計(jì)算機(jī)導(dǎo)論論文.doc

安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史與未來(lái)展望年 級(jí): 2012級(jí) 學(xué) 號(hào): E01214043 姓 名: 徐霆 專 業(yè): 軟件工程 指導(dǎo)老師: 王云飛 2014年5月1日 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第V頁(yè)目 錄摘 要 1引 言 1第一章 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的介紹21.1計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的定義21.2計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的特征2I并發(fā)性2II.共享性2III.虛擬性3IV.異步性3第二章 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史4 2.1 微機(jī)操作系統(tǒng)4 2.2多處理器操作系統(tǒng)4 2.3 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)4 2.4 分布式操作系統(tǒng)5 2.5 嵌入式操作系統(tǒng)6第三章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)7 3.1 開源化7 3.2 專用化7 3.3 小型化或微機(jī)化7 3.4 網(wǎng)絡(luò)化7 3.5 安全化或可信化7 3.6 小結(jié)7總結(jié)8附錄9摘 要操作系統(tǒng)的歷史在某種意義上來(lái)說(shuō)也是計(jì)算機(jī)的歷史。操作系統(tǒng)提供對(duì)硬件控制的調(diào)用和應(yīng)用程序所必需的功能。早期的計(jì)算機(jī)沒(méi)有操作系統(tǒng)。用戶有單獨(dú)的機(jī)器，它會(huì)帶著記錄有程序和數(shù)據(jù)的卡片(punch card)或較后期的打孔紙帶去操作機(jī)器。程序讀入機(jī)器后，機(jī)器就開始工作直到程序停止。由于程序難免有誤，所以機(jī)器通常都會(huì)中途崩潰。程序一般通過(guò)控制板的開關(guān)和狀態(tài)燈來(lái)調(diào)試。據(jù)說(shuō)圖靈能非常熟練地用這種方法操作Manchester Mark I機(jī)器。 后來(lái)，機(jī)器引入幫助程序輸入輸出等工作的代碼庫(kù)。這是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的起源。然而，機(jī)器每次只能執(zhí)行一件任務(wù)。關(guān)鍵詞： 操作系統(tǒng)； 計(jì)算機(jī)； 歷史； 未來(lái)發(fā)展引 言計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口，新型計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。未來(lái)量子、光子和分子計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語(yǔ)言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)人人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。第一章 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的介紹1.1計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是方便用戶、管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件（或程序集合）。從用戶角度看，操作系統(tǒng)可以看成是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的擴(kuò)充；從人機(jī)交互方式來(lái)看，操作系統(tǒng)是用戶與機(jī)器的接口；從計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，操作系統(tǒng)是一種層次、模塊結(jié)構(gòu)的程序集合，屬于有序分層法，是無(wú)序模塊的有序?qū)哟握{(diào)用。操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和管理技術(shù)的結(jié)合。操作系統(tǒng)是軟件，而且是系統(tǒng)軟件。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用，大致可以從兩方面體會(huì)：對(duì)內(nèi)，操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，擴(kuò)充硬件的功能；對(duì)外，操作系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面，方便用戶使用計(jì)算機(jī)。它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有承上啟下的地位。1.2計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的特征I 并發(fā)性并發(fā)指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生，而并行指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)和并行是有區(qū)別的，在多處理器系統(tǒng)中，可以有多個(gè)進(jìn)程并行執(zhí)行，一個(gè)處理器執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程。在單處理器系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程是不可能并行執(zhí)行的，但可以并發(fā)執(zhí)行，即多個(gè)進(jìn)程在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行，但在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，多個(gè)并發(fā)的進(jìn)程在交替的使用處理器運(yùn)行，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)這些進(jìn)程之間的切換。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，進(jìn)程就是指處于運(yùn)行狀態(tài)的程序。并發(fā)性改進(jìn)了在一段時(shí)間內(nèi)一個(gè)進(jìn)程對(duì)CPU的獨(dú)占，可以讓多個(gè)進(jìn)程交替使用CPU，從而有效提高系統(tǒng)資源的利用率，提高系統(tǒng)的處理能力，但也使系統(tǒng)管理變得復(fù)雜，操作系統(tǒng)要具備控制和管理各種并發(fā)活動(dòng)的能力。II共享性共享（sharing） 指系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。共享可以提高系統(tǒng)資源的利用率，為每個(gè)進(jìn)程分別提供其所需的所有資源是非常浪費(fèi)的，也沒(méi)這個(gè)必要。由于資源的共享方式不同，可分為互斥共享和同時(shí)共享兩種方式：互斥共享方式：對(duì)單處理器的訪問(wèn)。同時(shí)共享方式：對(duì)同一磁盤中的訪問(wèn)。III虛擬性操作系統(tǒng)中的虛擬（virtual）指通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體是實(shí)際存在的，對(duì)應(yīng)物是虛的，是用戶感覺到的。