計(jì)算機(jī)中的各種程序和數(shù)據(jù)共同組成軟件資源，軟件的運(yùn)行以硬件的支持為基礎(chǔ)，又對(duì) 硬件在性能方面進(jìn)行擴(kuò)充和完善。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)是用0和1兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字來表示的， 其中硬件內(nèi)部時(shí)常需要進(jìn)行諸如數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)邏輯運(yùn)算、程序控制和輸入/輸出等基本操 作，為了完成這些操作，需要用戶與硬件設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜的交互，完全由手工來操作是非常困 難的事情，還有可能造成CPU的運(yùn)行效率下降或出錯(cuò)發(fā)生。操作系統(tǒng)正好可以擔(dān)當(dāng)此任， 它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的位置，是構(gòu)建在硬件系統(tǒng)之廠的系統(tǒng)軟件，具有管理各 種硬件和軟件資源的功能。

操作系統(tǒng)—般可定義為一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟、硬件資源，為用戶提供便捷使用計(jì)算 機(jī)程序的集合。其主要作用有兩個(gè)方面：對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種軟硬件資源進(jìn)行監(jiān)督、控制 和協(xié)調(diào)，從而達(dá)到管理資源的目的；方便用戶使用計(jì)算機(jī)的各種資源，為用戶操作計(jì)算機(jī)提 供便捷的程序和其他手段。

操作系統(tǒng)的發(fā)展

 

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了無操作系統(tǒng)方式、單道批處理方式、多道批處 理方式、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、微機(jī)操作系統(tǒng)和當(dāng)代操作系統(tǒng)等幾個(gè)發(fā)展過程。

1．無操作系統(tǒng)方式

早期的計(jì)算機(jī)并沒有配置專門的操作系統(tǒng)，操作人員需要直接操作各種機(jī)械和電氣設(shè)備 以控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。隨著像匯編語言這樣的一些低級(jí)計(jì)算機(jī)語言的出現(xiàn)，從而能夠通過穿 孔紙帶將程序輸入到計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行編譯和運(yùn)行最終得到計(jì)算結(jié)果。這個(gè)時(shí)期，一個(gè)程序獨(dú) 占整個(gè)計(jì)算機(jī)，而CPU時(shí)常處于空閑等待狀態(tài)，較侵的人工操作過程形成瓶頸，因此提出 了設(shè)備和程序等資源共享的新問題。

2．單道批處理方式

操作系統(tǒng)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代中期。1976年，美國(guó)數(shù)字研究軟件公司研制出8位 的CP/M(Control Program/Monitor)操作系統(tǒng)，實(shí)為一種控制程序或監(jiān)控程序，用戶使用控 制臺(tái)上的鍵盤來控制和管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并通過管理文件信息自動(dòng)存取硬盤或其他設(shè)備 文件。后來誕生了各種8位的CP/M操作系統(tǒng)，它們大都采用單道批處理方式控制程序的執(zhí) 行。這里的“單道”代表著一次只能處理一個(gè)程序，“批處理”代表著將零散的單一任務(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(yù)的次數(shù)，節(jié)省了程序的運(yùn)行 時(shí)間。隨著批處理控制管理程序的出現(xiàn)，又進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了程序運(yùn)行的自動(dòng)化管理。此時(shí)，在 使用操作系統(tǒng)方面對(duì)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(xiàn)，而 操作人員通過一套控制命令來進(jìn)行具體的—卜機(jī)操作。這種方式的缺點(diǎn)是，一個(gè)程序執(zhí)行完成 后才可以執(zhí)行下—個(gè)程序，而如果程序中途出現(xiàn)故障，則需要重新裝入和運(yùn)行。

3．多道批處理方式

為了提高系統(tǒng)的處理能力和資源的利用率，計(jì)算機(jī)需要同時(shí)處理系統(tǒng)中運(yùn)行著的多個(gè)程 序，系統(tǒng)資源不再由某個(gè)程序所獨(dú)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(tǒng)各部分的工作方式由簡(jiǎn)單的串行改為并發(fā)執(zhí)行，這就是多道批處 理方式。其優(yōu)點(diǎn)是可以提高內(nèi)存、設(shè)備和CPU等資源的利用率，最終提高整個(gè)系統(tǒng)的效率； 缺點(diǎn)是有46e延長(zhǎng)程序的執(zhí)行時(shí)間，系統(tǒng)效率的提高受到一定限制。

