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操作系统发展过程摘要：随着计算机的问世，操作系统也逐渐进入发展起来。操作系统（OS，Operating System）是配置在计算机硬件上的第一层软件。它是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。现在社会，操作系统发展迅速，逐步进入了社会生活的各个方面,涉及大型计算机、个人计算机、移动便携设备、其他自动化设备等各个层次的应用领域。本文主要以计算机操作系统的发展过程为核心地位同时对它的技术变革作出了分析,同时对算机操作系统的功能,发展和分类做了简单的分析和阐述。关键词：操作系统 发展 优点 问题引言操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。它在计算机系统中占据了特别重要的地位；而其他的诸如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都将依赖于操作系统的支持，取得它的服务。操作系统已经成为现代计算机系统（大、中、小及微型机）、多处理系统、计算机网络、多媒体系统以及嵌入式系统中都必须配置的、最重要的系统软件。1. 操作系统的基本介绍1.1操作系统的目标1、有效性：提高系统资源利用率，配置了OS之后，可使CPU、I/O设备由于能保持忙碌状态而得到有效的利用，且，可使内存和外存中存放的数据因有序而节省了存储空间；提高系统的吞吐量，操作系统还可以通过合理地组织计算机的工作流程，而进一步改善资源的利用率，加速程序的运行，缩短程序的运行周期，从而提高系统的吞吐量。2、方便性：在未配置OS的计算机系统是极难使用的，因为计算机硬件只能识别0、1这样的机器代码。配置了操作系统，用户便可通过OS提供的各种命令来使用计算机。3、可扩充性：操作系统能提供硬件升级，用户新需要，能纠错的功能。4、开放性：系统能遵循世界标准，均能彼此兼容，可方便的实现互连。1.2操作系统的作用1、作为计算机硬件系统之间的接口，用户可通过命令方式，系统调用方式，图形、窗口方式来使用计算机。2、作为计算机系统资源的管理者，处理机管理：用于分配和控制处理机；存储器管理：主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理：负责I/O设备的分配与操纵文件管理：负责文件的存取、共享和保护。3、实现了对计算机资源的抽象，OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件，它们不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节。2.操作系统的发展操作系统之本意原为提供简单的工作排序能力，后为辅助更新更复杂的硬件设施而渐渐演化。从最早的批次模式开始，分时机制也随之出现，在多处理器时代来临时，操作系统也随之添加多处理器协调功能，甚至是分布式系统的协调功能。其他方面的演变也类似于此。另一方面，在个人电脑上，个人电脑之操作系统因袭大型电脑的成长之路，在硬件越来越复杂、强大时，也逐步实践以往只有大型电脑才有的功能。操作系统的发展过程： 2.1人工操作阶段;1、当时的技术背景：2、由于冯诺依曼计算机的产生，软件开发也从此开始。计算机的性能及外设配置情况：在第一代计算机时期，由于计算机存储容量小，运算速度慢（只有几千次/秒），输入/输出设备只有纸带输入机、卡片阅读机、打印机和控制台。利用这样的计算机做题只能采取人工操作的方式，操作系统更是闻所未闻。3、计算机的使用方式：人工操作情况下，用户一个挨一个的轮流使用计算机。使用过程大致如下：a)先把手编程序（机器语言编写成的程序）穿成纸带（或卡片），装上输入机。b) 经人工操作把程序和数据输入计算机。c) 通过控制台开启程序运行。d) 计算完毕，用户拿走打印结果，并卸下纸带。存在的问题：在这个过程中，需要人工装纸带、人工控制程序运行、人工卸纸带，进行一系列的“人工干预”。这种由一道程序独占机器的情况，在计算机运算速度较慢的时候是可以容忍的，因为此时计算所需要的时间相对而言较长，人工操作时间所占比例还不算很大。当计算机进入第二代晶体管时代后，计算机的速度、容量、外设的功能和种类及数据等方面和第一代计算机相比都有了很大的发展。比如，计算机的速度就有了几十倍、上百倍的提高，所以使得手工操作的慢速度和计算机运算的高速度之间形成了一对矛盾。即所谓人机矛盾。22联机批处理：技术背景：为了结果手工操作阶段随着计算机速度的提高而产生的不可容忍的人机矛盾。只有设法去掉人工干预，实现作业的自动过渡，这样就出现了成批处理。引入批量监督程序（常驻内存的核心代码）是为了实现作业建立和作业过渡的自动化。每一种语言翻译程序（汇编语言或某种高级语言的编译程序），或实用程序（如链接程序）都作为监督程序的子例程。联机批处理系统的操作方法：1、作业说明书的内容：监督程序的工作负荷是以作业流形式提供的。每个用户需要计算机解决的计算任务均组织成一个作业。每个作业有一个和程序分开的说明文件，即作业说明书，它提供了用户表识、用户想使用的编译程序的名称以及所需要的系统资源名称等基本信息。每个作业还包含一个程序和一些原始数据，最后是一个作业的终止信息。终止信息给监督程序一个信号，表示此作业已经结束，应为下一个用户作业做好服务准备。