Johdanto
Konejärjestelmä, joka vastaanottaa ja tallentaa tietoja ihmisten vaatimusten mukaisesti, käsittelee ja laskee tiedot automaattisesti sekä tulostaa tulostietoja. Tietokone on aivovoiman laajennus ja laajentaminen, ja se on yksi modernin tieteen suurimmista saavutuksista.
Tietokonejärjestelmä koostuu laitteisto- (ali-) ja ohjelmisto- (ali-) järjestelmästä. Edellinen on erilaisten fysikaalisten komponenttien orgaaninen yhdistelmä, joka perustuu sähkön, magnetismin, valon ja koneiston periaatteisiin, ja se on kokonaisuus, jolla järjestelmä toimii. Jälkimmäiset ovat erilaisia toimenpiteitä ja asiakirjoja, joilla ohjataan koko järjestelmä toimimaan määriteltyjen vaatimusten mukaisesti.
Ensimmäisen elektronisen tietokoneen julkaisusta vuonna 1946 lähtien tietotekniikka on edistynyt hämmästyttävällä tavalla komponenttien, laitteistojärjestelmän rakenteen, ohjelmistojärjestelmän ja sovellusten osalta. Nykyaikaiset tietokonejärjestelmät ovat yhtä pieniä kuin mikrotietokoneet ja henkilökohtaiset tietokoneet. , Supertietokoneita ja niiden verkkoja, joilla on erilaisia muotoja ja ominaisuuksia, on käytetty laajalti tieteellisessä laskennassa, tapahtumien käsittelyssä ja prosessien ohjauksessa, ja ne tunkeutuvat yhä enemmän yhteiskunnan eri aloille ja niillä on syvällinen vaikutus yhteiskunnalliseen kehitykseen.
Elektroniset tietokoneet jaetaan kahteen luokkaan: digitaalisiin ja analogisiin. Yleisesti ottaen tietokone tarkoittaa digitaalista tietokonetta ja sen toiminnan käsittelemää tietoa edustavat diskreetit digitaaliset suureet. Analogisilla tietokonetoiminnoilla käsiteltyä dataa edustavat jatkuvat analogiset suureet. Digitaalisiin koneisiin verrattuna analogiset koneet ovat nopeita, niillä on yksinkertaiset liitännät fyysisiin laitteisiin, mutta niiden tarkkuus on alhainen, vaikeita käyttää, huono vakaus ja luotettavuus ja kalliita. Siksi simulaattori on vanhentunut ja sitä käytetään vain tilanteissa, joissa vaaditaan nopeaa vastenopeutta mutta alhaista tarkkuutta. Näiden kahden edut nerokkaasti yhdistävässä hybriditietokoneessa on edelleen tiettyä elinvoimaa.
Ominaisuudet
Tietokonejärjestelmälle on ominaista tarkat ja nopeat laskelmat ja arvioinnit, hyvä monipuolisuus, helppokäyttöisyys ja verkkoon liitettävyys.
①Laskenta: Lähes kaikki monimutkaiset laskutoimitukset voidaan toteuttaa tietokoneilla aritmeettisten ja loogisten operaatioiden avulla.
②Tuomio: Tietokone pystyy erottamaan eri tilanteet ja valitsemaan erilaisia prosessointeja, joten sitä voidaan käyttää johtamisessa, ohjauksessa, vastakkainasettelussa, päätöksenteossa, päättelyssä ja muilla aloilla.
③Tallennus: Tietokoneet voivat tallentaa valtavia määriä tietoa.
④Tarkka: Niin kauan kuin sanan pituus on riittävä, laskennan tarkkuus on teoriassa rajoittamaton.
⑤Nopea: Tietokoneen toiminnan vaatima aika on vain nanosekuntia.
⑥Yleinen käyttö: Tietokone on ohjelmoitava, ja eri ohjelmat voivat toteuttaa erilaisia sovelluksia.
⑦Helppokäyttöisyys: Runsas korkean suorituskyvyn ohjelmisto ja älykäs ihmisen ja koneen välinen käyttöliittymä helpottavat käyttöä.
⑧Verkottuminen: Useat tietokonejärjestelmät voivat ylittää maantieteelliset rajat ja jakaa etätietoja ja ohjelmistoresursseja viestintäverkkojen avulla.
Koostumus
Kuva 1 näyttää tietokonejärjestelmän hierarkkisen rakenteen. Ydin on laitteistojärjestelmä, varsinainen fyysinen tiedonkäsittelylaite. Uloin kerros on tietokonetta käyttävä henkilö, käyttäjä. Ihmisen ja laitteiston välinen rajapinta on ohjelmistojärjestelmä, joka voidaan karkeasti jakaa kolmeen kerrokseen: järjestelmäohjelmistoon, tukiohjelmistoon ja sovellusohjelmistoon.
