操作系统发展和功能-计算机应用基础案例教程

2023-11-07 理论教育版权反馈

【摘要】：2.1.2.4操作系统的功能如前所述，操作系统是计算机系统的管理者，它的主要职能是管理和控制计算机系统中所有硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程，同时为用户提供一个良好的工作环境和友好的界面。

为了更好地理解操作系统的基本概念，我们先了解一下操作系统的由来和发展过程。

操作系统的诞生可以说是伴随着计算机技术本身以及应用的日益发展和不断完善的客观需求下应运而生的，它的功能由弱到强，同时在计算机系统中的地位也不断提升。至今，它已成为计算机系统中的核心，每台计算机系统都要配置操作系统。

早期计算机体积巨大、速度低、设备少，编制的程序比较简单，当时的计算机没有配置操作系统，程序员一般是直接使用机器指令设计程序的。当时的程序员身兼两职，其一是操作员，其二是程序员。

2.1.2.1　操作系统的形成

1.原始操作系统阶段

在该阶段，用户一般都独占当前计算机系统资源，可以随便使用，但是必须是该用户下机后另一个用户才能上机操作。对于计算机硬件来说，主机与外设是串行工作的，即当需要输入输出时，CPU必须等待。为了方便用户，计算机系统为每一种设备都配置了设备驱动程序，供用户需要时调用，这些设备驱动程序可以被看成最原始的操作系统。

2.初级操作系统阶段

由于出现了各种程序设计语言以及相应的编译程序，程序员可以编写大量的程序，但是如果计算机还停留在手工操作上，十分繁重的工作都会落在程序员肩上。于是，就迫切需要一种能对计算机硬件和软件进行管理与调度的软件，即管理程序。

有了管理程序，程序员就可以从繁重的工作中解脱出来，可以将一些上机操作交给操作员代劳。用户程序总是通过管理程序去启动设备；管理程序还可以对文件以文件名的形式进行管理，而不必让用户操心，这便进入了初级操作系统阶段。

3.操作系统阶段

由于磁盘容量的增加和大容量设备的加大，还有软件的大量使用，管理程序就迅速发展为一个重要的软件分支——操作系统。最先投入使用的操作系统是批处理操作系统，它提高了单位时间内的算题量，主要是因为它可以将一批计算问题的程序和数据预先装入磁盘，把磁盘作为一个巨大的缓冲区，等待计算的时候，不需要访问比较慢的输入设备，而可以从速度比较快的磁盘上读取预先存储好的程序和数据，操作系统就是利用这种技术来工作的。

2.1.2.2　操作系统的进一步发展

20世纪80年代，大规模集成电路工艺技术和微处理机的出现和发展，掀起了计算机大发展、大普及的浪潮。一方面这迎来了个人计算机的时代，同时又向计算机网络、分布式处理、巨型计算机和智能化方向发展。于是，操作系统有了进一步的发展，下面介绍了几种常见的操作系统类型。

（1）个人计算机上的操作系统，例如Windows操作系统系列；

（2）嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称EOS），例如嵌入式Linux，以及应用在智能手机和平板电脑的Android、iOS等；

（3）网络操作系统；

（4）分布式操作系统；(www.chuimin.cn)

（5）智能化操作系统。

2.1.2.3　操作系统的基本类型

一种常用的分类方法是按照操作系统提供的服务进行分类的，大体上分为批处理操作系统（Batch Processing Operating System）、分时操作系统（Time Sharing Operating System）、实时操作系统（Real Time Operating System）、个人计算机操作系统（Personal Computer Operating System）、网络操作系统（Network Operating System）和分布式操作系统（Distributed Operating System）。其中前三个属于基本的操作系统。

2.1.2.4　操作系统的功能

如前所述，操作系统是计算机系统的管理者，它的主要职能是管理和控制计算机系统中所有硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程，同时为用户提供一个良好的工作环境和友好的界面。在配置了操作系统后，用户不能直接访问系统的资源，必须通过操作系统才能使用系统资源。从资源管理的角度看，计算机系统中的硬件资源主要有处理器、存储器、输入输出设备，软件资源主要以文件的形式存储在外存储器中。因此需要系统的管理者对各种资源进行有效的控制和管理，下面主要从资源管理的角度概述操作系统的主要功能。

（1）处理器管理，或称处理器调度，是操作系统资源管理功能的一个重要内容。在一个允许多道程序同时执行的系统里，操作系统会根据一定的策略将处理器交替地分配给系统内等待运行的程序。一道等待运行的程序只有在获得了处理器后才能运行。一道程序在运行中若遇到某个事件，例如启动外部设备而暂时不能继续运行下去，或一个外部事件的发生等，操作系统就要来处理相应的事件，然后将处理器重新分配。它主要是为用户合理地分配处理器时间，尽可能地使处理器总是处于忙碌的状态，从而提高处理器的工作效率。

（2）存储器管理。根据帕金森定律：“你给程序再多内存，程序也会想尽办法耗光”，因此程序员通常希望系统给他无限量且无限快的存储器。所以，存储器的管理主要是对主存储器的管理，为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，达到扩充内存的目的并提高主存空间的利用率。

（3）文件管理。一个文件系统向用户提供创建文件、撤销文件、读写文件、打开和关闭文件等功能。有了文件系统后，用户可按文件名存取数据而无须知道这些数据存放在哪里。这种做法不仅便于用户使用而且还有利于用户共享公共数据。此外，由于文件建立时允许创建者规定使用权限，这就可以保证数据的安全性并可合理地分配和使用文件的存储空间。

（4）设备管理，主要负责管理各种外围设备，包括设备分配、设备驱动，实现设备无关性，实现虚拟设备以及Spool的实现技术。

（5）作业管理，实现作业调度和控制作业的执行。

（6）界面管理，操作系统给用户提供的界面（接口）是用户与操作系统打交道的手段，也是用户自愿进入操作系统的唯一途径。一般将界面操作分为两种，一个是键盘操作命令，另一个是图形界面操作。目前大多采用图形界面操作，因为其比较简洁，操作方便。

小明：这里提到的“作业”是指什么？

老师：在操作系统中，把用户要求计算机系统进行处理的一个计算问题称为一个“作业”。

（1）查找资料，找出有哪些操作系统。

（2）思考计算机软件和计算机硬件哪个更重要，它们之间有什么关系。

（3）请上机实践，发现操作系统的功能体现在哪里。