計算機操作系統論文計算機操作系統的概念、歷史、現狀及發展摘要:操作系統是統一管理計算機軟、硬件資源,合理組織計算機的工作流程,協調系統部件之間,系統與用戶之間、用戶與用戶之間的關系。本文對計算機操作系統的功能、發展和分類做了簡單的分析和闡述。關鍵詞:計算機操作系統發展分類1操作系統的概念(1)管理計算機系統的硬件、軟件、數據等各種資源,盡可能減少人工分配資源的工作以及人對機器的干預,發揮計算機的自動工作效率。(2)協調還要各種資源使用過程中的關系,使得計算機的各種資源使用調度合理,高速設備與低速設備運行相互配。(3)為用戶提供使用計算機系統的環境,方便使用計算機系統的各部件或功能。操作系統通過自己的程序,將計算機系統的各種資源所提供的功能抽象,形成與之等價的操作系統的功能,并形象地表現出來,提供給用戶方便地使用計算機。2操作系統的歷史2.1手工操作階段。在這個階段的計算機,主要元器件是電子管,運算速度慢,沒有任何軟件,更沒有操作系統。用戶直接使用機器語言編寫程序,上機時完全手工操作,首先將預先準備好的程序紙帶裝入輸入機,然后啟動輸入機把程序和數據送入計算機,接著通過開關啟動程序運行,計算完成后,打印機輸出結果。用戶必須是非常專業的技術人員才能實現對計算機的控制。2.2批處理階段。由于20世紀50年代中期,計算機的主要元器件由晶體管取代,運行速度有了很大的提高,這時軟件也開始迅速發展,出現了早期的操作系統,這就是早期的對用戶提交的程序進行管理的監控程序和批處理軟件。2.3多道程序系統階段。隨著中、小規模的集成電路在計算機系統中的廣泛應用,CPU的運動速度大大提高,為了提高CPU的利用率,引入了多道程序設計技術,并出現了專門支持多道程序的硬件機構,這一時期,為了進一步提高CPU的利用效率,出現了多道批處理系統、分時系統等等,從而產生了更加強大的監管程序,并迅速發展成為計算機科學中的一個重要分支,就是操作系統。統稱為傳統操作系統。3.操作系統的現狀3.1現代操作系統階段。大規模、超大規模集成電路急速的迅速發展,出現了微處理器,使得計算機的體系結構更加優化,計算機的運行速度進一步提高,而體積卻大大減少,面向個人的計算機和便攜式計算機出現并普及。它的最大優點是結構清晰、功能全面、可以適應多種用途的需要并且操作使用方面。3.2自20世紀中期電子計算機誕生以來,計算機操作系統的研究取得了長足進展。現在,操作系統進入了社會生活的各個方面,涉及大型計算機、個人計算機、移動便攜設備、其他自動化設備等各個層次的應用領域。在幾十年的發展歷程中,各種操作系統應運而生,現在最具代表性的是Windows、Unix和Linux三種操作系統。它們發展的最成熟,對計算機科學技術的貢獻最大。4操作系統的分類從用途的角度可以分為專用和通用兩類。專用操作系統是指用于控制和管理專項事物的操作系統,如現代手機中使用的操作系統,這類系統一般以嵌入硬件的方式出現,用于特定的途徑。通用操作系統具有完善的功能,能夠適應多種用途的需要。從單機和網絡的角度看可以分為單機操作系統和網絡操作系統。單機操作系統是針對單機計算機系統的環境設計的,它只有管理本機系統那個資源的功能。單用戶操作系統是一種更為特殊的單機操作系統,它是針對一臺機器,一個用戶設計的操作系統,它的基本特征是一次只能支持一個用戶作業的運行,系統的所有資源有該用戶獨占,該用戶對整個計算機系統有絕對的控制權。從功能的角度看可分為批處理系統、分時系統、實時系統、網絡系統、分布式系統。批處理系統、分時系統和實時系統的運行環境大多是計算機系統,而后兩種操作系統的運行環境是多計算機系統。4.1批處理系統。批處理的系統的基本特征是“批量”。即將要交給計算機處理的若干個作業組織成隊列成批地交給計算機自動地按作業隊列順序逐個處理。