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安徽大学计算机科学与技术学院 计算机操作系统的发展历史与未来展望年 级: 2012级 学 号: E01214043 姓 名: 徐霆 专 业: 软件工程 指导老师: 王云飞 2014年5月1日 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第V页目 录摘 要 1引 言 1第一章 计算机操作系统的介绍21.1计算机操作系统的定义21.2计算机操作系统的特征2I并发性2II.共享性2III.虚拟性3IV.异步性3第二章 计算机操作系统的发展历史4 2.1 微机操作系统4 2.2多处理器操作系统4 2.3 网络操作系统4 2.4 分布式操作系统5 2.5 嵌入式操作系统6第三章 现代计算机操作系统的发展趋势7 3.1 开源化7 3.2 专用化7 3.3 小型化或微机化7 3.4 网络化7 3.5 安全化或可信化7 3.6 小结7总结8附录9摘 要操作系统的历史在某种意义上来说也是计算机的历史。操作系统提供对硬件控制的调用和应用程序所必需的功能。早期的计算机没有操作系统。用户有单独的机器，它会带着记录有程序和数据的卡片(punch card)或较后期的打孔纸带去操作机器。程序读入机器后，机器就开始工作直到程序停止。由于程序难免有误，所以机器通常都会中途崩溃。程序一般通过控制板的开关和状态灯来调试。据说图灵能非常熟练地用这种方法操作Manchester Mark I机器。 后来，机器引入帮助程序输入输出等工作的代码库。这是现代操作系统的起源。然而，机器每次只能执行一件任务。关键词： 操作系统； 计算机； 历史； 未来发展引 言计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从1944年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。第一章 计算机操作系统的介绍1.1计算机操作系统的定义操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。从用户角度看，操作系统可以看成是对计算机硬件的扩充；从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的接口；从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用。操作系统在设计方面体现了计算机技术和管理技术的结合。操作系统是软件，而且是系统软件。它在计算机系统中的作用，大致可以从两方面体会：对内，操作系统管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能；对外，操作系统提供良好的人机界面，方便用户使用计算机。它在整个计算机系统中具有承上启下的地位。1.2计算机操作系统的特征I 并发性并发指两个或多个事件在同一时间段内发生，而并行指两个或多个事件在同一时刻发生。并发和并行是有区别的，在多处理器系统中，可以有多个进程并行执行，一个处理器执行一个进程。在单处理器系统中，多个进程是不可能并行执行的，但可以并发执行，即多个进程在一段时间内同时运行，但在同一时刻，只能有一个进程在运行，多个并发的进程在交替的使用处理器运行，操作系统负责这些进程之间的切换。简单来说，进程就是指处于运行状态的程序。并发性改进了在一段时间内一个进程对CPU的独占，可以让多个进程交替使用CPU，从而有效提高系统资源的利用率，提高系统的处理能力，但也使系统管理变得复杂，操作系统要具备控制和管理各种并发活动的能力。II共享性共享（sharing） 指系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。共享可以提高系统资源的利用率，为每个进程分别提供其所需的所有资源是非常浪费的，也没这个必要。由于资源的共享方式不同，可分为互斥共享和同时共享两种方式：互斥共享方式：对单处理器的访问。同时共享方式：对同一磁盘中的访问。III虚拟性操作系统中的虚拟（virtual）指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，对应物是虚的，是用户感觉到的。在操作系统中，虚拟主要是通过分时使用的方式实现的。IV. 异步性在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源及控制方式等因素的限制，进程的执行并非一次性地连续执行完，通常是以“断断续续”的方式进行。内存中的每个进程在何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每个进程总共需要多长时间才能完成，都是不可预知的。先进入内存的进程不一定先完成，而后进入内存的程序也不一定后完成，即进程是以异步（asynchronism）方式运行的。操作系统要严格保证，只要运行环境相同，多次运行同一程序，都应获得完全相同的结果。第二章 计算机操作系统的发展历史操作系统的形成已有50余年的历史。经过20世纪60-70年代的大发展时期，到80年代已趋于成熟。但随着超大规模集成电路的发展和计算机体系结构的变化，操作系统也在不断发展和完善，先后出现了微机操作系统、多处理器操作系统、网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统。2.1微机操作系统配置在微机上的操作系统称为微机操作系统。最早出现的微机操作系统是使用在8位微机上的CP/M。一般把微机操作系统分为单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统。单用户单任务操作系统：只允许一个用户使用计算机，且只允许用户运行一个程序。单用户多任务操作系统：只允许一个用户使用计算机，但允许该用户提交多个程序并发执行，即可以同时完成多个任务，从而有效改善系统的性能。多用户多任务操作系统：允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机，共享主机系统中的各种资源，而每个用户又可以提交几个程序，使他们并发执行，从而进一步提高资源的利用率和系统吞吐量。