探討計算機操作系統的發展論文

探討計算機操作系統的發展論文

　　隨著社會經濟的發展以及科學技術的日新月異，計算機技術被廣泛應用在各個領域中，計算機操作系統也得到了完善與發展。下面是學習啦小編給大家推薦的探討計算機操作系統的發展論文，希望大家喜歡!

　　探討計算機操作系統的發展論文篇一

　　《探討計算機操作系統的發展》

　　摘要：操作系統是管理計算機系統的全部硬件資源包括軟件資源及數據資源;控制程序運行;改善人機界面;為其它應用軟件提供支持等，使計算機系統所有資源最大限度地發揮作用，為用戶提供方便的、有效的、友善的服務界面。

　　關鍵詞：計算機;操作系統;發展

　　引言：操作系統是一管理電腦硬件與軟件資源的程序，同時也是計算機系統的內核與基石。操作系統身負諸如管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出設備、操作網絡與管理文件系統等基本事務。操作系統是管理計算機系統的全部硬件資源包括軟件資源及數據資源;控制程序運行;改善人機界面;為其它應用軟件提供支持等，使計算機系統所有資源最大限度地發揮作用，為用戶提供方便的、有效的、友善的服務界面。操作系統是一個龐大的管理控制程序，大致包括5個方面的管理功能：進程與處理機管理、作業管理、存儲管理、設備管理、文件管理。目前微機上常見的操作系統有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware等。但所有的操作系統具有并發性、共享性、虛擬性和不確定性四個基本特征。目前的操作系統種類繁多，很難用單一標準統一分類。根據應用領域來劃分，可分為桌面操作系統、服務器操作系統、主機操作系統、嵌入式操作系統。

　　一、操作系統的基本介紹

　　(一)操作系統的功能

　　(1)管理計算機系統的硬件、軟件、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。

　　(2)協調還要各種資源使用過程中的關系，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。

　　(3)為用戶提供使用計算機系統的環境，方便使用計算機系統的各部件或功能。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。

　　(二)操作系統的發展

　　操作系統之本意原為提供簡單的工作排序能力，后為輔助更新更復雜的硬件設施而漸漸演化。

　　從最早的批次模式開始，分時機制也隨之出現，在多處理器時代來臨時，操作系統也隨之添加多處理器協調功能，甚至是分布式系統的協調功能。其他方面的演變也類似于此。

　　另一方面，在個人電腦上，個人電腦之操作系統因襲大型電腦的成長之路，在硬件越來越復雜、強大時，也逐步實踐以往只有大型電腦才有的功能。

　　(1)手工操作階段。在這個階段的計算機，主要元器件是電子管，運算速度慢，沒有任何軟件，更沒有操作系統。用戶直接使用機器語言編寫程序，上機時完全手工操作，首先將預先準備好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。

　　(2)批處理階段。由于20世紀50年代中期，計算機的主要元器件由晶體管取代，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。

　　(3)多道程序系統階段。隨著中、小規模的集成電路在計算機系統中的廣泛應用，CPU的運動速度大大提高，為了提高CPU的利用率，引入了多道程序設計技術，并出現了專門支持多道程序的硬件機構，這一時期，為了進一步提高CPU的利用效率，出現了多道批處理系統、分時系統等等，從而產生了更加強大的監管程序，并迅速發展成為計算機科學中的一個重要分支，就是操作系統。統稱為傳統操作系統。

　　(4)現代操作系統階段。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。

　　二、操作系統新技術

　　從操作系統新技術的角度看，它主要包括操作系統結構設計的微內核技術和操作系統軟件設計的面向對象技術。

　　(一)微內核操作系統技術

　　現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(Microkernel)技術。

　　1.微內核結構

　　(1)把那些最基本、最本質的操作系統功能保留在內核中。

　　(2)把大部分操作系統的功能移到內核之外，并且每一個操作系統功能均以單獨的服務器進程形式存在，并提供服務。

　　(3)在內核之外的用戶空間中包括所有操作系統服務進程，也包括用戶的應用進程。這些進程之間是客戶/服務器模式。

　　2.微內核包含的主要成分

　　(1)中斷和異常處理機制;