Laitteisto
Laitteistojärjestelmä koostuu pääasiassa keskusyksiköstä, muistista, tulon ja lähdön ohjausjärjestelmästä sekä erilaisista ulkoisista laitteista. Keskusyksikkö on nopean laskennan ja tiedonkäsittelyn pääkomponentti, ja sen käsittelynopeus voi olla satoja miljoonia operaatioita sekunnissa. Muistia käytetään ohjelmien, tietojen ja tiedostojen tallentamiseen. Se koostuu usein nopeasta sisäisestä muistista (kapasiteetti jopa satoja megatavuja tai jopa gigatavuja) ja hitaasta ulkoisesta massamuistista (kapasiteetti jopa kymmeniä gigatavuja tai yli satoja gigatavuja). ) Sävellys. Erilaiset ulkoiset syöttö- ja lähtölaitteet ovat tiedon muuntajia ihmisten ja koneiden välillä, ja tulo-lähtöohjausjärjestelmä ohjaa tiedonvaihtoa ulkoisten laitteiden ja päämuistin (keskusyksikön) välillä.
Ohjelmisto
Ohjelmistot jaetaan järjestelmäohjelmistoihin, tukiohjelmistoihin ja sovellusohjelmistoihin. Järjestelmäohjelmisto koostuu käyttöjärjestelmästä, apuohjelmasta, kääntäjästä jne. Käyttöjärjestelmä toteuttaa erilaisten ohjelmisto- ja laitteistoresurssien hallinnan ja ohjauksen. Apuohjelmat on suunniteltu käyttäjien avuksi, kuten tekstinkäsittelyyn. Kääntäjän tehtävänä on kääntää käyttäjän assembly-kielellä tai tietyllä korkean tason kielellä kirjoittama ohjelma koneella suoritettavaksi konekieliseksi ohjelmaksi. Tukiohjelmistoja ovat käyttöliittymäohjelmistot, työkaluohjelmistot, ympäristötietokanta jne., jotka voivat tukea koneen ympäristöä ja tarjota ohjelmistokehitystyökaluja. Myös tukiohjelmistoja voidaan pitää osana järjestelmäohjelmistoa. Sovellusohjelmisto on käyttäjien tarpeidensa mukaan kirjoittama erityinen ohjelma. Se toimii järjestelmäohjelmiston ja tukiohjelmiston avulla ja on ohjelmistojärjestelmän uloin kerros.
Luokittelu
Tietokonejärjestelmät voidaan luokitella järjestelmän toimintojen, suorituskyvyn tai arkkitehtuurin mukaan.
① Erikois- ja yleiskäyttöiset tietokoneet: Varhaiset tietokoneet suunniteltiin tiettyihin tarkoituksiin ja olivat luonteeltaan erityisiä. 1960-luvulta lähtien se alkoi valmistaa yleiskäyttöisiä tietokoneita, jotka ottivat huomioon kolme sovellusta: tieteellisen laskennan, tapahtumien käsittelyn ja prosessinhallinnan. Erityisesti sarjakoneiden ilmaantuminen, erilaisten standarditekstien korkean tason ohjelmointikielten omaksuminen ja käyttöjärjestelmän kypsyys ovat mahdollistaneet mallisarjan valinnan eri ohjelmisto- ja laitteistokokoonpanoissa vastaamaan käyttäjien erilaisia tarpeita eri aloilla. toimialoilla ja vahvisti entisestään monipuolisuutta. Mutta erikoiskoneita kehitetään edelleen, kuten täysin digitaalisia simulaattoreita jatkuvan dynamiikan järjestelmiin, ultra-miniavaruustietokoneita ja niin edelleen.
② Supertietokoneet, keskustietokoneet, keskikokoiset tietokoneet, minitietokoneet ja mikrotietokoneet: Tietokoneet kehitetään päälinjana suuriin ja keskikokoisiin tietokoneisiin. Minitietokoneet ilmestyivät 1960-luvun lopulla ja mikrotietokoneet 1970-luvun alussa. Niitä käytetään laajalti niiden keveyden, alhaisen hinnan, vahvojen toimintojen ja korkean luotettavuuden vuoksi. 1970-luvulla alkoi ilmestyä supertietokoneita, jotka pystyivät laskemaan yli 50 miljoonaa kertaa sekunnissa, ja niitä käytettiin erityisesti ratkaisemaan tärkeitä tieteen ja teknologian, maanpuolustuksen ja taloudellisen kehityksen kysymyksiä. Jättiläisillä, suurilla, keskisuurilla, pienillä ja mikrotietokoneilla on tietokonejärjestelmien osan komponentteina omat käyttötarkoituksensa ja ne kehittyvät nopeasti.
