計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？

2021-02-12    分類： 網(wǎng)站建設(shè)

相信大家對(duì)“操作系統(tǒng)”這個(gè)名詞并不陌生，很多人在很多年前就已經(jīng)知道了這個(gè)名詞，但是很少有人真的了解“操作系統(tǒng)”到底是什么。其中有一個(gè)很重要的原因就是跟計(jì)算器的硬件相比，硬件是很容易讓人們理解的，因?yàn)橛布媸谴嬖诳梢姡藗兡軌蚩吹?，而操作系統(tǒng)屬于軟件，它看不見、摸不著，總有一種神秘感。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
筆記本電腦內(nèi)部的大致結(jié)構(gòu)
在計(jì)算機(jī)技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，我們每時(shí)每刻都在使用操作系統(tǒng)，享受著它給我們提供的幫助與便利。今天就和大家說一說“操作系統(tǒng)”，當(dāng)然，操作系統(tǒng)極其復(fù)雜，在計(jì)算機(jī)科學(xué)里是一門重要的課程，有關(guān)它的書籍成百上千，所以在這里不可能僅僅用一篇文章把操作系統(tǒng)說明白，我們也沒必要深入了解操作系統(tǒng)的每個(gè)細(xì)節(jié)，甚至是自己去編寫一個(gè)操作系統(tǒng)。我們只需要從用戶的使用角度去了解一下操作系統(tǒng)，以便提高自己在日常生活和工作過程中對(duì)計(jì)算機(jī)的使用效率。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
早期的電子計(jì)算機(jī)采用的是分配機(jī)時(shí)，每個(gè)計(jì)算員在輪到他們時(shí)，帶著他們的紙帶、卡片、磁帶和操作說明書輪流上機(jī)操作。他們首先要將上一個(gè)計(jì)算員的計(jì)算痕跡清除掉，將自己即將運(yùn)行的紙帶、卡片“裝載”到計(jì)算機(jī)上才能開始工作。計(jì)算過程中一旦出現(xiàn)任何嚴(yán)重問題，只能暫時(shí)把機(jī)器徹底停下來檢查。那時(shí)的檢查方式是很低效的，只能通過大量指示燈的明滅來分析和判斷問題的原因。以這種方式運(yùn)行的計(jì)算機(jī)在時(shí)間和空間上都有很大的缺陷。
從時(shí)間上看，首先看一個(gè)計(jì)算過程中每一關(guān)鍵步驟的處理速度。主機(jī)的頻率還是比較快的，單位通常是以微秒和納秒為單位，每秒鐘可以執(zhí)行幾百萬到上億條指令。而帶有電動(dòng)機(jī)、繼電器等電機(jī)械成分的外部設(shè)備，動(dòng)作時(shí)間就以毫秒為單位了。而到計(jì)算員這里，他們的反應(yīng)和操作時(shí)間最快也只能以秒為單位。這就造成了計(jì)算機(jī)處理性能的整體低下，也是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能的大問題所在。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
從空間上看，早期的計(jì)算機(jī)體型都很龐大，有大量的主存和外部設(shè)備。但是計(jì)算時(shí)用到的設(shè)備資源卻總是占很小的一部分，這就造成了嚴(yán)重的系統(tǒng)資源浪費(fèi)問題。
通過總結(jié)以上兩點(diǎn)，人們發(fā)現(xiàn)不能在人工操作管理計(jì)算機(jī)了，要用軟件來自動(dòng)管理和調(diào)度這些資源，操作系統(tǒng)就此應(yīng)運(yùn)而生。
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的最重要組成部分，它一般是由生產(chǎn)廠家和專門的軟件公司提供的。隨著近幾十年計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，操作系統(tǒng)也變的越來越復(fù)雜。20世紀(jì)60年代中期，IBM公司曾花費(fèi)大量的人力研發(fā)了其360系列的操作系統(tǒng)，這在當(dāng)時(shí)是先進(jìn)的。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
Windows歷代產(chǎn)品
歷史上曾出現(xiàn)過各種各樣的操作系統(tǒng)，現(xiàn)在老百姓最熟悉的莫過于微軟公司在1985年推出的Windows操作系統(tǒng)，經(jīng)過三十多年的不斷升級(jí)，從最初的Windows1.0版本更新到現(xiàn)在的Windows10。在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，可不是Windows一家獨(dú)大，由貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出來的UNIX系統(tǒng)也有著極其廣泛的應(yīng)用。
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早期的微軟磁盤操作系統(tǒng)（MS DOS）其實(shí)借鑒了UNIX系統(tǒng)的一部分命令?，F(xiàn)如今，微軟的Windows在PC端依然被廣泛使用，而工作站、大型服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)都是UNIX的忠實(shí)用戶。利用計(jì)算機(jī)做科學(xué)計(jì)算和研究、程序員等很多專業(yè)人士早已棄用了Windows，投入到了UNIX的懷抱。另一方面，為了適應(yīng)新的技術(shù)發(fā)展和新的程序設(shè)計(jì)概念，現(xiàn)有的操作系統(tǒng)也在不斷的添加新功能，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，只有不斷的學(xué)習(xí)，才能避免不進(jìn)則退。
要學(xué)會(huì)使用一個(gè)新事物，首先，也是必須要知道的就是它都包含什么樣的功能才行。同理，要想了解操作系統(tǒng)，必須要知道它的功能。
1.文件
