计算机操作系统论文

计算机操作系统论文计算机操作系统的概念、历史、现状及发展摘要:操作系统是统一管理计算机软、硬件资源,合理组织计算机的工作流程,协调系统部件之间,系统与用户之间、用户与用户之间的关系。本文对计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:计算机操作系统发展分类1操作系统的概念(1)管理计算机系统的硬件、软件、数据等各种资源,尽可能减少人工分配资源的工作以及人对机器的干预,发挥计算机的自动工作效率。(2)协调还要各种资源使用过程中的关系,使得计算机的各种资源使用调度合理,高速设备与低速设备运行相互配。(3)为用户提供使用计算机系统的环境,方便使用计算机系统的各部件或功能。操作系统通过自己的程序,将计算机系统的各种资源所提供的功能抽象,形成与之等价的操作系统的功能,并形象地表现出来,提供给用户方便地使用计算机。2操作系统的历史2.1手工操作阶段。在这个阶段的计算机,主要元器件是电子管,运算速度慢,没有任何软件,更没有操作系统。用户直接使用机器语言编写程序,上机时完全手工操作,首先将预先准备好的程序纸带装入输入机,然后启动输入机把程序和数据送入计算机,接着通过开关启动程序运行,计算完成后,打印机输出结果。用户必须是非常专业的技术人员才能实现对计算机的控制。2.2批处理阶段。由于20世纪50年代中期,计算机的主要元器件由晶体管取代,运行速度有了很大的提高,这时软件也开始迅速发展,出现了早期的操作系统,这就是早期的对用户提交的程序进行管理的监控程序和批处理软件。2.3多道程序系统阶段。随着中、小规模的集成电路在计算机系统中的广泛应用,CPU的运动速度大大提高,为了提高CPU的利用率,引入了多道程序设计技术,并出现了专门支持多道程序的硬件机构,这一时期,为了进一步提高CPU的利用效率,出现了多道批处理系统、分时系统等等,从而产生了更加强大的监管程序,并迅速发展成为计算机科学中的一个重要分支,就是操作系统。统称为传统操作系统。3.操作系统的现状3.1现代操作系统阶段。大规模、超大规模集成电路急速的迅速发展,出现了微处理器,使得计算机的体系结构更加优化,计算机的运行速度进一步提高,而体积却大大减少,面向个人的计算机和便携式计算机出现并普及。它的最大优点是结构清晰、功能全面、可以适应多种用途的需要并且操作使用方面。3.2自20世纪中期电子计算机诞生以来,计算机操作系统的研究取得了长足进展。现在,操作系统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。在几十年的发展历程中,各种操作系统应运而生,现在最具代表性的是Windows、Unix和Linux三种操作系统。它们发展的最成熟,对计算机科学技术的贡献最大。4操作系统的分类从用途的角度可以分为专用和通用两类。专用操作系统是指用于控制和管理专项事物的操作系统,如现代手机中使用的操作系统,这类系统一般以嵌入硬件的方式出现,用于特定的途径。通用操作系统具有完善的功能,能够适应多种用途的需要。从单机和网络的角度看可以分为单机操作系统和网络操作系统。单机操作系统是针对单机计算机系统的环境设计的,它只有管理本机系统那个资源的功能。单用户操作系统是一种更为特殊的单机操作系统,它是针对一台机器,一个用户设计的操作系统,它的基本特征是一次只能支持一个用户作业的运行,系统的所有资源有该用户独占,该用户对整个计算机系统有绝对的控制权。从功能的角度看可分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统、分布式系统。批处理系统、分时系统和实时系统的运行环境大多是计算机系统,而后两种操作系统的运行环境是多计算机系统。4.1批处理系统。批处理的系统的基本特征是“批量”。即将要交给计算机处理的若干个作业组织成队列成批地交给计算机自动地按作业队列顺序逐个处理。它可分为单道批处理系统和多道批处理系统。单道批处理系统一次只能调入一个处理作业在在计算机在内运行,其他作业放在辅助存储器上,它类似于单用户操作系统。计算机在运行处理作业时,时间主要消耗有两个方面,一方面是消耗在CPU执行程序上,另一方面是消耗在输入输出上。由于输入输出设备的速度相对CPU的执行程序的速度慢很多,导致计算机在输入输出时CPU处于空闲。为了提高COU的使用效率,出现了多道批处理系统。它与单道批处理系统不同的是在计算机内存中可以有多个作业存在,调度程序根据事先确定的策略,选择一个作业将CPU资源分配给它运行处理,当处理的作业要进入输入输出操作时,就释放对CPU的占有,调度程序则从其他的内存中的待处理作业中选择一交给CPU执行,这样,就提高了CPU的使用效率。4.2分时系统。分时是指两个或两个以上的事件按时间划分轮流使用计算机系统的某一资源。在一个系统中如果多个用户分时使用一个计算机,那么这样的系统成为分时系统。分时的时间单位称为时间片,一个时间片一般是几十豪秒。在一个分时系统中,往往要连接几十个甚至上百个终端,每个用户在自己的终端上控制其作业的运行。通过操作系统的管理,将CPU轮流分配给各个用户使用,如果某个用户作业在分配给他另一个时间片在继续执行。此时的CPU被分配给另一个用户作业。4.3实时系统。实时即时处理并快速给出处理结果。实时系统一般是采用时间驱动的设计方法,系统能够及时对随时发生的事件做出响应并及时处理。实时系统分为实时控制系统和实时处理系统。实时控制系统常用于工业控制以及飞行器、导弹发射等军事方面的自动控制。实时处理系统常用于预定飞机票、航班查询以及银行之间账务往来等系统。4.4网络操作系统。随着计算机技术的迅速发展和网络技术的日益完善,不同地域的具有独立处理能力的多个计算机系统通过通信设施互联,实现资源共享,组成计算机网络,成为一种更开放的工作环境。