淺析計算機操作系統(tǒng)及其發(fā)展

王佳林　趙心蕊

摘 要：計算機操作系統(tǒng)作為計算機領(lǐng)域中的一門核心技術(shù)，其重要性是不言而喻的。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機操作系統(tǒng)也處在不斷的更新?lián)Q代之中，系統(tǒng)體系不斷擴大，功能更加完善，界面也越來越人性化。基于此本文從類型和功能上對操作系統(tǒng)進行了介紹，對計算機操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程進行了闡述和分析，希望能給讀者一個全面的認識。

關(guān)鍵詞：計算機;計算機操作系統(tǒng);發(fā)展歷程

一、概述

從計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)上看操作系統(tǒng)是安裝在硬件設(shè)備上的第一層軟件，是對計算機硬件的首次擴充，操作系統(tǒng)管理著各種軟硬件資源，對于提高計算機硬件的利用率和系統(tǒng)的吞吐量起著至關(guān)重要的作用。借助操作系統(tǒng)，用戶得以用更便捷的方式實現(xiàn)同計算機系統(tǒng)的交互，極大的方便了用戶，提高了工作效率。下面主要從系統(tǒng)類型和系統(tǒng)功能上對計算機操作系統(tǒng)進行說明。

二、計算機操作系統(tǒng)概述

（一）計算機操作系統(tǒng)的類型

根據(jù)劃分指標的不同操作系統(tǒng)存在多種分類，當代主流的操作系統(tǒng)分別是Windows、Unix和Linux系統(tǒng)。其中Windows系統(tǒng)是由美國微軟公司研發(fā)的一套操作系統(tǒng)，采用圖形化模式的界面，比起鍵入指令的使用方式更加人性化，已成為PC端的主流操作系統(tǒng);Unix系統(tǒng)屬于另一個流派，具有功能強大，安全性高，穩(wěn)定性強的特點，但對計算機硬件配置要求很高，主要應(yīng)用于對安全性和穩(wěn)定性有更高要求的大型服務(wù)器平臺;而Linux系統(tǒng)也是當今操作系統(tǒng)中的重要成員，Linux系統(tǒng)開始是為了替代Unix而開發(fā)的，由于Linux開源免費的優(yōu)勢，引起了很多技術(shù)人員的關(guān)注，其功能也越來越完善，在很多方面甚至已經(jīng)超越了Unix系統(tǒng)。

（二）計算機操作系統(tǒng)的主要功能

總的來說一個計算機系統(tǒng)包括處理器、存儲器、I/O設(shè)備和文件，其中文件包含各種數(shù)據(jù)和程序，操作系統(tǒng)的任務(wù)就是對這些資源進行協(xié)調(diào)管理。在處理器方面主要負責CPU的控制和管理以及進程的處理和中斷;在存儲器管理上負責內(nèi)存的分配和管理，保證各個作業(yè)能夠順利進行;操作系統(tǒng)對I/O設(shè)備的管理包括設(shè)備的分配和去配、緩沖區(qū)處理、中斷處理以及設(shè)備的調(diào)度等，進而滿足用戶的I/O請求;在文件管理上，操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)文件的組織和存取，同時配置了文件保護機制。操作系統(tǒng)的這些功能極大的提高了計算機資源的利用率，使得用戶可以便捷有效的在計算機上執(zhí)行各種操作，進而滿足用戶需求。

三、計算機操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程

（一）人工操作階段

早期的計算機沒有裝配操作系統(tǒng)，最開始是由操作員將事先已穿孔的紙帶通過輸入機完成與計算機的交互，即人工操作方式。由于人工操作方式是用戶獨占全機而且需要CPU等待人工操作，這對計算機資源是一種極大的浪費。為改變這一問題逐漸引入了脫機輸入/輸出技術(shù)，該方式借助磁帶作為數(shù)據(jù)傳輸中介，脫機I/O技術(shù)在一定程度上提高了計算機的工作效率，但其效果是有限的。

