè)程序所獨占，而為多個(gè)程序所共享，共享資源的狀態(tài)由多個(gè)程序的 活動(dòng)性質(zhì)所共同決定，系統各部分的工作方式由簡(jiǎn)單的串行改為并發(fā)執行，這就是多道批處 理方式。其優(yōu)點(diǎn)是可以提高內存、設備和CPU等資源的利用率，最終提高整個(gè)系統的效率； 缺點(diǎn)是有46e延長(cháng)程序的執行時(shí)間，系統效率的提高受到一定限制。

4．分對操作系統

首先介紹一個(gè)概念——計算機終端，它主要有鍵盤(pán)和顯示器，是計算機系統的輸A／輸 出設備。傳統意義上的終端不進(jìn)行復雜的計算工作，但可以完成對遠程主機的登錄、發(fā)送請 求和接受應答的任務(wù)。

分時(shí)操作系統把計算機與許多終端用戶(hù)連接起來(lái)，將系統處理機時(shí)間與內存空間按一定 的時(shí)間間隔，輪流地切換給各終端用戶(hù)的程序使用。分時(shí)操作系統能使一臺11紫機同時(shí)為幾 個(gè)、幾十個(gè)甚至幾百個(gè)用戶(hù)服務(wù)。由于時(shí)間間隔很短，每個(gè)用戶(hù)的感覺(jué)就像獨占計算機一 樣。

在分時(shí)操作系統中，軟件的執行對時(shí)間上的要求并不嚴格，比如，時(shí)間上的延誤或者時(shí) 序上的錯誤，一般不會(huì )造成災難性的后果。它具有多路性、系統資源共享性、獨立性和交互 性等特點(diǎn)。

分布式操作系統是為分布式計算機系統配置的操作系統。它與網(wǎng)絡(luò )操作系統相比更注重 于任務(wù)的分布性，即把一個(gè)大任務(wù)分為若干個(gè)可以并行執行的于任務(wù)，分派到不同的處理站 點(diǎn)上去執行。它有強健的分布式算法和動(dòng)態(tài)平衡各站點(diǎn)負荷的能力，是網(wǎng)絡(luò )操作系統的更高 形式，具有強大的生命力。 集群是指一組高性能計算機通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)的，在工作中像一個(gè)統一的資源，所 有結點(diǎn)使用單一界面的計算系統。管理集群結點(diǎn)的操作系統稱(chēng)為集群操作系統。群技術(shù)的出 現，使得使用多臺Pc或工作站就可獲得同大型機相匹敵的計算能力，同時(shí)成本大大降低， 從而在很多高性能計算領(lǐng)域內由集群完全取代大型機也將成為可能。支持集群的操作系統有 Linux、Windows server 2003 Compute Cluster Edition等

5．實(shí)時(shí)操作系統

實(shí)時(shí)操作系統是能夠保證在一定時(shí)間限制內完成特定功能的操作系統，其首要任務(wù)是調 度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才是提高計算機系統的使用效率。實(shí)時(shí)操作系 統要求對事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，必須在事件隨機發(fā)生時(shí)，在嚴格的時(shí)限內做出響應，即使是 系統處在尖峰負荷下，也應如此，系統響應時(shí)間的超時(shí)就意味著(zhù)系統出現致命的失敗。

20世紀70年代末期，由于市場(chǎng)劉干個(gè)人計算機操作系統的需求，出現了微軟公司的 MS-DOS操作系統。Ms-DOS操作系統具有性能優(yōu)良的文件系統，但它受到Intel x86體系結 的限制，并缺乏硬件為基礎的存儲保護機制，因此它屬于蛋用戶(hù)、單任務(wù)的操作系統。

7．當代操作系統

從規模上看，操作系統向著(zhù)大型和微型兩個(gè)不同的方向發(fā)展著(zhù)。大型系統的典型是分布 式操作系統和集群操作系統，而微機系統的典型則是嵌入式操作系統。 分布式操作系統和集群操作系統是適應計算平臺，向異構、網(wǎng)絡(luò )化演變而出現的。分布 式系統分為兩類(lèi)：一類(lèi)是建立在多處理機上的緊密韶合分布式系統；另一類(lèi)是建立在計算機 網(wǎng)絡(luò )基礎上的松散稠合分布式系統。

嵌入式操作系統(Embedded Operating System,EOS)是運行在嵌入式系統環(huán)境中，對 整個(gè)嵌入式系統以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進(jìn)行統一協(xié)調、調度、指揮和控 制的系統軟件。嵌入式系統是以應用為中心，軟、硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、 成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。具有軟件代碼少、高度自動(dòng)化、響 應速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、 相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是可獨立工作的“器件”。有代 表性的民人式操作系統，如Windows CE、嵌入式Linux等。

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