③ Liukuprosessori ja rinnakkaisprosessori: Nämä kaksi prosessoria on kehitetty onnistuneesti komponenttien ja laitteiden rajoitetun nopeuden olosuhteissa, alkaen järjestelmän rakenteesta ja organisaatiosta nopeiden prosessointiominaisuuksien saavuttamiseksi. He kaikki kohtaavat ɑiθbi=ci(i=1, 2, 3,... ,<i>n; θ on operaattori) tällainen datajoukko (kutsutaan myös vektoriksi). Liukuhihnaprosessori on yhden käskyn datavirta (SISD). Ne käyttävät limityksen periaatetta vektorin elementtien prosessointiin liukuhihnalla, ja niillä on korkea käsittelynopeus. Rinnakkaisprosessori on yhden käskyvirran useita tietovirta (SIMD), joka käyttää rinnakkaisuuden periaatetta useiden prosessointikomponenttien asettamiseen toistuvasti ja samanaikaisesti vektorin elementtien rinnakkaiseen käsittelyyn suuren nopeuden saavuttamiseksi (katso rinnakkaiskäsittelyjärjestelmä). Putkilinja- ja rinnakkaistekniikka voidaan myös yhdistää, esimerkiksi asettaa useita putkilinjan komponentteja toistuvasti toimimaan rinnakkain paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi. Rinnakkaisalgoritmien tutkimus on avain tällaisten prosessorien tehokkuuteen. Laajenna vastaavasti vektorilauseita korkean tason ohjelmointikielillä, joilla voidaan tehokkaasti järjestää vektoritoimintoja; tai aseta vektorintunnistimet tunnistamaan automaattisesti vektorikomponentit lähdeohjelmissa.
Tavallinen isäntä (skalaarikone) on varustettu matriisiprosessorilla (vain nopeaan vektorikäyttöiseen putkilinjaan omistettuun koneeseen) pää- ja apukonejärjestelmän muodostamiseksi, mikä voi parantaa huomattavasti järjestelmän prosessointikapasiteettia ja suorituskyky ja hinta Suhde on korkea, ja sovellus on melko laaja.
④Moniprosessorit ja monitietokonejärjestelmät, hajautetut prosessointijärjestelmät ja tietokoneverkot: Moniprosessorit ja monitietokonejärjestelmät ovat ainoa tapa kehittää rinnakkaistekniikkaa edelleen, ja ne ovat pääasialliset kehityssuunnat jättiläis- ja keskustietokoneille. Ne ovat useita käskyvirtoja ja useiden tietovirtojen (MIMD) järjestelmiä. Jokainen kone käsittelee oman käskyvirtansa (prosessinsa), kommunikoi keskenään ja ratkaisee yhdessä suuria ongelmia. Niissä on korkeampi rinnakkaisuuden taso kuin rinnakkaisissa prosessoreissa, ja niissä on suuri potentiaali ja joustavuus. Useiden halpojen mikrotietokoneiden käyttäminen järjestelmän muodostamiseen liitäntäverkon kautta korkean suorituskyvyn saavuttamiseksi on moniprosessoreiden ja monitietokonejärjestelmien tutkimuksen suunta. Moniprosessorit ja monitietokonejärjestelmät vaativat rinnakkaisten algoritmien tutkimista korkeammalla tasolla (prosessit). Korkean tason ohjelmointikielet tarjoavat keinoja prosessien samanaikaiseen ja synkronointiin. Käyttöjärjestelmä on myös erittäin monimutkainen, ja se on tarpeen ratkaista useiden prosessien viestintä ja synkronointi useiden tietokoneiden välillä. , ohjaus ja muut asiat.
Hajautettu järjestelmä on monitietokonejärjestelmän kehitys. Se on järjestelmä, jota jakavat fyysisesti useat itsenäiset ja vuorovaikutuksessa olevat yksittäiset tietokoneet, jotka tekevät yhteistyötä käyttäjien ongelmien ratkaisemiseksi. Sen järjestelmäohjelmisto on monimutkaisempi (katso hajautettu tietokonejärjestelmä).
Nykyaikaiset keskustietokoneet ovat lähes kaikkia monitietokonejärjestelmiä, joissa on hajautetut toiminnot. Nopeiden keskusyksiköiden lisäksi on tulo- ja lähtöprosessorit (tai etukäyttäjätietokoneet), jotka hallitsevat tuloa ja lähtöä, hallitsevat etäpäätteitä ja verkkoliikennettä. Viestinnän ohjausprosessori, huolto- ja diagnoosikone järjestelmän laajuiseen ylläpitoon ja diagnoosiin sekä tietokantaprosessori tietokannan hallintaan. Tämä on hajautetun järjestelmän matalan tason muoto.
Useita maantieteellisesti hajautettuja tietokonejärjestelmiä on kytketty toisiinsa tietoliikennelinjojen ja verkkoprotokollien kautta tietokoneverkon muodostamiseksi. Se on jaettu paikalliseen (paikalliseen) tietokoneverkkoon ja etätietokoneverkkoon maantieteellisen etäisyyden mukaan. Jokainen verkossa oleva tietokone voi jakaa tietoresursseja, ohjelmistoja ja laitteistoresursseja keskenään. Lippujen varausjärjestelmät ja tiedonhakujärjestelmät ovat esimerkkejä tietokoneverkkosovelluksista.
