淺談?dòng)?jì)算機(jī)操作系統(tǒng)及其發(fā)展

摘要：21世紀(jì)是信息時(shí)代，信息時(shí)代最重要的表現(xiàn)就是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用及發(fā)展，操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、控制程序運(yùn)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)，本文希望通過對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)及其發(fā)展情況進(jìn)行研究，揭示出計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)展的基本情況，這對(duì)我們深刻理解計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的過去、現(xiàn)在以及預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)技術(shù)未來的發(fā)展方向具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；操作系統(tǒng)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 10-0000-02

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、控制程序運(yùn)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)，操作系統(tǒng)功能強(qiáng)大，能夠?yàn)橛脩魩砹己玫慕缑骟w驗(yàn)，當(dāng)然操作系統(tǒng)也在不斷的完善和發(fā)展，操作系統(tǒng)從最簡(jiǎn)單的批處理系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)，到今天的各種面向PC的操作系統(tǒng)和面向大型機(jī)的多任務(wù)、多用戶系統(tǒng)，它們?cè)谡{(diào)度和控制計(jì)算活動(dòng)，提供軟件開發(fā)、運(yùn)行和應(yīng)用環(huán)境，挖掘計(jì)算機(jī)潛力，提高計(jì)算機(jī)的性能方面發(fā)揮著越來越重要的作用。對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的研究，學(xué)者一般集中在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的研究上，而從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其發(fā)展的角度進(jìn)行研究的文章較少，本文從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本情況著手，探討了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的功能，并對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。希望能夠?qū)τ?jì)算機(jī)操作系統(tǒng)理論研究有所啟發(fā)。

二、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述

（一）操作系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)

操作系統(tǒng)一方面直接管理和控制著所有的硬件和軟件，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件相互協(xié)調(diào)一致的開展工作，另一方面它想用戶提供正確的利用軟硬件資源的方法和環(huán)境，使用戶能夠通過操作系統(tǒng)充分而有效的使用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)有四個(gè)方面的目標(biāo)：

（1）方便。進(jìn)行操作系統(tǒng)配置能夠是用戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易運(yùn)用，方便用戶利用計(jì)算機(jī)處理任務(wù)。

（2）有效。操作系統(tǒng)要能夠使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的CPU和I/O設(shè)備得到更有效的利用。

（3）可擴(kuò)展能力。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)要適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)的方面，要具有良好的擴(kuò)展性，可擴(kuò)展性是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能是否優(yōu)越的重要指標(biāo)。

（4）開放性。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)要適應(yīng)各種不同類型的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植和互操作性，互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)開放性平臺(tái)，這也決定了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)必須是一個(gè)開放性平臺(tái)。能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)資源共享。

（二）用戶角度下的操作系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

三、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)功能

（一）處理器管理

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一個(gè)重要的功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)中央處理器的管理，總所周知，中央處理器是計(jì)算機(jī)的核心部件，它是決定計(jì)算機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行單道作業(yè)或者單用戶作業(yè)命令時(shí)，對(duì)處理器的管理任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是在計(jì)算機(jī)執(zhí)行多道程序或者命令時(shí)，如何將中央處理器的時(shí)間合理的分配給各個(gè)程序這一任務(wù)就相對(duì)復(fù)雜，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)能夠有效解決這一問題，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)對(duì)處理器的管理就是要解決CPU分配策略、實(shí)施方法等問題。

（二）存儲(chǔ)管理

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理主要工作任務(wù)是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分配、保護(hù)、擴(kuò)充和管理，主要圍繞以下三個(gè)方面開展工作：

（1）內(nèi)存分配。在內(nèi)存中有操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)軟件及一個(gè)或多個(gè)用戶程序。如何分配內(nèi)存、以保障系統(tǒng)及各用戶程序存儲(chǔ)區(qū)不沖突，是內(nèi)存分配解決的主要問題。

（2）存儲(chǔ)保護(hù)。系統(tǒng)中存在著多個(gè)任務(wù)程序運(yùn)行，通過存儲(chǔ)管理可以保證程序在執(zhí)行過程中不會(huì)相互占用，并且確保用戶執(zhí)行程序無法破壞系統(tǒng)程序。

（3）內(nèi)存擴(kuò)充。內(nèi)存擴(kuò)充很有必要，在用戶執(zhí)行程序已經(jīng)超過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能提供的存儲(chǔ)容量時(shí)，內(nèi)存擴(kuò)充能夠?qū)?nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器結(jié)合起來進(jìn)行管理。

（三）設(shè)備管理

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置設(shè)備類型眾多，設(shè)備操作性能各部相同，設(shè)備管理是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須面對(duì)和處理的問題，計(jì)算機(jī)設(shè)備管理是能夠用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和管理的一組程序。設(shè)備管理的主要任務(wù)是：

