計算機工作樞紐——操作系統作者：王書婷工科試驗班（材料與化工）學號：3140105041電話610384E-mail：1205430808@摘要中文摘要本文主要概述操作系統的相關基礎知識，包括操作系統的定義、發展歷史、功能及種類，并重點介紹三種重要的操作系統——Windows和Unix關鍵詞操作系統；發展；功能；種類；應用。ENGLISH

ABSTRACTThepaperisaimedtogenerallydiscusssomebasicknowledgeabouttheOS,includingitsdefinition,historyofitsdevelopment,functionsandsorts.Futhermore,theWindowsandtheUnix

willbeintroduced.KEYWORDOS;development;functions;sorts;applications.目錄什么是操作系統操作系統的發展歷史操作系統的功能及種類兩種常用的操作系統？什么是操作系統？操作系統（英語：operatingsystem，簡稱OS）是管理和控制計算機硬件與軟件資源的計算機程序，是直接運行在“裸機”上的最基本的系統軟件，任何其他軟件都必須在操作系統的支持下才能運行。——出自百度百科操作系統是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業進行調度，以及方便用戶的程序的集合。操作系統是計算機硬件和用戶（其他軟件和人）之間的接口，它使得用戶能夠方便地操作計算機，能有效地對計算機軟件和硬件資源進行管理和使用。教材給出的定義操作系統的發展歷史1980年代前20世紀八九十年代今天1980年代前的操作系統第一部計算機并沒有操作系統。這是由于早期個人電腦的建立方式與效能不足以執行如此程序。1947年：發明了晶體管，以及莫里斯·威爾克斯（MauriceVincentWilkes）發明的微程序方法，使得電腦不再是機械設備，而是電子產品。系統管理工具以及簡化硬件操作流程的程序很快就出現了，且成為操作系統的基礎。1960年代早期：商用電腦制造商制造了批次處理系統，此系統可將工作的建置、調度以及執行序列化。此時，廠商為每一臺不同型號的電腦創造不同的操作系統，因此為某電腦而寫的程序無法移植到其他電腦上執行，即使是同型號的電腦也不行。1963年：奇異公司與貝爾實驗室合作以PL/I語言建立的Multics，是激發1970年代眾多操作系統建立的靈感來源，尤其是由AT&T貝爾實驗室的丹尼斯·里奇與肯·湯普遜所建立的Unix系統，為了實踐平臺移植能力，此操作系統在1969年由C語言重寫；另一個廣為市場采用的小型電腦操作系統是VMS。1964年：IBM推出了一系列用途與價位都不同的大型電腦IBMSystem/360，大型主機的經典之作。而它們都共享代號為OS/360的操作系統（而非每種產品都用量身訂做的操作系統）。讓單一操作系統適用于整個系列的產品是System/360成功的關鍵，且實際上IBM大型系統便是此系統的后裔；為System/360所寫的應用程序依然可以在現代的IBM機器上執行！20世紀八九十年代1980年代，家用電腦開始普及。而80年代早期最著名的套裝電腦為使用微微處理器6510（6502芯片特別版）的CommodoreC64。此電腦沒有操作系統，它可用8KB只讀內存BASIC語言來直接操作BIOS，并依此撰寫程序，此BASIC語言的解釋器勉強可算是此電腦的操作系統。1980年微軟公司出品了MS-DOS，此操作系統可以直接讓程序操作BIOS與文件系統。但它的架構并不能完全滿足所有需求，因為它同時只能執行最多一個程序且沒有任何內存保護措施。對驅動程序的支持也不夠完整，因此導致諸如音效設備必須由程序自行設置的狀況，造成不兼容的情況所在多有。雖然如此，但MS-DOS還是變成了IBMPC上面最常用的操作系統。而1980年代另一個崛起的操作系統異數是MacOS，MacOS是一套運行于蘋果Macintosh系列電腦上的操作系統。MacOS是首個在商用領域成功的圖形用戶界面。1990年代Linux興起。Linux內核是一個標準POSIX內核，Linux除了擁有傲人的可移植性（相較于Linux，MS-DOS只能運行在IntelCPU上），它也是一個分時多進程內核，以及良好的內存空間管理（普通的進程不能存取內核區域的內存）。想要存取任何非自己的內存空間的進程只能通過系統調用來達成。