⑤ Neumann-kone ja ei-Neumann-kone: Tallennettu ohjelma ja käskyohjattu Neumann-kone hallitsee edelleen toistaiseksi. Se suorittaa käskyt peräkkäin, mikä rajoittaa ratkaistavan ongelman luontaista rinnakkaisuutta ja vaikuttaa käsittelynopeuden edelleen parantamiseen. Ei-Neumann-kone, joka murtaa tämän periaatteen, on kehittää rinnakkaisuutta arkkitehtuurista ja parantaa järjestelmän läpimenoa. Tutkimustyö tällä alueella on käynnissä. Tietovirran ohjaamat tietovirtatietokoneet ja erittäin rinnakkaiset tietokoneet, joita ohjataan vähennysohjauksella ja pyynnöstä, ovat kaikki lupaavia ei-Neumann-tietokonejärjestelmiä.
Outlook
Tietokonejärjestelmä päivitetään noin 3–5 vuoden välein, hinta-suorituskyky-suhdetta kymmenkertaistetaan ja volyymi pienenee huomattavasti. VLSI-teknologia kehittyy edelleen nopeasti, ja sillä on valtava ja syvällinen vaikutus erilaisiin tietokonejärjestelmiin. 32-bittisiä mikrotietokoneita on ilmestynyt, ja myös 64-bittisiä mikrotietokoneita on ilmestynyt. Ei ole kaukana 10 miljoonan komponentin valmistaminen yhdelle sirulle. Tutkimus laitteista, jotka ovat 10–100 kertaa nopeampia kuin integroidut puolijohdepiirit, kuten galliumarsenidi, suuren elektronin liikkuvuuden laitteet, Josephson-liitokset ja optiset komponentit, tuo tärkeitä tuloksia. Mikrokokoonpanotekniikka kokoonpanotiheyden lisäämiseksi ja liitäntälinjan lyhentämiseksi on yksi uuden sukupolven tietokoneiden avainteknologioista. Optista kuituviestintää tullaan käyttämään laajalti. Erilaisia nopeita älykkäitä oheislaitteita ilmaantuu jatkuvasti, ja optisten levyjen tulo tekee apumassamuistista täysin uuden. Moniprosessorijärjestelmät, monitietokonejärjestelmät ja hajautetut prosessointijärjestelmät tulevat olemaan silmiinpistäviä järjestelmärakenteita. Ohjelmistojen karkaisu (kutsutaan firmwareksi) on kehitystrendi. Uudentyyppisiä ei-Neumann-koneita, päättelytietokoneita, tietokantatietokoneita jne. on alettu käyttää käytännössä. Ohjelmistokehityksellä päästään eroon jälkeenjääneisyydestä ja tehottomuudesta. Ohjelmistotekniikka kehittyy syvällisesti. Ohjelmistotuotanto kehittyy suunnittelun, formalisoinnin, automaation, modularisoinnin ja integroinnin suuntaan. Uusien korkean tason kielten, kuten logiikkakielten, toiminnallisten kielten ja tekoälyn tutkimus tekee ihmisen ja tietokoneen rajapinnasta yksinkertaisen ja luonnollisen (näet, kuuntelet, puhut ja piirrät suoraan). Tietokantatekniikkaa kehitetään suuresti. Tietokoneverkot tulevat yleistymään. Seuraavan sukupolven tietokonejärjestelmiä, joille on ominaista valtava prosessointiteho (esimerkiksi 10-100 miljardia operaatiota sekunnissa), valtava tieto- ja tietokanta sekä korkea älykkyys, kehitetään voimakkaasti. Tietokonesovellukset yleistyvät koko ajan. Tietokoneavusteinen suunnittelu, tietokoneohjatut tuotantolinjat ja älykkäät robotit lisäävät huomattavasti sosiaalista työn tuottavuutta. Toimistot, sairaanhoito, viestintä, koulutus ja perhe-elämä tietokoneistetaan. Tietokoneiden vaikutus ihmisten elämään ja yhteiskunnallisiin organisaatioihin tulee yhä laajemmalle ja syvällisemmälle.
Työprosessi
Yleinen prosessi, jossa käyttäjät käyttävät tietokonejärjestelmää kysymysten laskemiseen:
①Luo tili järjestelmän operaattorin kautta ja hanki käyttöoikeus. Tiliä käytetään käyttäjän tiedostojen (ohjelmien ja tietojen) tunnistamiseen ja suojaamiseen, ja sitä käytetään myös järjestelmään, joka laskee automaattisesti käyttäjän resurssien käytön (kirjanpito, maksut).
②Tutki algoritmia ratkaistavan ongelman mukaan, valitse sopiva kieli, kirjoita lähdeohjelma ja toimita samanaikaisesti käsiteltävä data ja siihen liittyvät ohjaustiedot.
③Laita tulos ② offline-erikoislaitteen levykkeelle ja luo käyttäjätiedosto (voidaan tehdä myös online-päätteellä, jolloin tiedosto luodaan suoraan apumuistiin. Tällä hetkellä neljäs vaihe jätetään pois).
