淺析計算機操作系統及其發展

王佳林　趙心蕊

摘 要：計算機操作系統作為計算機領域中的一門核心技術，其重要性是不言而喻的。隨著計算機技術的迅速發展，計算機操作系統也處在不斷的更新換代之中，系統體系不斷擴大，功能更加完善，界面也越來越人性化。基于此本文從類型和功能上對操作系統進行了介紹，對計算機操作系統的發展歷程進行了闡述和分析，希望能給讀者一個全面的認識。

關鍵詞：計算機;計算機操作系統;發展歷程

一、概述

從計算機系統的層次結構上看操作系統是安裝在硬件設備上的第一層軟件，是對計算機硬件的首次擴充，操作系統管理著各種軟硬件資源，對于提高計算機硬件的利用率和系統的吞吐量起著至關重要的作用。借助操作系統，用戶得以用更便捷的方式實現同計算機系統的交互，極大的方便了用戶，提高了工作效率。下面主要從系統類型和系統功能上對計算機操作系統進行說明。

二、計算機操作系統概述

（一）計算機操作系統的類型

根據劃分指標的不同操作系統存在多種分類，當代主流的操作系統分別是Windows、Unix和Linux系統。其中Windows系統是由美國微軟公司研發的一套操作系統，采用圖形化模式的界面，比起鍵入指令的使用方式更加人性化，已成為PC端的主流操作系統;Unix系統屬于另一個流派，具有功能強大，安全性高，穩定性強的特點，但對計算機硬件配置要求很高，主要應用于對安全性和穩定性有更高要求的大型服務器平臺;而Linux系統也是當今操作系統中的重要成員，Linux系統開始是為了替代Unix而開發的，由于Linux開源免費的優勢，引起了很多技術人員的關注，其功能也越來越完善，在很多方面甚至已經超越了Unix系統。

（二）計算機操作系統的主要功能

總的來說一個計算機系統包括處理器、存儲器、I/O設備和文件，其中文件包含各種數據和程序，操作系統的任務就是對這些資源進行協調管理。在處理器方面主要負責CPU的控制和管理以及進程的處理和中斷;在存儲器管理上負責內存的分配和管理，保證各個作業能夠順利進行;操作系統對I/O設備的管理包括設備的分配和去配、緩沖區處理、中斷處理以及設備的調度等，進而滿足用戶的I/O請求;在文件管理上，操作系統能夠實現文件的組織和存取，同時配置了文件保護機制。操作系統的這些功能極大的提高了計算機資源的利用率，使得用戶可以便捷有效的在計算機上執行各種操作，進而滿足用戶需求。

三、計算機操作系統的發展歷程

（一）人工操作階段

早期的計算機沒有裝配操作系統，最開始是由操作員將事先已穿孔的紙帶通過輸入機完成與計算機的交互，即人工操作方式。由于人工操作方式是用戶獨占全機而且需要CPU等待人工操作，這對計算機資源是一種極大的浪費。為改變這一問題逐漸引入了脫機輸入/輸出技術，該方式借助磁帶作為數據傳輸中介，脫機I/O技術在一定程度上提高了計算機的工作效率，但其效果是有限的。

（二）單道批處理系統（Simple Batch Processing System）

為了解決人機矛盾以及I/O設備同CPU之間的矛盾，單道批處理系統由此產生。這種系統的主要目的是實現對作業的連續處理，先通過脫機的方式把一批作業輸入到磁帶上，然后在監督程序的控制下，完成作業的連續處理。雖然作業是成批處理的，但內存中始終只保持一道作業，故稱為單道批處理系統。由于進行I/O操作時CPU要等待很長時間，同時在單道程序環境下，存在嚴重的內存浪費問題，顯然這種系統不能實現資源的充分利用。

（三）多道批處理系統（Multiprogrammed Batch Processing System）

多道批處理系統的產生主要是為了解決系統資源利用率低和系統吞吐量小的問題。這種系統在處理作業時，采用由外存到內存的方式，即先把數據信息成批讀入到外存，隨后根據算法規則將這些數據依次調入內存，這個過程由系統的作業調度程序完成。由于在內存中裝有多道程序，能夠同時對多道進程進行處理，CPU利用率較單道批處理系統有明顯改善。多道批處理系統合理的利用了CPU的空檔時間，有效的提高了系統吞吐量。但在另一方面，這種系統沒有交互能力，平均周轉時間長，使得程序的修改和調試極不方便。

（四）分時系統（Time Sharing System）

人機交互是分時系統的攻關問題，而實現人機交互的關鍵在于對多個用戶鍵入的命令或數據，能夠在短時間內做到及時接收和處理。為解決這一問題分時系統配置了多路卡，能以很快的速度掃描各個終端，接收從終端發來的數據，此外分時系統為每個終端配置了一個緩沖區，用于暫存用戶鍵入的指令信息。分時系統與多道批處理系統的最大區別在于作業是直接進入內存的，同時采用了時間片輪轉的方式保證用戶同作業交互的及時性。另外分時系統還有一個很重要的特點就是共享主機特性。允許用戶分別使用不同終端，彼此之間互不干擾地交互式訪問系統資源。分時系統極大地提高了資源利用率，降低了使用費用，促進了計算機更廣泛的應用。

（五）實時系統（Real Time System）

分時系統基本可以滿足普通用戶的使用需求，但是要用于工業化還是遠遠不夠，這就要用到實時系統。實時系統一個主要的特征是將時間作為關鍵參數，要求必須能夠實時響應外部請求，在規定時間內完成對指定事件的處理。實時系統要求系統具有高度可靠性，不僅可以及時地對多路現場信息進行采集，同時還要保證彼此的獨立性和操作的交互性。為降低錯誤發生機率，往往會采用多級容錯機制來保障系統和數據的安全。目前實時系統多應用在工業武器控制系統和一些實時信息處理系統。

四、結語

隨著技術的不斷進步和需求的不斷更新，計算機操作系統肯定也會隨之變化，目前操作系統正向著便捷化，智能化，安全化和專用化的方向發展。在未來操作系統的功能一定會更加完善，應用的領域更加廣泛，迎來更偉大的革新，也必將給用戶帶來更大的便利和更好的體驗。

參考文獻：

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