一般進程是處于使用者模式（Usermode）底下，而執行系統調用時會被切換成內核模式（Kernelmode），所有的特殊指令只能在內核模式執行，此措施讓內核可以完美管理系統內部與外部設備，并且拒絕無權限的進程提出的請求。因此理論上任何應用程序執行時的錯誤，都不可能讓系統崩潰。20世紀八九十年代另一方面，微軟對于更強力的操作系統呼聲的回應便是WindowsNT于1993年的面世。并在1995年8月15日推出Windows95。直到這時，Windows系統依然是建立在MS-DOS的基礎上。而微軟在2000年所推出的Windows2000上，才算是第一個脫離MS-DOS基礎的圖形化操作系統。而本年代漸漸增長并越趨復雜的嵌入式設備市場也促使嵌入式操作系統的成長。大型機與嵌入式系統使用很多樣化的操作系統。大型主機有許多開始支持Java及Linux以便共享其他平臺的資源。嵌入式系統百家爭鳴，從給SensorNetworks用的BerkeleyTinyOS到可以操作MicrosoftOffice的WindowsCE都有。今天的操作系統現代操作系統通常都有一個使用繪圖設備的圖形用戶界面（GUI），并附加如鼠標或觸控面版等有別于鍵盤的輸入設備。選擇要安裝的操作系統通常與其硬件架構有很大關系，只有Linux與BSD幾乎可在所有硬件架構上運行，而WindowsNT僅移植到了DECAlpha與MIPSMagnum。在1990年代早期，個人計算機的選擇就已被局限在Windows家族、類Unix家族以及Linux上，而以Linux及MacOSX為最主要的另類選擇，直至今日。在超級計算機方面，Linux取代Unix成為了第一大操作系統，截止2012年6月，世界超級計算機500強排名中基于Linux的超級計算機占據了462個席位，比率高達92%。隨著智能手機的發展，Android和iOS已經成為目前最流行的兩大手機操作系統。功能操作系統的主要功能與主要類型資源管理程序控制人機交互進程管理內存管理虛擬內存用戶接口如何運行的？資源管理資源管理設備管理處理器管理信息管理存儲管理設備管理系統的設備資源和信息資源都是操作系統根據用戶需求按一定的策略來進行分配和調度的。操作系統的設備管理功能主要是分配和回收外部設備以及控制外部設備按用戶程序的要求進行操作等。對于非存儲型外部設備，如打印機、顯示器等，它們可以直接作為一個設備分配給一個用戶程序，在使用完畢后回收以便給另一個需求的用戶使用。對于存儲型的外部設備，如磁盤、磁帶等，則是提供存儲空間給用戶，用來存放文件和數據。存儲性外部設備的管理與信息管理是密切結合的。存儲管理系統的設備資源和信息資源都是操作系統根據用戶需求按一定的策略來進行分配和調度的。操作系統的存儲管理就負責把內存單元分配給需要內存的程序以便讓它執行，在程序執行結束后將它占用的內存單元收回以便再使用。對于提供虛擬存儲的計算機系統，操作系統還要與硬件配合做好頁面調度工作，根據執行程序的要求分配頁面，在執行中將頁面調入和調出內存以及回收頁面等。處理器管理處理器管理或稱處理器調度，是操作系統資源管理功能的另一個重要內容。在一個允許多道程序同時執行的系統里，操作系統會根據一定的策略將處理器交替地分配給系統內等待運行的程序。一道等待運行的程序只有在獲得了處理器后才能運行。一道程序在運行中若遇到某個事件，例如啟動外部設備而暫時不能繼續運行下去，或一個外部事件的發生等等，操作系統就要來處理相應的事件，然后將處理器重新分配。信息管理信息管理是操作系統的一個重要的功能，主要是向用戶提供一個文件系統。一般說，一個文件系統向用戶提供創建文件，撤銷文件，讀寫文件，打開和關閉文件等功能。有了文件系統后，用戶可按文件名存取數據而無需知道這些數據存放在哪里。這種做法不僅便于用戶使用而且還有利于用戶共享公共數據。此外，由于文件建立時允許創建者規定使用權限，這就可以保證數據的安全性。一個用戶程序的執行自始至終是在操作系統控制下進行的。一個用戶將他要解決的問題用某一種程序設計語言編寫了一個程序后就將該程序連同對它執行的要求輸入到計算機內，操作系統就根據要求控制這個用戶程序的執行直到結束。操作系統控制用戶的執行主要有以下一些內容：調入相應的編譯程序，將某種程序設計語言編寫的源程序編譯成計算機可執行的目標程序，分配內存儲等資源將程序調入內存并啟動，按用戶指定的要求處理執行中出現的各種事件及與操作員聯系請示有關意外事件