④Käytä levykekonetta syöttääksesi levykkeellä olevat käyttäjätiedostot tietokoneeseen, käsittelyn jälkeen rekisteröi ja tallenna ne lisämuistiin.
⑤ on käännösvaatimus. Käyttöjärjestelmä siirtää työn päämuistiin, kutsuu valitun kielen kääntäjän, kääntää ja muodostaa yhteyden (mukaan lukien kutsutut alirutiinit), tuottaa koneen suoritettavan kohdeohjelman ja tallentaa sen apumuistiin.
⑥Aritmeettinen käsittely vaaditaan. Käyttöjärjestelmä siirtää kohdeohjelman päämuistiin, jota keskusyksikkö käsittelee ja tulos tallennetaan apumuistiin.
⑦Toimenpiteen tulos lähetetään ulkoiseen laitteeseen käyttöjärjestelmän tulostamista varten käyttäjän vaatimassa muodossa.
Tietokoneen sisäinen työ (④～⑦) on monimutkainen prosessi, jota käyttöjärjestelmä hallitsee. Yleensä tietokoneeseen syötetään useita käyttäjätöitä samanaikaisesti, ja käyttöjärjestelmä ajoittaa ne tasaisesti ja ajetaan porrastetusti. Mutta tällainen ajoitus on käyttäjille läpinäkyvää, eikä yleisten käyttäjien tarvitse tietää sen sisäisiä yksityiskohtia.
Käyttäjät voivat ohjata vuorovaikutteisesti ③～⑦ (ajanjakotila) etenemistä päätelaitteen avulla. he voivat myös antaa operaattorin suorittaa ③～⑦, josta ④～⑦ suorittaa automaattisesti tietokone (eräkäsittely) Way). Eräkäsittelymenetelmässä on korkea automaatioaste, mutta käyttäjä ei ole intuitiivinen eikä välitoimia tarvita. Aikajakotilaa ohjaa käyttäjä intuitiivisesti ja se voi puuttua virheiden korjaamiseen milloin tahansa, mutta automaatioaste on alhainen. Useimmat nykyaikaiset tietokonejärjestelmät tarjoavat kaksi menetelmää, jotka käyttäjä valitsee.
Käyttöjärjestelmä
Johdanto
Käyttöjärjestelmä on järjestelmäohjelmisto (tai ohjelmien kokoelma), joka helpottaa käyttäjiä, hallitsee ja ohjaa tietokoneen laitteisto- ja ohjelmistoresursseja. Käyttäjän näkökulmasta käyttöjärjestelmä voidaan nähdä tietokonelaitteiston laajennuksena; ihmisen ja tietokoneen välisen vuorovaikutuksen näkökulmasta käyttöjärjestelmä on rajapinta käyttäjän ja koneen välillä; tietokoneen järjestelmärakenteesta käyttöjärjestelmä on hierarkkinen, modulaarinen rakenne. Ohjelmajoukko kuuluu järjestetylle kerrosmenetelmälle, joka on järjestetyn kerrostetun häiriöttömän moduulin kutsu. Käyttöjärjestelmän suunnittelu sisältää tietotekniikan ja hallintatekniikan yhdistelmän. Tietokoneen käyttöjärjestelmän tila:
Käyttöjärjestelmä on ohjelmisto ja se on järjestelmäohjelmisto. Sen rooli tietokonejärjestelmässä voidaan ymmärtää karkeasti kahdesta näkökulmasta: sisäisesti käyttöjärjestelmä hallitsee tietokonejärjestelmän erilaisia resursseja ja laajentaa laitteiston toimintoja;
ulkoinen käyttö Järjestelmä tarjoaa hyvän ihmisen ja koneen välisen rajapinnan, jonka avulla käyttäjät voivat kätevästi käyttää tietokoneita. Sillä on linkityspaikka koko tietokonejärjestelmässä.
Käyttöjärjestelmä on laajamittainen ohjelmistojärjestelmä, jossa on monimutkaisia toimintoja ja valtava järjestelmä. Tulokset eri näkökulmista ovat myös erilaisia. Se on "harjunne ja huippu muodostetaan vaakasuoraan". Analysoidaan sitä kahdesta tyypillisimmästä näkökulmasta.
1. Ohjelmoijan näkökulmasta
Kuten aiemmin mainittiin, jos käyttöjärjestelmää ei ole, ohjelmoijien on kohdattava monimutkaisia laitteiston toteutuksen yksityiskohtia ohjelmistoa kehittäessään. Ohjelmoijat eivät halua sekaantua tähän kauheaseen alaan, ja paljon energiaa, joka kuluu tähän toistuvaan, epäluovaan työhön, estää myös ohjelmoijia keskittymästä luovempaan ohjelmointityöhön. Ohjelmoija tarvitsee yksinkertaisen, erittäin abstraktin laitteen, jota voidaan käyttää sen kanssa.
Eristä laitteiston tiedot ohjelmoijasta, joka on tietysti käyttöjärjestelmä.