在操作系統(tǒng)中，虛擬主要是通過(guò)分時(shí)使用的方式實(shí)現(xiàn)的。IV. 異步性在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源及控制方式等因素的限制，進(jìn)程的執(zhí)行并非一次性地連續(xù)執(zhí)行完，通常是以“斷斷續(xù)續(xù)”的方式進(jìn)行。內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)執(zhí)行，何時(shí)暫停，以怎樣的速度向前推進(jìn)，每個(gè)進(jìn)程總共需要多長(zhǎng)時(shí)間才能完成，都是不可預(yù)知的。先進(jìn)入內(nèi)存的進(jìn)程不一定先完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的程序也不一定后完成，即進(jìn)程是以異步（asynchronism）方式運(yùn)行的。操作系統(tǒng)要嚴(yán)格保證，只要運(yùn)行環(huán)境相同，多次運(yùn)行同一程序，都應(yīng)獲得完全相同的結(jié)果。第二章 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作系統(tǒng)的形成已有50余年的歷史。經(jīng)過(guò)20世紀(jì)60-70年代的大發(fā)展時(shí)期，到80年代已趨于成熟。但隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的變化，操作系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和完善，先后出現(xiàn)了微機(jī)操作系統(tǒng)、多處理器操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。2.1微機(jī)操作系統(tǒng)配置在微機(jī)上的操作系統(tǒng)稱為微機(jī)操作系統(tǒng)。最早出現(xiàn)的微機(jī)操作系統(tǒng)是使用在8位微機(jī)上的CP/M。一般把微機(jī)操作系統(tǒng)分為單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)和多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)：只允許一個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)，且只允許用戶運(yùn)行一個(gè)程序。單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：只允許一個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)，但允許該用戶提交多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，即可以同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)，從而有效改善系統(tǒng)的性能。多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：允許多個(gè)用戶通過(guò)各自的終端，使用同一臺(tái)主機(jī)，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶又可以提交幾個(gè)程序，使他們并發(fā)執(zhí)行，從而進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量。2.2多處理器操作系統(tǒng)20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了多處理器系統(tǒng)（multi-processor system，MPS），試圖通過(guò)改進(jìn)計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)性能。根據(jù)多個(gè)處理器之間的耦合程度，可把MPS分為兩類：緊耦合MPS和松耦合MPS。在多處理器系統(tǒng)中所配置的操作系統(tǒng)稱為多處理器操作系統(tǒng)，主要由兩種模式：1. 非對(duì)稱模式：又稱主-從模式。主-從模式操作系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，但資源利用率比較低。2. 對(duì)稱模式：在對(duì)稱模式中，所有處理器的地位是相同的。2.3網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）是網(wǎng)絡(luò)的心臟和靈魂，是向網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)提供服務(wù)的特殊的操作系統(tǒng)。它在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)下工作，使計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)增加了網(wǎng)絡(luò)操作所需要的能力。例如像前面已談到的當(dāng)在LAN上使用字處理程序時(shí)，用戶的PC機(jī)操作系統(tǒng)的行為像在沒(méi)有構(gòu)成LAN時(shí)一樣，這正是LAN操作系統(tǒng)軟件管理了用戶對(duì)字處理程序的訪問(wèn)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)運(yùn)行在稱為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)上，并由聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)用戶共享，這類用戶稱為客戶。NOS與運(yùn)行在工作站上的單用戶操作系統(tǒng)(如WINDOWS系列)或多用戶操作系統(tǒng)（Linux 、UNIX）由于提供的服務(wù)類型不同而有差別。一般情況下，NOS是以使網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特性達(dá)到最佳為目的的，如共享數(shù)據(jù)文件、軟件應(yīng)用，以及共享硬盤、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀和傳真機(jī)等。一般計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，如DOS和OS/2等，其目的是讓用戶與系統(tǒng)及在此操作系統(tǒng)上運(yùn)行的各種應(yīng)用之間的交互作用最佳。為防止一次由一個(gè)以上的用戶對(duì)文件進(jìn)行訪問(wèn)，一般網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)都具有文件加鎖功能。如果系統(tǒng)沒(méi)有這種功能，用戶將不會(huì)正常工作。文件加鎖功能可跟蹤使用中的每個(gè)文件，并確保一次只能一個(gè)用戶對(duì)其進(jìn)行編輯。文件也可由用戶的口令加鎖，以維持專用文件的專用性。NOS還負(fù)責(zé)管理LAN用戶和LAN打印機(jī)之間的連接。NOS總是跟蹤每一個(gè)可供使用的打印機(jī)，以及每個(gè)用戶的打印請(qǐng)求，并對(duì)如何滿足這些請(qǐng)求進(jìn)行管理，使每個(gè)端用戶感到進(jìn)行操作的打印機(jī)猶如與其計(jì)算機(jī)直接相連。由于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的出現(xiàn)和發(fā)展，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要特征之一就是具有上網(wǎng)功能，因此，除了在20世紀(jì)90年代初期，Novell公司的Netware等系統(tǒng)被稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之外，人們一般不再特指某個(gè)操作系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。