提起文件相信大家再熟悉不過了，我們操作計(jì)算機(jī)的過程中免不了會(huì)有創(chuàng)建文件、修改文件、刪除文件等等對(duì)文件的操作，其實(shí)文件并沒有這么簡單。在新買的計(jì)算機(jī)剛開機(jī)時(shí)，進(jìn)入磁盤管理器就可以看到磁盤已經(jīng)占用了不少空間，可是我們并沒有做任何操作，其實(shí)這些文件絕大部分是系統(tǒng)文件，另外還有一些就是各種語言的編譯和解釋程序，以及產(chǎn)生和修改文件用的編輯程序，連接程序等等。
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用戶操作文件
在我們的使用過程中，產(chǎn)生的文件屬于用戶文件一類，它不僅僅是我們創(chuàng)建的文檔、程序、圖片和多媒體數(shù)據(jù)等。計(jì)算機(jī)還會(huì)在我們的某些操作的同時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建一些文件，比如有些重要操作的備份等。
文件不僅僅是在文件管理器里能看到的文字或者編碼后的二進(jìn)制信息。有些外部設(shè)備同樣可以被當(dāng)做是文件看待。例如，鍵盤就是一種“只讀文件”，而打印機(jī)則是“只寫文件”。我們?cè)阪I盤輸入的內(nèi)容被打印出來，其實(shí)就是操作系統(tǒng)發(fā)出了一條命令，將“鍵盤”這個(gè)文件連接到“打印機(jī)”文件上了。
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鍵盤也是一種文件
2.輸入輸出設(shè)備
輸入設(shè)備的功能是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息，例如：鍵盤，鼠標(biāo)；輸出設(shè)備是經(jīng)過計(jì)算機(jī)的計(jì)算處理，要將結(jié)果輸出給人來識(shí)別，例如：顯示器，打印機(jī)等。它們統(tǒng)稱為IO設(shè)備，也就是Input和Output的縮寫。
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各種IO設(shè)備
各種IO設(shè)備是不允許用戶直接操作的，而是要操作系統(tǒng)來完成調(diào)度工作。試想一下，如果用戶程序中的每一個(gè)打印語句都使得打印機(jī)立即操作，同時(shí)執(zhí)行幾個(gè)程序，那么打印結(jié)果一定會(huì)亂成一片。實(shí)際上這種情況并沒有發(fā)生，這是因?yàn)閷?shí)際上程序中的每一條輸入輸出指令，都只是向操作系統(tǒng)提出了請(qǐng)求，何時(shí)執(zhí)行則是操作系統(tǒng)決定的。一條打印命令只是把要打印的信息送到指定的臨時(shí)文件中保存，待操作系統(tǒng)決定開始打印時(shí)，將文件中的信息一并打出。
3.時(shí)鐘管理
對(duì)于一個(gè)操作系統(tǒng)，往往可以定義多種時(shí)鐘，其中最重要的莫過于與現(xiàn)實(shí)生活一致的時(shí)鐘了。只要操作系統(tǒng)具有了這個(gè)時(shí)鐘，就可以規(guī)定某個(gè)程序從事先指定的時(shí)刻自動(dòng)開始運(yùn)行，或者每隔一定的時(shí)間執(zhí)行一次固定的操作，又或者某一天某一時(shí)刻才自動(dòng)啟動(dòng)。
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4.圖形功能
操作系統(tǒng)所擁有的一類重要資源就是圖形功能，這是因?yàn)楝F(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有視窗化的界面。窗口、菜單、按鈕、滾動(dòng)條，凡此種種都是操作系統(tǒng)自己使用的圖形對(duì)象，它們隨著計(jì)算機(jī)一起來到了用戶手邊，許多人不知道也不利用。例如，絕大多數(shù)UNIX工作站使用麻省理工學(xué)院發(fā)展的X窗口系統(tǒng)，它的圖形函數(shù)庫叫做Xlib，對(duì)應(yīng)的工具庫是Xtoolkit。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
我們經(jīng)常能見到的圖形控件
制造工作站的廠家為了使自己的產(chǎn)品具有獨(dú)特的界面，都在Xlib的基礎(chǔ)上定義了自家的窗口對(duì)象。在SGI工作站上叫做Motif，在Sun工作站上叫做OpenLook。調(diào)用這些庫編寫的應(yīng)用程序，與各自工作站的整體風(fēng)格完全統(tǒng)一。但是，這些編寫出來的應(yīng)用程序可移植性很差，也就是換到其他工作站上就無法正常使用。
然而，能夠直接使用Xlib為UNIX工作站設(shè)計(jì)圖形接口或者微軟視窗系統(tǒng)（MFC）為微軟視窗編寫應(yīng)用程序的用戶越來越少，有一個(gè)重要原因就是Java預(yù)言的蓬勃發(fā)展。
5.其他功能
操作系統(tǒng)的功能還有通信和網(wǎng)絡(luò)管理、提供程序調(diào)試手段、窗口管理、虛擬存儲(chǔ)管理、提供中斷服務(wù)、以及對(duì)進(jìn)程的排隊(duì)調(diào)度等等。
計(jì)算機(jī)的靈魂“操作系統(tǒng)”，你對(duì)它了解多少？
計(jì)算機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理
相對(duì)于很多編程語言，操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的依賴性更強(qiáng)。雖然在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以安裝和運(yùn)行多種操作系統(tǒng)，但一般人傾向于固定使用一兩個(gè)最順手的系統(tǒng)，或不得不使用隨機(jī)器買來的那個(gè)系統(tǒng)。其實(shí)各種操作系統(tǒng)的用法大同小異，只要懂得了基本規(guī)則，很容易從一個(gè)系統(tǒng)切換到其他的系統(tǒng)。
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)和人之間的“接口”，它也是計(jì)算機(jī)的靈魂，可以說一臺(tái)沒有操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)就如一堆廢銅爛鐵一般，失去了它存在的意義。

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