它可分為單道批處理系統和多道批處理系統。單道批處理系統一次只能調入一個處理作業在在計算機在內運行,其他作業放在輔助存儲器上,它類似于單用戶操作系統。計算機在運行處理作業時,時間主要消耗有兩個方面,一方面是消耗在CPU執行程序上,另一方面是消耗在輸入輸出上。由于輸入輸出設備的速度相對CPU的執行程序的速度慢很多,導致計算機在輸入輸出時CPU處于空閑。為了提高COU的使用效率,出現了多道批處理系統。它與單道批處理系統不同的是在計算機內存中可以有多個作業存在,調度程序根據事先確定的策略,選擇一個作業將CPU資源分配給它運行處理,當處理的作業要進入輸入輸出操作時,就釋放對CPU的占有,調度程序則從其他的內存中的待處理作業中選擇一交給CPU執行,這樣,就提高了CPU的使用效率。4.2分時系統。分時是指兩個或兩個以上的事件按時間劃分輪流使用計算機系統的某一資源。在一個系統中如果多個用戶分時使用一個計算機,那么這樣的系統成為分時系統。分時的時間單位稱為時間片,一個時間片一般是幾十豪秒。在一個分時系統中,往往要連接幾十個甚至上百個終端,每個用戶在自己的終端上控制其作業的運行。通過操作系統的管理,將CPU輪流分配給各個用戶使用,如果某個用戶作業在分配給他另一個時間片在繼續執行。此時的CPU被分配給另一個用戶作業。4.3實時系統。實時即時處理并快速給出處理結果。實時系統一般是采用時間驅動的設計方法,系統能夠及時對隨時發生的事件做出響應并及時處理。實時系統分為實時控制系統和實時處理系統。實時控制系統常用于工業控制以及飛行器、導彈發射等軍事方面的自動控制。實時處理系統常用于預定飛機票、航班查詢以及銀行之間賬務往來等系統。4.4網絡操作系統。隨著計算機技術的迅速發展和網絡技術的日益完善,不同地域的具有獨立處理能力的多個計算機系統通過通信設施互聯,實現資源共享,組成計算機網絡,成為一種更開放的工作環境。而網絡操作系統也應運而生。網絡操作系統除具有單機操作系統的所有功能以外,還具有網絡資源的管理功能,支持網絡應用程序運行。4.5分布式操作系統。分布式操作系統是為分布式計算機系統配置的操作系統。分布式計算機系統與計算機網絡一樣,多臺計算機系統通過通信網絡互聯,實現資源共享,但不同的是系統中的各個計算機沒有主次之分,各計算機系統具有相對的自治性,用戶子啊訪問共享資源時,不需要知道該共享資源位于哪臺計算機上,如需要的話,系統中的多臺計算機可以相互協作共同完成的一個任務,即可以將一個任務分割成若干個子任務分散到多臺計算機上同時并行執行。一種商用操作系統往往包括了批處理系統個、分時系統、實時系統、網絡系統、分布式系統等多方面的功能。不同的操作系統根據自身用途的定位和面向的用戶,在各種功能的強弱上會有所區別。5．操作系統的未來趨勢操作系統功能的不斷增加有兩個方面原因：一個原因是不斷滿足用戶的需求，另一個原因是新技術的不斷出現。不斷增加的功能并不是每個用戶所能用得到的，然而操作系統作為一個標準的套裝軟件必須滿足盡可能多用戶的需要，于是系統不斷膨脹，功能不斷增加，并逐漸形成從開發工具到系統工具再到應用軟件的一個平臺環境。操作系統內核將呈現出多平臺統一的趨勢，傳統的操作系統內核主要采用模塊化設計技術，只能應用于固定的平臺。嵌入式系統是以應用為中心的系統，不會像PC一樣只有一種平臺，但它會吸取PC的成功經驗，形成不同行業的標準。5.1何為嵌入式系統和嵌入式操作系統Internet和網絡的迅速普及應用，并向家庭領域不斷擴展，使消費電子、計算機、通信一體化趨勢日趨明顯，嵌入式系統再度成為研究和應用的熱點。嵌入式系統被描述為：以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格需求的專用計算機系統。