（1）設(shè)備分配。用戶提出使用外部設(shè)備請(qǐng)求后，重裝系統(tǒng)根據(jù)一定的分配策略進(jìn)行統(tǒng)一分配，并為用戶使用外部設(shè)備提供簡(jiǎn)單方便的命令。

（2）輸入輸出操作控制。設(shè)備管理程序根據(jù)用戶提出的請(qǐng)求控制外部設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的輸入輸出操作，并完成輸入輸出的善后處理。

（四）文件管理

文件管理稱為文件系統(tǒng)，是對(duì)系統(tǒng)的軟件資源的管理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行的各種程序和數(shù)據(jù)均為計(jì)算機(jī)的軟件資源，均以文件的形式存放在外存中，操作系統(tǒng)的對(duì)文件的管理主要包括：文件目錄管理、文件存儲(chǔ)空間的分配以及為用戶提供靈活方便的操作命令。

（五）作業(yè)管理

計(jì)算機(jī)技術(shù)中作業(yè)的概念是指用戶請(qǐng)求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成的一個(gè)獨(dú)立任務(wù)，它必須包括若干個(gè)加工步驟才能完成，加工步驟的每一步成為作業(yè)步，作業(yè)管理包括作業(yè)的調(diào)度與控制管理兩個(gè)方面，作業(yè)調(diào)度是指在多道程序設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)要在多個(gè)程序作業(yè)中按照一定的策略選取如果作業(yè)，為他們分配必要的共享資源使之執(zhí)行，常用的作業(yè)調(diào)度策略包括先來先服務(wù)策略、最短作業(yè)優(yōu)先策略、響應(yīng)比最高者優(yōu)先策略、優(yōu)先數(shù)策略以及分類調(diào)度策略等。

四、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)展

操作系統(tǒng)發(fā)展的概況

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行的，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是由于客觀需要而產(chǎn)生的，它伴隨著幾十斤技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展而不斷的在提高，其功能也在不斷的完善和發(fā)展，操作系統(tǒng)功能的發(fā)展從弱到強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位不斷的上升，已經(jīng)發(fā)展成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)比較重要的階段。

（1）手工處理階段。沒有操作系統(tǒng)，也沒有相應(yīng)的操作軟件，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展還處在電子管時(shí)代，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度慢。用戶直接使用機(jī)器語言編制程序，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)獨(dú)占整個(gè)計(jì)算機(jī)資源，上機(jī)處理任務(wù)全靠手工完成。

（2）批處理階段。批處理系統(tǒng)階段克服了手工操作的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)作業(yè)的自動(dòng)過度，改善了主機(jī)CPU和輸入輸出設(shè)備的使用情況，提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力。

（3）多道程序系統(tǒng)。多道程序系統(tǒng)是在單道批處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，多道程序設(shè)計(jì)通過組織作業(yè)以使CPU總有一個(gè)作業(yè)可以執(zhí)行，從而提高CPU的整體利用率。多道程序系統(tǒng)內(nèi)存分布示意圖如下所示：

（4）分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)系統(tǒng)是在批處理系統(tǒng)、多道程序系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)為用戶提供與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接交互的能力這一目標(biāo)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。分時(shí)操作系統(tǒng)能夠把處理器的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理器分配給各聯(lián)機(jī)使用。每個(gè)用戶能夠通過自己的終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制指令，完成作業(yè)的運(yùn)作。

（5）實(shí)時(shí)系統(tǒng)。多道程序系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)能獲得較為令人滿意的結(jié)果，但是仍然不能實(shí)現(xiàn)把計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制，在這一任務(wù)需求背景下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，還可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理。

（6）多處理系統(tǒng)。多處理系統(tǒng)試圖從計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)上來改善系統(tǒng)的性能，所處理系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了增加系統(tǒng)的吞吐量、節(jié)省投資、提高系統(tǒng)的可靠性等。

（7）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)高度發(fā)展的基礎(chǔ)上二者相互結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有兩種模式即客戶/服務(wù)器模式和對(duì)等模式。

（8）分布式操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)是在集中性操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，分布式操作系統(tǒng)具有分布性、并行性、透明性、共享性等特點(diǎn)。

五、結(jié)束語

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)也在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷完善和發(fā)展，要從總體上把握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀才有可能在外來的技術(shù)潮流中不被時(shí)代所淘汰。

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[作者簡(jiǎn)介]嚴(yán)靜茹（1984-），女，侗族，貴州凱里市人，貴州大學(xué)學(xué)士，貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教，研究方向：軟件。