Tästä näkökulmasta katsottuna käyttöjärjestelmän tehtävänä on tarjota käyttäjille vastaava laajennettu kone, jota kutsutaan myös virtuaalikoneeksi ja joka on helpompi ohjelmoida kuin taustalla oleva laitteisto.
2. Käyttäjän näkökulmasta
Käyttäjän näkökulmasta käyttöjärjestelmää käytetään monimutkaisen järjestelmän eri osien hallintaan.
Käyttöjärjestelmä on vastuussa suorittimen, muistin ja muiden I/O-liitäntälaitteiden varauksen hallinnasta kilpailevien ohjelmien kesken.
Oletetaan esimerkiksi, että kolme tietokoneessa käynnissä olevaa ohjelmaa yrittävät tulostaa laskentatuloksia samalla tulostimella samaan aikaan. Sitten muutamat ensimmäiset rivit voivat olla ohjelman 1 tulos, seuraavat muutamat rivit ovat ohjelman 2 lähtö ja sitten ohjelman 3 tulos ja niin edelleen. Lopputuloksesta tulee sotku. Tällä hetkellä käyttöjärjestelmä voi välttää tämän sekaannuksen lähettämällä tulosteen levyn puskuriin. Ohjelman päätyttyä käyttöjärjestelmä voi lähettää levylle väliaikaisesti tallennetut tiedostot tulostimelle tulostettaviksi.
Tästä näkökulmasta katsottuna käyttöjärjestelmä on järjestelmän resurssienhallinta.
Kehityshistoria
Katsotaanpa käyttöjärjestelmän kehityshistoriaa yhdessä tietokoneen kehityshistorian kanssa.
1. Ensimmäinen tietokoneiden sukupolvi (1945-1955): tyhjiöputket ja plug-in-levyt
1940-luvun puolivälissä jotkut Harvardin yliopiston, Princeton Institute for Advanced Study -instituutin ja Pennsylvanian yliopiston ihmiset käyttivät tietoja Kymmenen tuhatta tyhjiöputkea on rakentanut maailman ensimmäisen elektronisen tietokoneen. Aloita tietokoneen kehityksen historia. Tämän ajanjakson koneet vaativat tiimin jokaista konetta suunnittelemaan, valmistamaan, ohjelmoimaan, käyttämään ja huoltamaan. Ohjelmointi käyttää konekieltä ja ohjaa sen perustoimintoja liitäntäkortilla olevan kovan johdotuksen avulla.
Tällä hetkellä tietokonekehityksen alkuvaiheessa edes ohjelmointikieliä ei ole vielä ilmestynyt, ja käyttöjärjestelmät ovat ennenkuulumattomia.
2. Toisen sukupolven tietokoneet (1955-1965): transistorit ja eräkäsittelyjärjestelmät
Tänä aikana tietokoneista on tullut yhä luotettavampia. He ovat eronneet tutkimuslaitoksesta ja siirtyneet kaupallisiin sovelluksiin. Tänä aikana tietokoneet suorittivat kuitenkin pääasiassa erilaisia tieteellisiä laskelmia, joiden ylläpito vaati erikoistuneita operaattoreita ja jotka piti ohjelmoida jokaista laskentatehtävää varten.
Toisen sukupolven tietokonetta käytetään pääasiassa tieteellisiin ja teknisiin laskelmiin. Käytä FORTRANia ja assembly-kieltä ohjelmien kirjoittamiseen. Myöhemmin ilmestyi käyttöjärjestelmän prototyyppi: FMS (FORTRAN-valvontajärjestelmä) ja IBMSYS (IBM:n varustama käyttöjärjestelmä 7094-koneelle).
3. Kolmannen sukupolven tietokoneet (1965-1980): integroidut piirit ja moniohjelmointi
1960-luvun alussa tietokonevalmistajat jaettiin kahteen tietokonesarjaan eri sovellusten mukaan. Yksi tieteelliseen laskemiseen ja yksi kaupallisiin sovelluksiin.
Tietokonesovellusten syvenemisen myötä tietokoneilla on tarve yhdistää nämä kaksi sovellusta. Tällä hetkellä IBM yritti ratkaista tämän ongelman ottamalla käyttöön System/360:n.
Tämän suunnitelman yhteydessä IBM järjesti OS/360-käyttöjärjestelmän kehittämisen, minkä jälkeen monimutkaiset vaatimukset ja ohjelmistokehityksen alhainen taso tuolloin tekivät OS/360:n kehityksestä historian kauheimman." Syntyi "Ohjelmistokehityksen suo", tunnetuin epäonnistumisen tutkielma - "Mysterious Man Moon". Vaikka tämä kehityssuunnitelma epäonnistui, tästä halusta on tullut tietokonevalmistajien tavoite.
Tällä hetkellä MIT, Bell Lab (Bell Labs) ja General Electric Company päättivät kehittää "julkisen tietokonepalvelujärjestelmän" - MULTICS, toivoen voivansa tukea satoja aikajakoisia käyttäjiä samanaikaisesti. . Tämän seurauksena tämän suunnitelman kehittämisen vaikeus ylitti kaikkien odotukset, ja järjestelmä päättyi epäonnistumiseen. MULTICS-ideassa on kuitenkin paljon vihjeitä myöhemmille käyttöjärjestelmille.