（二）單道批處理系統(tǒng)（Simple Batch Processing System）

為了解決人機矛盾以及I/O設(shè)備同CPU之間的矛盾，單道批處理系統(tǒng)由此產(chǎn)生。這種系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)對作業(yè)的連續(xù)處理，先通過脫機的方式把一批作業(yè)輸入到磁帶上，然后在監(jiān)督程序的控制下，完成作業(yè)的連續(xù)處理。雖然作業(yè)是成批處理的，但內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。由于進行I/O操作時CPU要等待很長時間，同時在單道程序環(huán)境下，存在嚴重的內(nèi)存浪費問題，顯然這種系統(tǒng)不能實現(xiàn)資源的充分利用。

（三）多道批處理系統(tǒng)（Multiprogrammed Batch Processing System）

多道批處理系統(tǒng)的產(chǎn)生主要是為了解決系統(tǒng)資源利用率低和系統(tǒng)吞吐量小的問題。這種系統(tǒng)在處理作業(yè)時，采用由外存到內(nèi)存的方式，即先把數(shù)據(jù)信息成批讀入到外存，隨后根據(jù)算法規(guī)則將這些數(shù)據(jù)依次調(diào)入內(nèi)存，這個過程由系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度程序完成。由于在內(nèi)存中裝有多道程序，能夠同時對多道進程進行處理，CPU利用率較單道批處理系統(tǒng)有明顯改善。多道批處理系統(tǒng)合理的利用了CPU的空檔時間，有效的提高了系統(tǒng)吞吐量。但在另一方面，這種系統(tǒng)沒有交互能力，平均周轉(zhuǎn)時間長，使得程序的修改和調(diào)試極不方便。

（四）分時系統(tǒng)（Time Sharing System）

人機交互是分時系統(tǒng)的攻關(guān)問題，而實現(xiàn)人機交互的關(guān)鍵在于對多個用戶鍵入的命令或數(shù)據(jù)，能夠在短時間內(nèi)做到及時接收和處理。為解決這一問題分時系統(tǒng)配置了多路卡，能以很快的速度掃描各個終端，接收從終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，此外分時系統(tǒng)為每個終端配置了一個緩沖區(qū)，用于暫存用戶鍵入的指令信息。分時系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)的最大區(qū)別在于作業(yè)是直接進入內(nèi)存的，同時采用了時間片輪轉(zhuǎn)的方式保證用戶同作業(yè)交互的及時性。另外分時系統(tǒng)還有一個很重要的特點就是共享主機特性。允許用戶分別使用不同終端，彼此之間互不干擾地交互式訪問系統(tǒng)資源。分時系統(tǒng)極大地提高了資源利用率，降低了使用費用，促進了計算機更廣泛的應(yīng)用。

（五）實時系統(tǒng)（Real Time System）

分時系統(tǒng)基本可以滿足普通用戶的使用需求，但是要用于工業(yè)化還是遠遠不夠，這就要用到實時系統(tǒng)。實時系統(tǒng)一個主要的特征是將時間作為關(guān)鍵參數(shù)，要求必須能夠?qū)崟r響應(yīng)外部請求，在規(guī)定時間內(nèi)完成對指定事件的處理。實時系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有高度可靠性，不僅可以及時地對多路現(xiàn)場信息進行采集，同時還要保證彼此的獨立性和操作的交互性。為降低錯誤發(fā)生機率，往往會采用多級容錯機制來保障系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。目前實時系統(tǒng)多應(yīng)用在工業(yè)武器控制系統(tǒng)和一些實時信息處理系統(tǒng)。

四、結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷進步和需求的不斷更新，計算機操作系統(tǒng)肯定也會隨之變化，目前操作系統(tǒng)正向著便捷化，智能化，安全化和專用化的方向發(fā)展。在未來操作系統(tǒng)的功能一定會更加完善，應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛，迎來更偉大的革新，也必將給用戶帶來更大的便利和更好的體驗。

參考文獻：

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