淺析計算機操作系統的發展

徐慧殷燕

（金陵科技學院，江蘇 南京211100）

操作系統（OS,Operating System）是配置在計算機硬件上的軟件，是對硬件系統的首次擴充。它是合理地組織計算機的工作流程、實現計算機資源管理和方便用戶使用計算機的系統軟件。隨著時代的進步，操作系統的新技術不斷出現，功能不斷地增加，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，更加地滿足了盡可能多用戶的需要。如今，許多系統軟件以及大量的應用軟件都依賴于操作系統的支持，取得它的服務。

1 操作系統的介紹

1.1 操作系統的作用

可以從不同的觀點來觀察操作系統的作用：

1.1.1 從一般用戶的觀點，操作系統幫助用戶管理計算機系統的軟硬件、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。

1.1.2 從資源管理的觀點看，當一個計算機系統同時供多個用戶使用時，用戶對系統中共享資源的需求可能會發生沖突，為了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合，操作系統必須協調好各種資源使用過程中的關系。

1.1.3 操作系統實現了對計算機資源的抽象。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。

1.2 操作系統的發展過程

1.2.1 人工操作方式

在這個階段的計算機，主要元器件是電子管，運算速度慢，沒有任何技術，更沒有操作系統。計算機操作是由用戶（即程序員）采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統，即由程序員將事先已穿孔（對應于程序和數據）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。

1.2.2 脫機輸入/輸出方式

為了解決人機矛盾及高速度的中央處理機和低速度的I/O設備間不匹配的矛盾，20世紀50年代末出現了脫機輸入/輸出（Off-Line I/O）技術。該技術是事先將程序帶裝入輸入機，在一臺外圍機的控制下，把紙帶上的數據輸入到磁帶上。當CPU要用數據時，只要從磁帶上將其調入內存。

1.2.3 單道批處理系統

20世紀50年代中期出現了晶體管，計算機的主要元器件由其取代，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。

1.2.4 多道批處理系統

隨著中、小規模的集成電路在計算機系統中的廣泛應用，CPU的運行速度大大提高了。因為單道批處理系統每次只執行一道作業，無法充分利用所有資源，大大降低了工作效率，所以為了進一步提高資源的利用率和系統吞吐量，又引入了多道程序設計技術，由此形成了多道批處理系統。

1.2.5 現代操作系統

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。

2 操作系統新技術

2.1 微內核OS

對于一個操作系統而言，內核通常是系統中最核心的部分?，F代操作系統設計中的一個突出思想是把操作系統中更多的成分和功能放到更高的層次（即用戶模式）中去運行，而留下一個盡量小的內核，用它來完成操作系統最基本的核心功能，稱這種技術為微內核（Micro kernel)技術。當前比較留行的、能支持多處理機運行的操作系統幾乎全部都采用了微內核結構，例如大部分的Unix、Linux。目前的微內核結構不僅適用于通用操作系統，也已十分適合嵌入式的專用操作系統設計。

2.2 面向對象操作系統

面向對象技術是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制大型軟件的復雜度的。面向對象操作系統是指基于對象模型的操作系統，操作系統中的對象是對操作系統管理的信息和資源的抽象?；谠撃Ｐ?，用戶可以在這個對象空間中用類似于文件路徑的對象路徑來引用網絡中的任何對象，然后通過一個類似于CORBA的遠程調用機制來訪問這些對象。這樣，不同地點的用戶，不管是一個人還是一臺計算機，都可以在這個統一的對象空間中方便地訪問整個網絡中的任何資源，從而實現了在整網范圍內的漫游。目前，已有許多操作系統采用了面向對象技術，如Windows NT等。面向對象已成為新一代操作系統的一個重要標志。

3 未來操作系統的發展趨勢

隨著計算機技術和網絡技術的普及，在通用主流操作系統仍然占據比較大的市場份額的基礎上，未來一些操作系統將逐步向專用化和小型化等方面發展，并具備如下新特點：

3.1 開源化

在PC機未進入商業化推廣前，軟件都是自由拷貝的。直到比爾·蓋茨反對免費拷貝軟件，他認為軟件是有版權的，不愿泄露源代碼。之后源代碼被作為商業機密封鎖。再后來，為了反對軟件所有權私有化，自由軟件之父Richard Stallman開發了一個免費的操作系統，其核心是軟件源代碼屬于用戶，應開放。開放源代碼軟件隨之發展起來。隨著微軟公司與諾維爾（Novel l）公司 在Linux上的結盟以及升陽啟動OpenSolaris項目，開源軟件模式及其實現的價值越來越得社會的認可。開源改變了未來操作系統的開發模式，使得聚集大家的力量打破組織邊界、持續創造出更高質量、更安全和更易用的操作系統成為可能。此外，開源操作系統是偏向于以服務為主的商業模式。

3.2 便攜化

隨著虛擬化技術的發展，目前的操作系統已經可以像文件一樣隨身攜帶，并在不同的計算機上運行。但對于現在的虛擬機規模過大等問題還有待進一步研究改進。

3.3 網絡化

網絡已經成為人們生活中的一部份，操作系統也越來越依賴網絡資源的共享與通信。盡管目前提出了網絡操作系統和分布式操作系統，但這類操作系統在技術上還不成熟，因此要想達到目標，要在相關領域做重點研究。

4 結束語

縱觀操作系統40年的發展歷史，我們可以發現，隨著計算機系統互聯互通的不斷增強和計算需求的不斷增長，操作系統也發生了巨大的變化，技術上的創新、用戶體驗上的升級、應用領域的擴展、功能的完善等，它在滿足功能和性能需求方面同時也開始與時俱進，適應發展的需要。現在我們看到使用的操作系統已經很完善了，相信以后操作系統的技術還是會不斷的提高，操作系統會讓大家使用起來更方便的。

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