4．分對(duì)操作系統(tǒng)

首先介紹一個(gè)概念——計(jì)算機(jī)終端，它主要有鍵盤和顯示器，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸A／輸 出設(shè)備。傳統(tǒng)意義上的終端不進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算工作，但可以完成對(duì)遠(yuǎn)程主機(jī)的登錄、發(fā)送請(qǐng) 求和接受應(yīng)答的任務(wù)。

分時(shí)操作系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)與許多終端用戶連接起來，將系統(tǒng)處理機(jī)時(shí)間與內(nèi)存空間按一定 的時(shí)間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。分時(shí)操作系統(tǒng)能使一臺(tái)11紫機(jī)同時(shí)為幾 個(gè)、幾十個(gè)甚至幾百個(gè)用戶服務(wù)。由于時(shí)間間隔很短，每個(gè)用戶的感覺就像獨(dú)占計(jì)算機(jī)一 樣。

在分時(shí)操作系統(tǒng)中，軟件的執(zhí)行對(duì)時(shí)間上的要求并不嚴(yán)格，比如，時(shí)間上的延誤或者時(shí) 序上的錯(cuò)誤，一般不會(huì)造成災(zāi)難性的后果。它具有多路性、系統(tǒng)資源共享性、獨(dú)立性和交互 性等特點(diǎn)。

分布式操作系統(tǒng)是為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)。它與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)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(zhí)行的于任務(wù)，分派到不同的處理站 點(diǎn)上去執(zhí)行。它有強(qiáng)健的分布式算法和動(dòng)態(tài)平衡各站點(diǎn)負(fù)荷的能力，是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高 形式，具有強(qiáng)大的生命力。 集群是指一組高性能計(jì)算機(jī)通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來的，在工作中像一個(gè)統(tǒng)一的資源，所 有結(jié)點(diǎn)使用單一界面的計(jì)算系統(tǒng)。管理集群結(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)稱為集群操作系統(tǒng)。群技術(shù)的出 現(xiàn)，使得使用多臺(tái)Pc或工作站就可獲得同大型機(jī)相匹敵的計(jì)算能力，同時(shí)成本大大降低， 從而在很多高性能計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)由集群完全取代大型機(jī)也將成為可能。支持集群的操作系統(tǒng)有 Linux、Windows server 2003 Compute Cluster Edition等

5．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是能夠保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)，其首要任務(wù)是調(diào) 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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率。實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)要求對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，必須在事件隨機(jī)發(fā)生時(shí)，在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)做出響應(yīng)，即使是 系統(tǒng)處在尖峰負(fù)荷下，也應(yīng)如此，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的超時(shí)就意味著系統(tǒng)出現(xiàn)致命的失敗。

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

7．當(dāng)代操作系統(tǒng)

從規(guī)模上看，操作系統(tǒng)向著大型和微型兩個(gè)不同的方向發(fā)展著。大型系統(tǒng)的典型是分布 式操作系統(tǒng)和集群操作系統(tǒng)，而微機(jī)系統(tǒng)的典型則是嵌入式操作系統(tǒng)。 分布式操作系統(tǒng)和集群操作系統(tǒng)是適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)，向異構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)化演變而出現(xiàn)的。分布 式系統(tǒng)分為兩類：一類是建立在多處理機(jī)上的緊密韶合分布式系統(tǒng)；另一類是建立在計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的松散稠合分布式系統(tǒng)。

嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operating System,EOS)是運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中，對(duì) 整個(gè)嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控 制的系統(tǒng)軟件。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟、硬件可裁減的，適用于對(duì)功能、可靠性、 成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有軟件代碼少、高度自動(dòng)化、響 應(yīng)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(tǒng)主要由嵌入式處理器、 相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨(dú)立工作的“器件”。有代 表性的民人式操作系統(tǒng)，如Windows CE、嵌入式Linux等。

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