　　(2)進程間通信機制;

　　(3)處理機調度機制;

　　(4)有關服務功能的基本機制。

　　3.微內核的實現

　　微內核實現中的一個主要問題是“微”和性能要求的綜合考慮。要做到“微”的關鍵是實現機制和策略分離的概念。由于微內核中最主要的是進程間消息通信和中斷處理機制，下面簡述兩者的實現。

　　4.進程間通信機制

　　為客戶和服務器提供通信服務是微內核的主要功能之一，也是內核實現其他服務的基礎。無論是發送請求消息和服務器的回答消息都是要經過內核的。進程的消息通信一般是通過端口(port)的。一個進程可以有一個或多個端口，每個端口實際上是一個消息隊列或消息緩沖區，它們都有一個唯一的端口ID(端口標識)和端口權力表，該表指出本進程可以和哪些進程交互通信。端口ID和端口權力表內核維護。

　　5.中斷處理機制

　　微內核結構中將中斷機制與中斷處理分離，即把中斷機制放在微內核中，而把中斷處理放到用戶空間相應的服務進程中。微內核的中斷機制，主要負責以下工作：

　　(1)當中斷發生時識別中斷;

　　(2)通過中斷數據結構把該中斷信號映射到相關的進程;

　　(3)把中斷轉換成一個消息;

　　(4)把消息發給用戶空間中相關進程的端口，但內核不涉及到任何中斷處理。

　　(5)不少系統中的中斷處理是用線程實現的。

　　6.微內核結構的優點

　　(1)安全可靠。微內核降低了內核的復雜度，減少了發生故障的概率，也就增加了系統的安全性。

　　(2)一致性的接口。當用戶進程提出服務要求時，均是以消息通信方式經由內核向服務器進程提出的。因此，進程所面對的是一個統一一致的進程通信接口方式。

　　(3)系統的可擴充性。系統可擴充性強，隨著新硬件與新軟件技術的出現，只需對內核做很少的修改。

　　(4)靈活性。操作系統具有良好的模塊化結構，可以獨立地對模塊進行修改，也可隨意對功能進行增加和刪除，因此操作系統可以按用戶的需要進行剪裁。

　　(5)兼容性。許多系統都希望能運行在多種不同的處理器平臺上，這在微內核結構下是比較容易實現的。

　　(6)提供了對分布式系統的支持。在微內核結構下操作系統必須采用客戶/服務器模式。這種模式適合于分布式系統，可以對分布式系統提供支持。

　　7.微內核的主要缺點

　　在微內核結構下，一次系統服務過程需要更多的模式(在用戶態和核心態之間)轉換和進程地址空間的開關，這就增加開銷，影響了執行速度。

　　(二)面向對象操作系統技術

　　面向對象操作系統是指基于對象模型的操作系統。目前，已有許多操作系統采用了面向對象技術，如WindowsNT等。面向對象已成為新一代操作系統的一個重要標志。

　　1.面向對象的核心概念

　　面向對象的基本思想是把要構造的系統表示成一系列對象的集合。其中的對象是指把一組數據和該數據的一些基本操作封裝在一起所形成的一個實體。面向對象的核心概念包括以下幾個方面：

　　(1)封裝。在面向對象中，封裝的含義是將一個數據集和與這個數據有關的操作封裝在一起，形成一個能動的實體，即對象。封裝要求對象內部的代碼和數據受保護。

　　(2)繼承。繼承是指一些對象可以繼承另一些對象的功能和特征。

　　(3)多態性。所謂多態性是指一個名字多種語義，或相同界面多種實現。多態性在面向對象語言中是由重載和虛函數來實現的。

　　(4)消息。消息是對象之間相互請求和相互合作的途徑。一個對象通過消息激活另一對象。消息中一般包含有請求對象的標識和完成該工作所必須的信息。