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淺談對計算機操作系統(tǒng)的認(rèn)識論文(2)

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淺談對計算機操作系統(tǒng)的認(rèn)識論文

  淺談對計算機操作系統(tǒng)的認(rèn)識論文篇二

  《計算機操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能探討》

  摘 要:計算機的操作系統(tǒng)整合管理計算機的硬件資源、軟件系統(tǒng)使計算機根據(jù)指令進行工作?,F(xiàn)代計算機技術(shù)的高速發(fā)展,使人們對計算機的操作系統(tǒng)提出了更高的要求,要求計算機操作系統(tǒng)更加人性化、人機界面更加友好、操作系統(tǒng)簡潔、安全、可靠,并且要求操作系統(tǒng)占用更少的空間,提高計算機的整體性能,并能夠不斷為計算機縮小體積和重量,使計算機更加便于攜帶已經(jīng)成為計算機操作系統(tǒng)未來發(fā)展的方向之一。

  關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);結(jié)構(gòu);功能

  中圖分類號:TP316

  操作系統(tǒng)作為計算機的核心組成部分,在計算機系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。自計算機誕生以來,人們一直致力于研究和革新計算機操作系統(tǒng),不斷挑戰(zhàn)實用性和完美性的計算機與系統(tǒng)的結(jié)合。計算機的種類繁多,包括個人計算機、服務(wù)器、大型計算機、超計算機等,應(yīng)用范圍也不同,從個人使用、辦公、科學(xué)研究、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工業(yè)自動化控制等等。而不同的計算機,不同的應(yīng)用范圍都需要不同的操作系統(tǒng)支持計算機在各自領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著計算機的應(yīng)用范圍越來越廣,計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能也必須不斷更新和進步。此外,計算機的硬件技術(shù)也不斷發(fā)展,高度集成化、智能化的技術(shù)不斷應(yīng)用到計算機硬件的研發(fā)中,短短數(shù)十年,計算機的CPU從單核發(fā)展到雙核、多核,現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了8核的CPU。此外,計算機的硬盤容量和顯卡控制系統(tǒng)也不斷更新,存儲量和存儲效率不斷提高,以滿足更高的用戶需求標(biāo)準(zhǔn)。例如十年前,一部高清DVD格式的電影也就500mb左右,而現(xiàn)今的高清電影動輒十幾個G,因此計算機硬件也不得不跟上時代發(fā)展的需要。在此情況下,計算機操作系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展技術(shù)發(fā)展和社會進步的必要,也是不斷滿足用戶需求,為用戶提供更加高效、快捷的計算機需求的必然[1]。

  1 計算機操作系統(tǒng)的發(fā)展

  1946年世界上第一臺計算機在美國誕生,半個世紀(jì)來,計算機不斷進化、發(fā)展,已經(jīng)成為近代社會對世界影響最大的發(fā)明之一。計算機的進化過程中不斷以提高運算速度、縮小體積、增大容量為發(fā)展動力,整個發(fā)展過程不僅要求計算機硬件不斷應(yīng)用新技術(shù)不斷發(fā)展,同時也要求能適應(yīng)硬件發(fā)展需求和計算機進化需要的操作系統(tǒng)。

  計算機誕生之初并沒有操作系統(tǒng),人們通過各種按鈕來控制計算機,隨著計算機功能的不斷增加,應(yīng)用范圍不斷增大,傳統(tǒng)的按鈕已經(jīng)不能滿足計算機操作的需要。后來,科學(xué)家們研究了針對計算機控制其工作的匯編語言,這種匯編語言是計算機操作系統(tǒng)的雛形。操作者將匯編語言打制成有孔的紙帶,并輸入計算機中,供計算機編譯。此后,為了更好的使計算機運行和管理應(yīng)用程序,科學(xué)家們通過不斷研究發(fā)明了操作系統(tǒng),計算機操作系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了對計算機程序的控制和共用,能夠?qū)τ嬎銠C的硬件資源進行高效管理,同時得益于集成電路技術(shù)的高度發(fā)展,微型計算機開始走向了改變世界的開始。