2.4分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理分布式處理系統(tǒng)資源和控制分布式程序運(yùn)行。它和集中式操作系統(tǒng)的區(qū)別在于資源管理、進(jìn)程通信和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面。分布式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言用于編寫運(yùn)行于分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的分布式程序。一個(gè)分布式程序由若干個(gè)可以獨(dú)立執(zhí)行的程序模塊組成,它們分布于一個(gè)分布式處理系統(tǒng)的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上被同時(shí)執(zhí)行。它與集中式的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言相比有三個(gè)特點(diǎn)：分布性、通信性和穩(wěn)健性。分布式文件系統(tǒng)具有執(zhí)行遠(yuǎn)程文件存取的能力,并以透明方式對(duì)分布在網(wǎng)絡(luò)上的文件進(jìn)行管理和存取。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由分布于多個(gè)計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)上的若干個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成,它提供有效的存取手段來(lái)操縱這些結(jié)點(diǎn)上的子數(shù)據(jù)庫(kù)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)在使用上可視為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù),而實(shí)際上它是分布在地理分散的各個(gè)結(jié)點(diǎn)上。當(dāng)然,分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的子數(shù)據(jù)庫(kù)在邏輯上是相關(guān)的。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由若干個(gè)站集合而成。這些站又稱為節(jié)點(diǎn)，它們?cè)谕ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)中聯(lián)接在一起，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它們都擁有各自的數(shù)據(jù)庫(kù)、中央處理機(jī)、終端，以及各自的局部數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。因此分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以看作是一系列集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的聯(lián)合。它們?cè)谶壿嬌蠈儆谕幌到y(tǒng)，但在物理結(jié)構(gòu)上是分布式的。2.5嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，具有很強(qiáng)專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第三章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，在通用主流操作系統(tǒng)仍然占據(jù)比較大的市場(chǎng)份額的基礎(chǔ)上，未來(lái)一些操作系統(tǒng)將逐步向?qū)Ｓ没托⌒突确矫姘l(fā)展，并具備如下新特點(diǎn)：3.1開源化開源改變了未來(lái)操作系統(tǒng)的開發(fā)模式，使得聚集大家的力量打破組織邊界、持續(xù)創(chuàng)造出更高質(zhì)量、更安全和更易用的操作系統(tǒng)成為可能。另外，更重要的是它改變了操作系統(tǒng)的使用方式從“使用許可”為主的商業(yè)模式變成以支持和咨詢等面向服務(wù)為主的商業(yè)模式，在全球向服務(wù)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中扮演著日益重要的角色。3.2專用化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展以及普適計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域需要滿足特殊需求的專用操作系統(tǒng)，比如嵌入式操作系統(tǒng)、多媒體操作系統(tǒng)、企業(yè)應(yīng)用操作系統(tǒng)等。這類系統(tǒng)未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣。3.3小型化或微型化通用操作系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性過(guò)大。為了適應(yīng)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，比如手機(jī)、手持游戲機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理（PDA26），甚至在特定的家用設(shè)備，如智能遙控器等，未來(lái)操作系統(tǒng)必然逐漸向規(guī)模和功能小型化發(fā)展。3.4網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活中的一部份，操作系統(tǒng)也越來(lái)越依賴網(wǎng)絡(luò)資源的共享與通信。3.5安全化或可信化迄今為止，基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到金融、電信、宇航、電子商務(wù)、電子政務(wù)和軍事等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。但是互聯(lián)網(wǎng)本身具有的開放性和動(dòng)態(tài)性正日益導(dǎo)致各種安全問(wèn)題日益嚴(yán)重，其應(yīng)用的發(fā)展也越來(lái)越受到制約。3.6綜合化隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)互通的不斷增強(qiáng)和計(jì)算需求的不斷增長(zhǎng)，操作系統(tǒng)在滿足功能和性能需求方面也開始與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)發(fā)展的需要。盡管如此，在安全可信技術(shù)方面依然面臨許多挑戰(zhàn)。未來(lái)操作系統(tǒng)的安全性研究包括安全體系結(jié)構(gòu)、安全模型和安全機(jī)制等幾個(gè)方面。開展這些方面的研究需要適應(yīng)不同用戶和應(yīng)用的需求，以及建立可信的安全保障機(jī)制和強(qiáng)調(diào)身份證實(shí)、完整性和私密性保護(hù)等。我們期待著未來(lái)的操作系統(tǒng)具有突破性的發(fā)展?？?結(jié)綜觀電腦之歷史，操作系統(tǒng)與電腦硬件的發(fā)展息息相關(guān)。操作系統(tǒng)之本意原為提供簡(jiǎn)單的工作排序能力，后為輔助更新更復(fù)雜的硬件設(shè)施而漸漸演化。從最早的批量模式開始，分時(shí)機(jī)制也隨之出現(xiàn)，在多處理器時(shí)代來(lái)臨時(shí)，操作系統(tǒng)也隨之添