2、操作过程：a)各用户把作业交给机房，由操作员把一批作业装到输入设备上b)为了执行一个作业，批处理监督程序将解释这个作业的说明书。若系统资源能满足其要求，则将该作业调入内存，并从外部存储器上输入所需要的编译程序。编译程序将用户元程序翻译成目标代码，然后由链接装配程序把编译后的目标代码及其所需的子程序装配成一个可执行的程序。c)启动执行。d)计算完成后输出该作业的计算结果。e)一个作业处理完毕后，监督程序才可以自动地调入下一个作业进行处理。f)依次重复上述过程。联机批处理的特点：1、作业的输入输出是联机的作业从输入设备到磁带，由磁带调入内存，以及结果的输出打印都是由中央处理机CPU直接控制的。在这种联机操作方式下，随着处理机速度的不断提高，处理机和输入输出设备之间的速度差距就形成了尖锐的矛盾。2、 CPU使用效率低。随着处理机速度的不断提高，处理机和输入输出设备之间的速度差距就形成了尖锐的矛盾。因为在进行输入或输出时，CPU是空闲的，使得告诉的CPU要等待慢速的输入输出设备的工作，从而不能发挥CPU应有的效率。2.3脱机批处理;技术背景：为了克服联机批处理存在的缺点，在批处理系统中引入了脱机输入输出技术，从而形成了脱机批处理系统。脱机批处理系统的组成由主机和卫星机组成。卫星机又称外围计算机，它不与主机直接连接，只与外部设备打交道。脱机批处理系统的操作过程3、作业通过卫星机输入到磁带上4、当主机需要输入作业时，就把输入带同主机连上。5、主机把作业从输入带调入内存，并执行运算。6、作业完成后，主机负责把结果记录到输出带上，再由卫星机负责把输出带上的信息打印输出。脱机批处理系统的特点1、这样，主机摆脱了慢速的输入输出工作，可以较充分的发挥它的高速计算能力。同时，由于主机和卫星机可以并行操作，因此脱机批处理系统与早期的批处理系统相比，系统的处理能力大幅度提高。2、 批处理系统实在解决人机矛盾以及高速度的中央处理机和低速度的I/O设备间的矛盾的过程中发展起来的。它的出现改善了CPU和外设的使用情况，实现了作业的自动定序、自动过渡，从而使整个计算机系统的处理能力得到提高。3、但仍然存在许多缺陷：a)星机和主机之间的磁带装卸仍需人工完成b操作员需要监督及其德状态信息c)系统没有任何保护自身的措施，因此当目标程序执行一条引起停机的非法指令时，机器就会错误的停止运行。此时，只有操作员进行干预，程序才会重新启动运行。2.4多道批处理操作系统技术背景1、 20世纪60年代中期，计算机硬件获得了两个方面的发展，一是通道的引入，二是中断技术的出现，这两项重大成果导致了操作系统进入多道批处理系统阶段。2、通道：一种输入/输出专用处理机，它能控制一台或多台外设工作，负责外部设备与主存之间的信息传输。它一旦被启动，就能独立于CPU运行，这样就可使CPU和通道并行操作，而且CPU和各种外部设备也能并行操作。3、中断技术：当主机接到外部硬件（如I/O设备）发来的信号时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，在处理完了以后，主机又回到原来的工作点继续工作。4、借助于通道技术、中断技术，输入输出工作可以在主机控制之下完成。工作过程此时，原有的监督程序不仅要负责调度作业自动地运行，而且还要提供输入输出控制功能（即用户不能直接使用启动外设的指令，它的输入/输出请求必须通过系统去执行）它比原来的功能增强了。这个发展后的监督程序常驻内存，称为执行系统。特点：1、执行系统比脱机处理前进了一步，它节省了卫星机，降低了成本，而且同样能支持主机和通道、主机和外设之间的并行操作。2、用户程序的输入输出工作是委托给执行系统实现的，由执行系统检查其命令的合法性，提高了系统的安全性。3、批处理系统和执行系统的普及，发展了标准文件管理系统和外部设备的自动调节控制功能。这一时期，程序库边的更加复杂和庞大，随机访问设备（如磁盘、磁鼓）已开始代替磁带作为外存。4、高级语言也比较成熟和多样。2.5操作系统新技术从操作系统新技术的角度看，它主要包括操作系统结构设计的微内核技术和操作系统软件设计的面向对象技术。（一）微内核操作系统技术现代操作系统设计中的一个突出思想是把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核（Microkernel)技术。（二） 面向对象操作系统技术面向对象操作系统是指基于对象模型的操作系统。目前，已有许多操作系统采用了面向对象技术，如Windows NT等。面向对象已成为新一代操作系统的一个重要标志。结束语在过去的几十年里操作系统发生了革命性的变化，尤其是计算机操作系统的更新换代，让我们感受着前所未有的享受。技术上的创新、用户体验上的升级、应用领域的扩展、功能的完善。同过去的几十年一样，在未来的20年操作系统也将发生巨大的变化。看到我们现在使用的操作系统已经很完善。相信以后的操作系统的技术还会不断提高和发展，会让大家用着更加方便。相信在未来操作系统会使得我们生活和工作更加丰富多彩。参考文献1、张顺香，等，操作系统，武汉大学出版社，20092、黄万镒 中国计算机报3、韩乃平,刘文清 UNIX类操作系统的发展4、王育勤,等，计算机操作系统，北京交通大学出版社，2004.5、汤子瀛，等，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社，20016、潘爱民, 戴夫普罗伯特 Windows操作系统的发展7、倪光南. Linux影响软件界走向,成最热门话题