1960-luvun lopulla Ken Thompson, Bell Labsin tietojenkäsittelytieteilijä, joka oli osallistunut MULTICSin kehittämiseen, kehitti yksinkertaistetun sarjan MULTICSin yhden käyttäjän versiota. Myöhemmin johti UNIX-käyttöjärjestelmän syntymiseen.
UNIX-käyttöjärjestelmä hallitsee minitietokoneiden, työasemien ja muita markkinoita. Se on myös yksi vaikutusvaltaisimmista käyttöjärjestelmistä tähän mennessä, ja Linux on myös UNIX-järjestelmän johdannainen. Seuraavalla luennolla esittelemme erityisesti UNIXin kehityshistoriaa.
4. Neljäs tietokoneiden sukupolvi (1980-nykypäivään): henkilökohtaiset tietokoneet
Tietokonetekniikan jatkuvan päivityksen ja kehityksen myötä tietokoneet ovat taianomaisesti murtaneet ihmisten elämään. Tehokkaan laskentatehon omaavan tietokoneen saa halvalla.
Kun hinta ei ole enää kynnys estää tietokoneiden suosiota, on erittäin tärkeää vähentää tietokoneiden helppokäyttöisyyttä! UNIX-järjestelmän ominaisuuksien vuoksi se ei sovellu käytettäväksi henkilökohtaisessa tietokoneessa. Tällä hetkellä tarvitaan uusi käyttöjärjestelmä.
Tänä historian kriittisenä aikana IBM aliarvioi PC-markkinat eikä käyttänyt suurinta vahvuuttaan kilpaillakseen näillä markkinoilla. Tällä hetkellä Intel käytti tilaisuutta hyväkseen ja tuli nykypäivän mikroprosessorien johtajaksi. . Samaan aikaan Microsoft Corporationin presidentti Bill Gates, joka on hyvä tarttumaan tilaisuuteen, astui tähän kenttään ajoissa. Ostetun CP/M:n myötä hänestä tuli MS-DOS ja hänestä tuli hallitseva toimija henkilökohtaisten tietokoneiden käyttöjärjestelmien alalla.
Vaikka Apple otti johtoaseman graafisessa käyttöliittymässä, Applen yhteensopimattoman ja epäavoimien markkinoiden strategian vuoksi se ei pystynyt kasvattamaan menestymistään. Tällä hetkellä Microsoft astui GUI-puolelle ajoissa, jälleen WINDOWS-järjestelmän kanssa. Hallitse yötä.
Koostumus
Yleensä käyttöjärjestelmä koostuu seuraavista osista:
1) Prosessin ajoituksen alijärjestelmä:
Prosessi Ajoitusalijärjestelmä määrittää, mikä prosessi käyttää CPU:ta, ja ajoittaa ja hallitsee prosessia.
2) Prosessien välinen viestintäalijärjestelmä:
Vastuu kunkin prosessin välisestä viestinnästä.
3) Muistinhallintaalijärjestelmä:
Vastuu tietokoneen muistin hallinnasta.
4) Laitehallinnan alijärjestelmä:
Vastuu useiden tietokoneiden oheislaitteiden hallinnasta, jotka koostuvat pääasiassa laiteajureista.
5) Tiedostoalijärjestelmä:
Vastuu levyllä olevien tiedostojen ja hakemistojen hallinnasta.
6) Verkkoalijärjestelmä:
Vastuu erilaisten verkkoon liittyvien asioiden käsittelystä.
Rakennesuunnittelu
Käyttöjärjestelmälle on olemassa monia toteutusmenetelmiä ja suunnitteluideoita. Seuraavassa valitaan vain kolme edustavinta lyhyen kuvauksen tekemiseksi.
1. Integroitu järjestelmä
Kiinteän järjestelmärakenteen suunnittelu:
Tämä on yleisimmin käytetty organisointimenetelmä, ja sitä kutsutaan usein "hodgepodgeksi". Voidaan myös sanoa, että järjestelmän yleinen rakenne on "strukturoimaton".
Tässä rakenteessa kehittäjä kokoaa ensin joitain itsenäisiä proseduureja tai tiedostoja sisältäviä toimenpiteitä ja linkittää ne sitten yhdeksi kohdeohjelmaksi linkkerillä.
Linux-käyttöjärjestelmä on suunniteltu integroidulla järjestelmärakenteella. Tältä pohjalta kuitenkin lisätään joitain menetelmiä, kuten dynaaminen moduulilataus, parantamaan yleistä joustavuutta ja korvaamaan järjestelmän kokonaisrakenteen suunnittelun puutteet.