的處理等。程序控制操作系統的人機交互功能是決定計算機系統“友善性”的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設備和相應的軟件來完成。可供人機交互使用的設備主要有鍵盤顯示、鼠標、各種模式識別設備等。與這些設備相應的軟件就是操作系統中人機交互的部分。人機交互部分的主要作用是控制有關設備的運行和理解并執行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。人機交互進程管理指的是操作系統調整復數進程的功能。進程管理通常實現了分時的概念，大部分的OS可以利用指定不同的特權等級（priority），為每個進程改變所占的分時比例。特權越高的進程，執行優先級越高，單位時間內占的比例也越高。交互式OS也提供某種程度的回饋機制，讓直接與使用者交互的進程擁有較高的特權值。這種方法使得多個進程在

多核處理器上的運行得到了協調。進程管理內存管理與虛擬內存此類又被稱做虛擬內存管理的功能大幅增加每個進程可獲得的記憶空間。然而這也帶來了微幅降低運行效率的缺點，嚴重時甚至也會導致進程崩潰。存儲器管理的另一個重點活動就是借由CPU的幫助來管理虛擬位置。如果同時有許多進程存儲于記憶設備上，每個進程只會看到整個存儲器空間（從0到存儲器空間的最大上限）被配置給它自己CPU事先存了幾個表以比對虛擬位置與實際存儲器位置，這種方法

稱為標簽頁（paging）配置。借由對每個進程產生分開獨立的位置空間，操作系統也可以輕易地一次釋放某進程所占據的所有存儲器。如果這個進程不釋放存儲器，操作系統可以退出進程并將存儲器自動釋放。虛擬內存是計算機系統內存管理的一種技術。它使得應用程序認為它擁有連續的可用的內存（一個連續完整的地址空間），而實際上，它通常是被分隔成多個物理內存碎片，還有部分暫時存儲在外部磁盤存儲器上，在需要時進行數據交換用戶接口用戶接口包括作業一級接口和程序一級接口。作業一級接口為了便于用戶直接或間接地控制自己的作業而設置。它通常包括聯機用戶接口與脫機用戶接口。程序一級接口為用戶程序在執行中訪問系統資源而設置，通常由一組系統調用組成。在早期的單用戶單任務操作系統（如DOS）中，每臺計算機只有一個用戶，每次運行一個程序，且次序不是很大，單個程序完全可以存放在實際內存中。這時虛擬內存并沒有太大的用處。但隨著程序占用存儲器容量的增長和多用戶多任務操作系統的出現，在程序設計時，在程序所需要的存儲量與計算機系統實際配備的主存儲器的容量之間往往存在著矛盾。例如，在某些低檔的計算機中，物理內存的容量較小，而某些程序卻需要很大的內存才能運行；而在多用戶多任務系統中，多個用戶或多個任務更新全部主存，要求同時執行獨斷程序。這些同時運行的程序到底占用實際內存中的哪一部分，在編寫程序時是無法確定的，必須等到程序運行時才動態分配類型操作系統的主要功能與主要類型實時系統單用戶單任務單用戶多任務多用戶多任務并行系統分布式系統如何運行的？實時系統實時操作系統(RealTimeOperatingSystem，簡稱RTOS)是指使計算機能及時響應外部事件的請求在規定的嚴格時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時設備和實時任務協調一致地工作的操作系統。實時操作系統要追求的目標是：對外部請求在嚴格時間范圍內做出反應，有高可靠性和完整性。其主要特點是資源的分配和調度首先要考慮實時性然后才是效率。此外，實時操作系統應有較強的容錯能力。單用戶單（多）任務操作系統單用戶單任務操作系統就是計算機只能由一個人使用，且一次只能執行一個任務。典型代表：DOS單用戶多任務操作系統只能支持一個人使用計算機，但允許同時執行多個任務。多任務是一種分時處理技術，它將CPU的執行時間劃分為若干個時間片，以此分配任務的執行，使得計算機的運行效率大大提高，且系統可以在多個程序之間進行數據交換，可以在兩個同時運行的程序之間隨時切換。典型代表：Windows，MacOS，Linux多用戶多任務操作系統允許多個用戶使用一臺主機，而且支持每個用戶的多任務處理。每個用戶只需要一個由鍵盤、顯示器及連接主機的控制器組成的“終端工作站”就可以使用主機處理任務了。這種結構一直延續到今天，主機演變成了網絡服務器，終端工作站即PC機。典型代表：UNIX，Windows的服務器版多用戶多任務操作系統并行處理計算機系統（parallelcomputersystem）是指同時執行多個任務或多條指令或同時對多個數據項進行處理的計算機系統。