計算機中的各種程序和數據共同組成軟件資源，軟件的運行以硬件的支持為基礎，又對 硬件在性能方面進行擴充和完善。在計算機內部的數是用0和1兩個二進制數字來表示的， 其中硬件內部時常需要進行諸如數據傳送、算術邏輯運算、程序控制和輸入/輸出等基本操 作，為了完成這些操作，需要用戶與硬件設備進行復雜的交互，完全由手工來操作是非常困 難的事情，還有可能造成CPU的運行效率下降或出錯發生。操作系統正好可以擔當此任， 它在計算機系統中占據著非常重要的位置，是構建在硬件系統之廠的系統軟件，具有管理各 種硬件和軟件資源的功能。

操作系統—般可定義為一組控制和管理計算機軟、硬件資源，為用戶提供便捷使用計算 機程序的集合。其主要作用有兩個方面：對計算機系統中的各種軟硬件資源進行監督、控制 和協調，從而達到管理資源的目的；方便用戶使用計算機的各種資源，為用戶操作計算機提 供便捷的程序和其他手段。

操作系統的發展

 

隨著計算機技術的發展，操作系統經歷了無操作系統方式、單道批處理方式、多道批處 理方式、分時操作系統、實時操作系統、微機操作系統和當代操作系統等幾個發展過程。

1．無操作系統方式

早期的計算機并沒有配置專門的操作系統，操作人員需要直接操作各種機械和電氣設備 以控制計算機的運行。隨著像匯編語言這樣的一些低級計算機語言的出現，從而能夠通過穿 孔紙帶將程序輸入到計算機，并進行編譯和運行最終得到計算結果。這個時期，一個程序獨 占整個計算機，而CPU時常處于空閑等待狀態，較侵的人工操作過程形成瓶頸，因此提出 了設備和程序等資源共享的新問題。

2．單道批處理方式

操作系統最早出現于20世紀70年代中期。1976年，美國數字研究軟件公司研制出8位 的CP/M(Control Program/Monitor)操作系統，實為一種控制程序或監控程序，用戶使用控 制臺上的鍵盤來控制和管理整個計算機系統，并通過管理文件信息自動存取硬盤或其他設備 文件。后來誕生了各種8位的CP/M操作系統，它們大都采用單道批處理方式控制程序的執 行。這里的“單道”代表著一次只能處理一個程序，“批處理”代表著將零散的單一任務合并為集中式批量任務一次性進行處理，從而大大簡少了人工干預的次數，節省了程序的運行 時間。隨著批處理控制管理程序的出現，又進步實現了程序運行的自動化管理。此時，在 使用操作系統方面對程序員和操作人員進行了明確的分工，程序員關心的是功能的實現，而 操作人員通過一套控制命令來進行具體的—卜機操作。這種方式的缺點是，一個程序執行完成 后才可以執行下—個程序，而如果程序中途出現故障，則需要重新裝入和運行。

3．多道批處理方式

為了提高系統的處理能力和資源的利用率，計算機需要同時處理系統中運行著的多個程 序，系統資源不再由某個程序所獨占，而為多個程序所共享，共享資源的狀態由多個程序的 活動性質所共同決定，系統各部分的工作方式由簡單的串行改為并發執行，這就是多道批處 理方式。其優點是可以提高內存、設備和CPU等資源的利用率，最終提高整個系統的效率； 缺點是有46e延長程序的執行時間，系統效率的提高受到一定限制。

4．分對操作系統

首先介紹一個概念——計算機終端，它主要有鍵盤和顯示器，是計算機系統的輸A／輸 出設備。傳統意義上的終端不進行復雜的計算工作，但可以完成對遠程主機的登錄、發送請 求和接受應答的任務。

分時操作系統把計算機與許多終端用戶連接起來，將系統處理機時間與內存空間按一定 的時間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。分時操作系統能使一臺11紫機同時為幾 個、幾十個甚至幾百個用戶服務。由于時間間隔很短，每個用戶的感覺就像獨占計算機一 樣。

在分時操作系統中，軟件的執行對時間上的要求并不嚴格，比如，時間上的延誤或者時 序上的錯誤，一般不會造成災難性的后果。它具有多路性、系統資源共享性、獨立性和交互 性等特點。

分布式操作系統是為分布式計算機系統配置的操作系統。它與網絡操作系統相比更注重 于任務的分布性，即把一個大任務分為若干個可以并行執行的于任務，分派到不同的處理站 點上去執行。它有強健的分布式算法和動態平衡各站點負荷的能力，是網絡操作系統的更高 形式，具有強大的生命力。 集群是指一組高性能計算機通過高速網絡連接起來的，在工作中像一個統一的資源，所 有結點使用單一界面的計算系統。管理集群結點的操作系統稱為集群操作系統。群技術的出 現，使得使用多臺Pc或工作站就可獲得同大型機相匹敵的計算能力，同時成本大大降低， 從而在很多高性能計算領域內由集群完全取代大型機也將成為可能。支持集群的操作系統有 Linux、Windows server 2003 Compute Cluster Edition等

5．實時操作系統

實時操作系統是能夠保證在一定時間限制內完成特定功能的操作系統，其首要任務是調 度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才是提高計算機系統的使用效率。實時操作系 統要求對事件進行實時的處理，必須在事件隨機發生時，在嚴格的時限內做出響應，即使是 系統處在尖峰負荷下，也應如此，系統響應時間的超時就意味著系統出現致命的失敗。

20世紀70年代末期，由于市場劉干個人計算機操作系統的需求，出現了微軟公司的 MS-DOS操作系統。Ms-DOS操作系統具有性能優良的文件系統，但它受到Intel x86體系結 的限制，并缺乏硬件為基礎的存儲保護機制，因此它屬于蛋用戶、單任務的操作系統。

7．當代操作系統

從規模上看，操作系統向著大型和微型兩個不同的方向發展著。大型系統的典型是分布 式操作系統和集群操作系統，而微機系統的典型則是嵌入式操作系統。 分布式操作系統和集群操作系統是適應計算平臺，向異構、網絡化演變而出現的。分布 式系統分為兩類：一類是建立在多處理機上的緊密韶合分布式系統；另一類是建立在計算機 網絡基礎上的松散稠合分布式系統。

嵌入式操作系統(Embedded Operating System,EOS)是運行在嵌入式系統環境中，對 整個嵌入式系統以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進行統一協調、調度、指揮和控 制的系統軟件。嵌入式系統是以應用為中心，軟、硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、 成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。具有軟件代碼少、高度自動化、響 應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、 相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是可獨立工作的“器件”。有代 表性的民人式操作系統，如Windows CE、嵌入式Linux等。

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