操作系统的产生的过程和存在的意义

Posted 2020-09-19

    操作系统大大减轻了用户的工作量，可以帮助人们更好更便捷的管理计算机的软件硬件，没有操作系统，就没有如今的计算的发迅猛发展。

   操作系统类似一个中介，而且是一个任劳任怨的负责人有能力肯干事的中介。操作系统可以帮我们干许多事情。举一个例子，打开windows系统，在桌面新建一个Word，输入“我爱python”，然后保存，这样下次打开电脑就能看到保存的文件了。看起来非常非常简单easy，其实，这里面大有门道。正是因为windows操作系统的存在，保存在硬盘上的文件才显得如此简单。双击word的开始， 告诉操作系统需要启动这个应用软件，然后windows就会去硬盘中寻找这个应用软件，并将软件程序上传到内存中，这之后CPU从内存中取指令，解码，执行命令，这才打开了word这个软件。

   之后，再word中输入“我爱python”，如果需要保存。这实际上是意味着将数据保存在电脑的硬盘上，数据是以二进制的格式所保存的。这个过程就有点复杂了。在这之前，首先要明白内核态和用户态这两者的区别。 处于内核态时，CPU可以执行所有的指令，并且可以访问底端的硬盘。而处于用户态的时候，CPU只能执行部分计算指令，并不能访问计算的的其他硬件。而word保存文件时，是处于用户态的，没有权限去访问底端的硬盘，是不能到保存的。问题出现了，这怎么办呢？这个时候，就是操作系统的作用就体现出来了，此时只有操作系统才能做内核态的指令。word对windows操作系统提出请求，让操作系统已以程序的名义来将数据保存在硬盘中。

   完了吗？并没有，操作系统保存数据到硬盘上，表面上是将一个简单的文件保存就完成了，实际上windows帮我们做了许许多多的的工作，而这些工作并没有让我们看到。

  硬盘就是一个存储器，怎么存数据，难道是往上刻字吗？很明显并不是。硬盘中存储是以二进制的格式存储的。大家都知道现在硬盘都是500G，1T等等。这个就是他们的单位。

十进制都了解，0到9，在变大就进到十位了。二进制同理，都是0和1组成的。0或者1，硬盘中占一位（bite）。8bites=1bytes（字节）,1024bytes=1KB，1024KB=1MB,1024MB=1GB,1024GB=1TB。所以说现在笔记本电脑的1T就是1TB，容量还是非常大的。

  磁盘表面有个机械臂，当对磁盘进行读取修改数据是，机械臂上有个磁头，会与磁盘表面接触。磁盘会非常快的旋转，常见的5600转或者7200转指的就是每分钟磁盘旋转的圈数。通过机械臂将磁头找到合数的位置进行存储，这就是windows操作系统的职责。

 控制机械臂的操作，很简单吗？NO,要知道，市场上有各种各样的磁盘品牌，希捷，西部数据等等，还有许多其他的硬盘品牌不一一列举了。很可能明天有出来一家新的品牌厂商。不同商家品牌件，本身的参数就很可能不同。操作系统怎么办呢？ 为了结算这个问题，包括磁盘，声卡显卡在内的硬件等都配置了控制器，控制器上有芯片等，操作系统直接与控制器打交道就可以啦。怎么打交道呢，对，通过驱动程序。所以你会听说显卡驱动，声卡驱动。会遇到电脑会提示安装各种驱动。如果声卡没有安装好驱动，操作系统就能够对声卡进场操作，显然，声卡就不能够使用了。所以，操作系统利用驱动程序，通过设备控制器，来达到对设备进行管理控制的效果。这也就是word文件能保存在硬盘中的实际流程。很厉害吧。这就是操作系统所做的事。

    操作系统>驱动程序向>设备控制器>硬盘。

  简言之，操作系统是帮助用户更简单更便捷更有效的对计算机软件硬件进行管理操作的一个程序。

2 操作系统的位置 

 既然可以将操作系统理解为一个中介，那么操作系统肯定是介于软件和计算机硬件之间。软件通过操作系统更好的管理操作计算机硬件。

 操作系统可以看做有两部分组成，一部分是内核，运行与内核态，管理硬件资源。另一部分是系统调用，运行有用户态，为应用程序提供系统调用接口。

3操作系统的功能

     1这个与操作系统的系统调用相关。操作系统的系统调用为程序员提供了方便快捷美观的管理硬件的的接口。通过这些由操作系统改善后的接口，用户可以方便迅捷的对软件硬件进行管理操作。而不需要对更低端的硬件进行详细了解，大大提高了工作效率。

     2目前，计算机都是多任务运行的，即才内存中有多个任务，CPU在多个任务之间进行切换。宏观上任务是同时进行的，微观上是任务串行。多任务的存在，必然导致对硬件设备的共享。是想一下，硬件设备只有一个存在的情况下，三个四个任务都需要这个设备，怎么办？怎样进行管理。操作系统完美的解决了这个情况。操作系统会对任务进行条理化有序化，避免无序的情况发生。

4 操作系统的发展

    1第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

    2第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统

    3第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计

    4第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

5多道技术

  多道技术包含两方面，一方面空间的复用，即内存中只有一个程序变成同时存在多个程序，多个运行程序同时进入内存，硬件方面会提供保护措施保障各个程序是独立分开不受干扰的，且由操作系统控制，这比程序一个个排队进入内存独占内存效率要高的多 。另一方面是时间的复用，即CPU宏观上同一时间处理一个任务变为同一时间处理多个任务，微观上是以极快的速度在多个任务之间进行切换，这同样也是由操作系统来控制。