而网络操作系统也应运而生。网络操作系统除具有单机操作系统的所有功能以外,还具有网络资源的管理功能,支持网络应用程序运行。4.5分布式操作系统。分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的操作系统。分布式计算机系统与计算机网络一样,多台计算机系统通过通信网络互联,实现资源共享,但不同的是系统中的各个计算机没有主次之分,各计算机系统具有相对的自治性,用户子啊访问共享资源时,不需要知道该共享资源位于哪台计算机上,如需要的话,系统中的多台计算机可以相互协作共同完成的一个任务,即可以将一个任务分割成若干个子任务分散到多台计算机上同时并行执行。一种商用操作系统往往包括了批处理系统个、分时系统、实时系统、网络系统、分布式系统等多方面的功能。不同的操作系统根据自身用途的定位和面向的用户,在各种功能的强弱上会有所区别。5．操作系统的未来趋势操作系统功能的不断增加有两个方面原因：一个原因是不断满足用户的需求，另一个原因是新技术的不断出现。不断增加的功能并不是每个用户所能用得到的，然而操作系统作为一个标准的套装软件必须满足尽可能多用户的需要，于是系统不断膨胀，功能不断增加，并逐渐形成从开发工具到系统工具再到应用软件的一个平台环境。操作系统内核将呈现出多平台统一的趋势，传统的操作系统内核主要采用模块化设计技术，只能应用于固定的平台。嵌入式系统是以应用为中心的系统，不会像PC一样只有一种平台，但它会吸取PC的成功经验，形成不同行业的标准。5.1何为嵌入式系统和嵌入式操作系统Internet和网络的迅速普及应用，并向家庭领域不断扩展，使消费电子、计算机、通信一体化趋势日趋明显，嵌入式系统再度成为研究和应用的热点。嵌入式系统被描述为：以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格需求的专用计算机系统。嵌入式操作是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件，他是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括和硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图像界面。目前，嵌入式操作系统的品种较多，据统计，仅用于信息电器的嵌入式操作系统就有40种左右，其中较为流行的主要有：视窗系统CE、PalmOS、Real-TimeLinux、VxWorks、pSOS、PowerTV及Microware公司的OS-9。和通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。5.2需要面向应用、专用特制的新一代嵌入式操作系统在工业控制及其他相关领域的长期应用和商业竞争中已逐渐形成了一些较为成功的嵌入式操作系统，其中主流的嵌入式操作系统有视窗系统CE、PalmOS、EmbeddedLinux、VxWorks、pSOS及OS-9等。我们通过对这些系统进行分析认为，他们虽然提供了较为强大的类似于桌面操作系统的功能，但针对嵌入式系统的特征和特性而言，其一起的缺点是缺乏应用的高效性，网络连接功能较差，系统对应用程式研发支持相对较弱，因此，迫切需要面向应用的、专用特制的新一代嵌入式操作系统。目前各种嵌入式Linux操作系统正迅速发展，已形成了能和视窗系统CE等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。嵌入式Linux操作系统的迅速崛起，主要由于人们对免费软件的渴望和嵌入式系统应用的特制性，需求提供系统源码层次上的支持，而嵌入式Linux正适应了这一需求，他不仅具有开放原始码，系统内核小、效率高、内核网络结构完整，裁减后的系统非常适于如信息家电等嵌入式系统的研发。特定应用的嵌入式实时操作系统（是指面向应用的、专用特制的嵌入式实时操作系统。他除具有基本的处理多任务、文件及设备驱动的操作系统功能之外，还具有如下系统特性：·面向特定应用的简化型系统调用接口，专门支持一种或一类嵌入式应用；·最小内核处理集，系统开销小，运行效率高，并可用于各种非计算机设备；·可伸缩性、可裁减的系统体系结构，提供多层次的系统体系结构；·具有各种即插即用的设备驱动接口；·具有网络如Internet或无线接入功能，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。5.3ASOS（面向应用、专用特制的嵌入式操作系统）的应用前景分析ASOS的发展前景将非常广阔。这类嵌入式操作系统不仅在传统的工业控制和商业管理领域有极其广泛的应用空间，如智能工控设备、IC卡等，而且在信息家电领域的应用更具有极为广泛的潜力，例如机顶盒、WebTV、网络冰箱、网络空调等众多的消费类和医疗保健类电子设备，及在车载盒、智能交通等领域的应用也呈现出前所未有的生机。5.31信息家电领域机顶盒、WebTV、网络冰箱、网络空调等众多的消费类和家庭医疗保健类电子设备将在未来几年取得快速发展，信息家电的个性化、区域化及季节化的趋势，为特定应用的嵌入式操作系统提供了应用发展空间。5.32医疗仪器领域大量医疗仪器的应用，如嵌入式心脏起搏器、嵌入式放射设备及分析监护设备，都需要ASOS的支持，像各种化验设备，如肌动电流描记器、离散光度化学分析、分光光度计等，都需要使用高性能的、专用化的嵌入式系统来提高其精度和速度。引入ASOS后，现有的各种监护仪的功能和性能都将得到大幅度的提高。5.33智能汽车领域随着无线通信和全球定位技术的日益成熟和广泛应用，集通信、信息、导航、