  計算機發(fā)展至今,已經(jīng)成為一門完整的學(xué)科,它的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會的基礎(chǔ)。二十一世紀(jì)是信息時代,信息時代離不開計算機技術(shù)的支撐,無論是大型計算機還是微型計算機,必須有硬件和軟件共同組成,硬件技術(shù)隨著機械、電子技術(shù)的發(fā)展不斷前進,而軟件技術(shù)中的最重要的組成部分―操作系統(tǒng)也必須不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu),不斷開發(fā)新的功能,以適應(yīng)現(xiàn)代社會的需要。

  2 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

  操作系統(tǒng)作為典型的軟件,是具有特殊結(jié)構(gòu)的知識產(chǎn)品。軟件的結(jié)構(gòu)是軟件功能和操作方式的體現(xiàn),是反映計算機硬件程序的客觀存在。由于客觀世界的不斷變化,軟件系統(tǒng)作為為客觀事物服務(wù)的系統(tǒng),也必須不斷改變,以適應(yīng)新的需求和新的技術(shù)進步。軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了軟件的功能和性能,是計算機軟件工程師們一直研究的問題,而計算機操作系統(tǒng)作為大型的軟件結(jié)構(gòu),需要更科學(xué)、強大的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。計算機的操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常有整體式結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)、模塊結(jié)構(gòu)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)等部分組成,以下分別介紹各個結(jié)構(gòu)的功能與特性。

  2.1 模塊組合結(jié)構(gòu)

  模塊組合結(jié)構(gòu)在早期的開發(fā)思路是“各司其責(zé)”。結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計為早期的模塊組合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的開發(fā)提供了開發(fā)思路,在設(shè)計模塊化的組合結(jié)構(gòu)時,設(shè)計人員為了響應(yīng)多通道程序同時運行的需求,設(shè)計了“進程”的系統(tǒng)概念,并且設(shè)計了分時系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)中首次應(yīng)用了虛擬存儲器的概念,使當(dāng)時內(nèi)存較小的計算機能夠同時運行多個程序。為了更加優(yōu)化系統(tǒng)多進程問題,研究者們設(shè)計了條件變量機制,并且針對結(jié)構(gòu)中核內(nèi)實體間的不安全因素提出了權(quán)能系統(tǒng),典型的基于權(quán)能的系統(tǒng)如Hydra、EROS等[2]。隨著計算機系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,模塊之間的交互影響越來越繁瑣,模塊組合結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)大型操作系統(tǒng)的發(fā)展需要,于是科學(xué)家們開始尋找更加高效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,在此情況下,分層結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)開始應(yīng)運而生了。

  2.2 層次結(jié)構(gòu)

  層次機構(gòu)是解決系統(tǒng)中多程序同時運行占用共享資源的矛盾的重要解決思路。在進程分層結(jié)構(gòu)中,系統(tǒng)按照依賴關(guān)系分層實現(xiàn)系統(tǒng)功能,下層模塊為上層模塊提供功能結(jié)構(gòu),同時利用其更下層的模塊提供的接口來為本層的系統(tǒng)服務(wù),通過嚴(yán)格的層次調(diào)用,規(guī)定只能由上層模塊調(diào)用下層模塊,制約了模塊結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)交互,使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單明了。而層次結(jié)構(gòu)中也因為過多的層次降低了計算機系統(tǒng)的性能,同步分散,導(dǎo)致任務(wù)控制存儲資源浪費較大,同時無限制的分層使系統(tǒng)膨脹化?;趯哟谓Y(jié)構(gòu)中的優(yōu)點和缺點,上世紀(jì)80年代后期,科學(xué)家們根據(jù)模塊結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,研究出了微內(nèi)核結(jié)構(gòu),試圖用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)解決層次結(jié)構(gòu)中的一系列問題。