2.2多处理器操作系统20世纪70年代出现了多处理器系统（multi-processor system，MPS），试图通过改进计算机体系机构来提高系统性能。根据多个处理器之间的耦合程度，可把MPS分为两类：紧耦合MPS和松耦合MPS。在多处理器系统中所配置的操作系统称为多处理器操作系统，主要由两种模式：1. 非对称模式：又称主-从模式。主-从模式操作系统易于实现，但资源利用率比较低。2. 对称模式：在对称模式中，所有处理器的地位是相同的。2.3网络操作系统网络操作系统（NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。它在计算机操作系统下工作，使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力。例如像前面已谈到的当在LAN上使用字处理程序时，用户的PC机操作系统的行为像在没有构成LAN时一样，这正是LAN操作系统软件管理了用户对字处理程序的访问。网络操作系统运行在称为服务器的计算机上，并由联网的计算机用户共享，这类用户称为客户。NOS与运行在工作站上的单用户操作系统(如WINDOWS系列)或多用户操作系统（Linux 、UNIX）由于提供的服务类型不同而有差别。一般情况下，NOS是以使网络相关特性达到最佳为目的的，如共享数据文件、软件应用，以及共享硬盘、打印机、调制解调器、扫描仪和传真机等。一般计算机的操作系统，如DOS和OS/2等，其目的是让用户与系统及在此操作系统上运行的各种应用之间的交互作用最佳。为防止一次由一个以上的用户对文件进行访问，一般网络操作系统都具有文件加锁功能。如果系统没有这种功能，用户将不会正常工作。文件加锁功能可跟踪使用中的每个文件，并确保一次只能一个用户对其进行编辑。文件也可由用户的口令加锁，以维持专用文件的专用性。NOS还负责管理LAN用户和LAN打印机之间的连接。NOS总是跟踪每一个可供使用的打印机，以及每个用户的打印请求，并对如何满足这些请求进行管理，使每个端用户感到进行操作的打印机犹如与其计算机直接相连。由于网络计算的出现和发展，现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能，因此，除了在20世纪90年代初期，Novell公司的Netware等系统被称为网络操作系统之外，人们一般不再特指某个操作系统为网络操作系统。2.4分布式操作系统分布式操作系统负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。它和集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。分布式程序设计语言用于编写运行于分布式计算机系统上的分布式程序。一个分布式程序由若干个可以独立执行的程序模块组成,它们分布于一个分布式处理系统的多台计算机上被同时执行。它与集中式的程序设计语言相比有三个特点：分布性、通信性和稳健性。分布式文件系统具有执行远程文件存取的能力,并以透明方式对分布在网络上的文件进行管理和存取。分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成,它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视为一个完整的数据库,而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。当然,分布在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。分布式数据库系统是由若干个站集合而成。这些站又称为节点，它们在通讯网络中联接在一起，每个节点都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部数据库管理系统。因此分布式数据库系统可以看作是一系列集中式数据库系统的联合。它们在逻辑上属于同一系统，但在物理结构上是分布式的。2.5嵌入式操作系统根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。嵌入式系统是与应用紧密结合的，具有很强专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。第三章 现代计算机操作系统的发展趋势随着计算机技术和网络技术的普及，在通用主流操作系统仍然占据比较大的市场份额的基础上，未来一些操作系统将逐步向专用化和小型化等方面发展，并具备如下新特点：3.1开源化开源改变了未来操作系统的开发模式，使得聚集大家的力量打破组织边界、持续创造出更高质量、更安全和更易用的操作系统成为可能。另外，更重要的是它改变了操作系统的使用方式从“使用许可”为主的商业模式变成以支持和咨询等面向服务为主的商业模式，在全球向服务经济转型的过程中扮演着日益重要的角色。3.2专用化随着计算机应用领域的不断拓展以及普适计算、移动计算和网络计算技术的迅速发展，越来越多的领域需要满足特殊需求的专用操作系统，比如嵌入式操作系统、多媒体操作系统、企业应用操作系统等。这类系统未来的应用领域会越来越广。3.3小型化或微型化通用操作系统的规模和复杂性过大。为了适应特定的应用领域，比如手机、手持游戏机和个人数字助理（PDA26），甚至在特定的家用设备，如智能遥控器等，未来操作系统必然逐渐向规模和功能小型化发展。3.4网络化网络已经成为人们生活中的一部份，操作系统也越来越依赖网络资源的共享与通信。3.5安全化或可信化迄今为止，基于互联网的应用已经渗透到金融、电信、宇航、电子商务、电子政务和军事等社会的各个领域。但是互联网本身具有的开放性和动态性正日益导致各种安全问题日益严重，其应用的发展也越来越受到制约。3.6综合化随着计算机系统互联互通的不断增强和计算需求的不断增长，操作系统在满足功能和性能需求方面也开始与时俱进，适应发展的需要。尽管如此，在安全可信技术方面依然面临许多挑战。未来操作系统的安全性研究包括安全体系结构、安全模型和安全机制等几个方面。开展这些方面的研究需要适应不同用户和应用的需求，以及建立可信的安全保障机制和强调身份证实、完整性和私密性保护等。我们期待着未来的操作系统具有突破性的发展。总 结综观电脑之历史，操作系统与电脑硬件的发展息息相关。操作系统之本意原为提供简单的工作排序能力，后为辅助更新更复杂的硬件设施而渐渐演化。从最早的批量模式开始，分时机制也随之出现，在多处理器时代来临时，操作系统也随之添