早期的計算機是串行逐位處理的，稱為串行計算機。隨著計算機技術的發展，現代計算機均具有不同程度的并行性。并行處理計算機主要指以下兩種類型的計算機：①能同時執行多條指令或同時處理多個數據項的單中央處理器計算機；②多處理機系統。并行系統分布式操作系統(DistributedSoftwareSystems)是為分布計算系統配置的操作系統。大量的計算機通過網絡被連結在一起，可以獲得極高的運算能力及廣泛的數據共享。這種系統被稱作分布式系統。它在資源管理，通信控制和操作系統的結構等方面都與其他操作系統有較大的區別。由于分布計算機系統的資源分布于系統的不同計算機上，操作系統對用戶的資源需求不能像一般的操作系統那樣等待有資源時直接分配的簡單做法，分布式系統而是要在系統的各臺計算機上搜索，找到所需資源后才可分配。分布操作系統的通信功能類似網絡操作系統。因分布計算機系統不如網絡分布得廣，同時分布操作系統還支持并行，因此它提供的通信機制和網絡操作系統提供的不同，它要求通信速度高。分布操作系統的結構也不同于其他操作系統，它分布于系統的各臺計算機上，能并行地處理用戶的各種需求，有較強的容錯能力。走進千家萬戶的WindowsMicrosoftWindows,是微軟公司研發的一套桌面操作系統，它問世于1985年，起初僅僅是Microsoft-DOS模擬環境，后續的系統版本由于微軟不斷的更新升級，不但易用，也慢慢的成為家家戶戶人們最喜愛的操作系統。Windows采用了圖形化模式GUI，比起從前的DOS需要鍵入指令使用的方式更為人性化。隨著電腦硬件和軟件的不斷升級，微軟的Windows也在不斷升級，從架構的16位、32位再到64位，甚至128位，系統版本從最初的Windows1.0到大家熟知的Windows95、Windows98、WindowsME、Windows2000、Windows2003、WindowsXP、WindowsVista、Windows7、Windows8、Windows8.1、Windows10（預覽版）和WindowsServer服務器企業級操作系統，不斷持續更新，微軟一直在致力于Windows操作系統的開發和完善。開發代號版本版本號發布日期InterfaceManagerWindows1.011985/11/20無Windows2.021987/11/1無Windows3.031990/5/22JanusWindows3.13.11992/3/18NTOS/2WindowsNT3.1NT3.11993/7/27JanusWindows3.23.21994/4/14ChicagoWindows9541995/8/24DaytonaWindowsNT3.5NT3.51995/11/20CairoWindowsNT4.0NT4.01996/7/29DetroitWindows95OSR24.00.950B1996/8/24MemphisWindows984.11998/6/25MemphisWindows98SE4.10.2222A1999/5/5WindowsNT5.0Windows2000NT5.02000/2/17MillenniumWindowsME4.92000/9/14Windows版本發展史WhistlerWindowsXPNT5.1(32位)NT5.2(64位)2001/10/25WhistlerServerWindowsServer2003NT5.22003/4/24QuattroWindowsHomeServerNT5.22007/1/7LonghornWindowsVistaNT6.02007/1/30LonghornServerWindowsServer2008NT6.02008/2/27Blackcomb,Vienna,Windows7Windows7NT6.12009/10/22WindowsServer7WindowsServer2008R2NT6.12009/10/22VailWindowsHomeServer2011NT6.12011/4/5無WindowsThinPCNT6.12011/7/11Windows8Windows8NT6.22012/10/25WindowsServer8WindowsServer2012NT6.22012/9/4WindowsBlueWindows8.1NT