  2.3 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

  微內(nèi)核結(jié)構(gòu)又叫服務(wù)器與客戶結(jié)構(gòu)。在此機構(gòu)中,絕大部分的系統(tǒng)服務(wù)用于空間執(zhí)行,系統(tǒng)中的基本功能在內(nèi)核模式下運行,其它服務(wù)都以進程的形態(tài)與用戶存在于特權(quán)級中。內(nèi)核中的基本功能包括線程管理、空間映射、中斷處理、異常處理、和消息機制的任務(wù)通信。微內(nèi)核機制的有諸多優(yōu)點,例如內(nèi)核精簡,可移植性好;穩(wěn)定性、安全性好;易于維護;可擴縮性好,直接支持分布式應(yīng)用。而早期的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)并不被業(yè)界看好,因為進程間的通信都通過微內(nèi)核,是通信切換開銷過于復(fù)雜。指導(dǎo)二十世紀(jì)九十年代后期,科學(xué)家們提出了第二代微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的思想,針對IPC機制進行了優(yōu)化,極大地提高了系統(tǒng)的性能,微內(nèi)核結(jié)構(gòu)才開始被廣泛應(yīng)用。

  截至到現(xiàn)在,模塊組合結(jié)構(gòu)、整體式結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)仍然在不同的計算機操作系統(tǒng)中被應(yīng)用,因為這幾種結(jié)構(gòu)都具有自身的特點和優(yōu)點,同時也有各自的缺陷,因此適用于不同的計算機系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)從縱向管理操作系統(tǒng),是“垂直結(jié)構(gòu)”,主要特點是低層服務(wù)與高層;微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特點是橫向管理操作系統(tǒng),是“水平結(jié)構(gòu)”,兩種結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用于虛擬操作系統(tǒng),是分別面向過程和面向指令的操作系統(tǒng)。

  3 操作系統(tǒng)的功能

  操作系統(tǒng)的主要功能如下:

  3.1 系統(tǒng)管理功能

  (1)進程管理功能,通過系統(tǒng)的調(diào)度使用戶在單任務(wù)下,采用獨占的方式運用處理器處理任務(wù),在多程序和多任務(wù)下使用處理器調(diào)度任務(wù)、分配任務(wù)和資源并回收任務(wù)[3]。

  (2)存儲管理分為幾種功能:存儲分配、存儲共享、存儲保護、存儲擴張。

  (3)設(shè)備管理分有以下功能:設(shè)備分配、設(shè)備傳輸控制、設(shè)備獨立性。

  (4)文件管理:文件存儲空間的管理、目錄管理、文件操作管理、文件保護[4]。

  (5)作業(yè)管理是負(fù)責(zé)處理用戶提交的任何要求。

  3.2 協(xié)調(diào)功能

  計算機操作系統(tǒng)還具備協(xié)調(diào)功能,系統(tǒng)充分利用計算機資源,協(xié)調(diào)資源使用過程中的關(guān)系,合理調(diào)度各種計算機資源,使高速設(shè)備和低速設(shè)備都能充分發(fā)揮作用。

  3.3 提供系統(tǒng)環(huán)境

  計算機操作系統(tǒng)為用戶提供使用計算機的環(huán)境,而非原始計算機的按鈕操作或打孔紙條程序,使用戶在友好的界面下向計算機發(fā)布各種命令,實現(xiàn)各種功能。操作系統(tǒng)通過自身程序,將計算機的硬件資源和軟件資源的具體資源抽象化、形象化,并表現(xiàn)出來,使用戶能夠快捷方便地使用計算機滿足自身需求[5]。

  4 結(jié)束語

  二十一世紀(jì)是信息時代,計算機是信息時代的支撐基礎(chǔ),計算機操作系統(tǒng)必須不斷創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和功能,滿足網(wǎng)絡(luò)時代、信息時代的不斷更新的需求,滿足社會發(fā)展和各行各業(yè)的應(yīng)用的需要,才能開發(fā)出更科學(xué)完善的、人性化的、實用性更強的操作系統(tǒng)。

  參考文獻(xiàn):

  [1]蘇志明.計算機操作系統(tǒng)的功能、發(fā)展及分類[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2012(32):125-126.

  [2]袁錦泉.嵌入式操作系統(tǒng)功能分析及簡化研究[J].電腦知識與技術(shù),2012(08):289-290.

  [3]于莉.操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能分析[J].軟件導(dǎo)刊,2011(01):144-145.

  [4]車敦仁,周立柱,楊亞奇.Client/Server計算與現(xiàn)代DBMS的體系結(jié)構(gòu)[J].計算機科學(xué),2009(5):15-17.

  [5]焦圣品,白英彩.桌面VR系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)[J].計算機工程,2007(22):21-22.

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