嵌入式操作是一種實時的、支持嵌入式系統應用的操作系統軟件，他是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括和硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖像界面。目前，嵌入式操作系統的品種較多，據統計，僅用于信息電器的嵌入式操作系統就有40種左右，其中較為流行的主要有：視窗系統CE、PalmOS、Real-TimeLinux、VxWorks、pSOS、PowerTV及Microware公司的OS-9。和通用操作系統相比較，嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態化及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。5.2需要面向應用、專用特制的新一代嵌入式操作系統在工業控制及其他相關領域的長期應用和商業競爭中已逐漸形成了一些較為成功的嵌入式操作系統，其中主流的嵌入式操作系統有視窗系統CE、PalmOS、EmbeddedLinux、VxWorks、pSOS及OS-9等。我們通過對這些系統進行分析認為，他們雖然提供了較為強大的類似于桌面操作系統的功能，但針對嵌入式系統的特征和特性而言，其一起的缺點是缺乏應用的高效性，網絡連接功能較差，系統對應用程式研發支持相對較弱，因此，迫切需要面向應用的、專用特制的新一代嵌入式操作系統。目前各種嵌入式Linux操作系統正迅速發展，已形成了能和視窗系統CE等嵌入式操作系統進行有力競爭的局面。嵌入式Linux操作系統的迅速崛起，主要由于人們對免費軟件的渴望和嵌入式系統應用的特制性，需求提供系統源碼層次上的支持，而嵌入式Linux正適應了這一需求，他不僅具有開放原始碼，系統內核小、效率高、內核網絡結構完整，裁減后的系統非常適于如信息家電等嵌入式系統的研發。特定應用的嵌入式實時操作系統（是指面向應用的、專用特制的嵌入式實時操作系統。他除具有基本的處理多任務、文件及設備驅動的操作系統功能之外，還具有如下系統特性：·面向特定應用的簡化型系統調用接口，專門支持一種或一類嵌入式應用；·最小內核處理集，系統開銷小，運行效率高，并可用于各種非計算機設備；·可伸縮性、可裁減的系統體系結構，提供多層次的系統體系結構；·具有各種即插即用的設備驅動接口；·具有網絡如Internet或無線接入功能，提供TCP/UDP/IP/PPP協議支持及統一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設備預留接口。5.3ASOS（面向應用、專用特制的嵌入式操作系統）的應用前景分析ASOS的發展前景將非常廣闊。這類嵌入式操作系統不僅在傳統的工業控制和商業管理領域有極其廣泛的應用空間，如智能工控設備、IC卡等，而且在信息家電領域的應用更具有極為廣泛的潛力，例如機頂盒、WebTV、網絡冰箱、網絡空調等眾多的消費類和醫療保健類電子設備，及在車載盒、智能交通等領域的應用也呈現出前所未有的生機。5.31信息家電領域機頂盒、WebTV、網絡冰箱、網絡空調等眾多的消費類和家庭醫療保健類電子設備將在未來幾年取得快速發展，信息家電的個性化、區域化及季節化的趨勢，為特定應用的嵌入式操作系統提供了應用發展空間。5.32醫療儀器領域大量醫療儀器的應用，如嵌入式心臟起搏器、嵌入式放射設備及分析監護設備，都需要ASOS的支持，像各種化驗設備，如肌動電流描記器、離散光度化學分析、分光光度計等，都需要使用高性能的、專用化的嵌入式系統來提高其精度和速度。引入ASOS后，現有的各種監護儀的功能和性能都將得到大幅度的提高。5.33智能汽車領域隨著無線通信和全球定位技術的日益成熟和廣泛應用，集通信、信息、導航、