Toinen, hierarkkinen järjestelmä
Hierarkkinen järjestelmärakenteen suunnittelu:
Tämä lähestymistapa on tiukasti kerrostettu järjestelmä, jolloin koko järjestelmästä tulee selkeä, hierarkkinen! Tällaisella järjestelmällä on vahva akateeminen maku! Itse asiassa täysin tämän rakenteen mukaisesti suunniteltuja käyttöjärjestelmiä ei ole monia, eikä niitä käytetä laajasti.
Voidaan sanoa, että nykyinen käyttöjärjestelmän suunnittelu etsii tasapainoa järjestelmän kokonaisrakenteen ja hierarkkisen järjestelmärakenteen välillä.
3. Mikroydinjärjestelmä
Mikroydinjärjestelmän rakenteen suunnittelu:
Mikroydinjärjestelmän rakennesuunnittelu on uusi suunnittelukonsepti, joka on noussut esiin viime vuosina. Edustavimmat käyttöjärjestelmät ovat Mach ja QNX.
Mikroydinjärjestelmä, kuten nimestä voi päätellä, on, että järjestelmän ydin on hyvin pieni. Esimerkiksi QNX:n mikroydin vastaa vain: prosessien välisestä viestinnästä, matalan tason verkkoviestinnästä, prosessien ajoituksesta ja ensimmäisen tason keskeytyskäsittelystä.
Vaakasuuntainen vertailu
Tietokoneiden historiassa on ollut monia käyttöjärjestelmiä, ja sitten aallot on pesty pois, ja monet on hävitetty armottomasti, joten vain osa on kokenut markkinoida:
1. Pöytäkoneen käyttöjärjestelmä
1) MSDOS: Intelx86-sarjan tietokoneiden vanhin käyttöjärjestelmä, Microsoftin tuotteet, hallitsi aikoinaan tätä alaa, ja nyt sen oma veljensä WINDOWS-sarja on vähitellen omaksunut sen. Sen sijaan se on nykyään harvinainen, lukuun ottamatta joitain halvempia laitteita. .
2) Windows: Microsoftin tuotteet, jotka on kehitetty Windows 1.0:sta, ovat nyt pääkäyttöjärjestelmä Intel x86 -pohjaisissa tietokoneissa, ja se on myös henkilökohtaisten tietokoneiden eniten asennettu käyttöjärjestelmä. Pöytäkoneille, yksittäisille käyttäjille.
3) Mac OS: Applen omistama, ystävällinen käyttöliittymä ja erinomainen suorituskyky, mutta sen kehitys on rajallista, koska se voi toimia vain Applen omalla tietokoneella. Applen ainutlaatuisen markkina-aseman ansiosta se on kuitenkin edelleen elossa ja voi hyvin.
4) Linux: Linux on tietokoneen käyttöjärjestelmän ja sen ytimen nimi. Se on myös tunnetuin esimerkki ilmaisista ohjelmistoista ja avoimen lähdekoodin kehityksestä.
Tarkasti ottaen sana Linux viittaa vain Linux-ytimeen, mutta itse asiassa ihmiset ovat tottuneet kuvaamaan Linuxilla koko Linux-ytimeen perustuvaa käyttöjärjestelmää ja käyttämään erilaisia GNU-projektin työkaluja ja tietokantoja ( myös tunnetaan nimellä GNU/Linux). Näihin komponentteihin perustuvaa Linux-ohjelmistoa kutsutaan Linux-jakeluksi. Yleisesti ottaen Linux-jakelupaketti sisältää paljon ohjelmistoja, kuten ohjelmistokehitystyökaluja, tietokantoja, web-palvelimia (kuten Apache), X-ikkunaa, työpöytäympäristöjä (kuten GNOME ja KDE), toimistopaketteja ja niin edelleen.
Toiseksi palvelimen käyttöjärjestelmä
1) UNIX-sarja: UNIXin voidaan sanoa olevan pitkä historia, se on todella vakaa, käytännöllinen ja tehokas käyttöjärjestelmä, mutta monien valmistajien ansiosta sen pohjalta Kehitetty UNIX-versio, jolla on omat ominaisuudet, joten se vaikutti koko. Ulkomailla UNIX-järjestelmä on ainutlaatuinen, ja sitä käytetään laajalti keskeisillä aloilla, kuten tieteellinen tutkimus, koulut ja rahoitus. Kiinassa tietokoneiden suhteellisen takapajuisen kehityksen vuoksi UNIX-järjestelmien sovellustaso on kuitenkin jossain määrin jäljessä ulkomaista.
2) Windows NT -sarja: Microsoftin tuotteet, jotka hyödyntävät Windowsin ystävällistä käyttöliittymää päästäkseen palvelimien käyttöjärjestelmien markkinoille. Sillä on kuitenkin tietty ero UNIXiin yleisen suorituskyvyn, tehokkuuden ja vakauden suhteen, joten sitä käytetään nyt pääasiassa pienten ja keskisuurten yritysten markkinoilla.
3) Novell Netware -sarja: Novellin tuotteilla, jotka tunnetaan erittäin sopivista pieniin ja keskisuuriin verkkoihin, on erittäin suuri markkinaosuus Kiinan arvopaperiteollisuudessa, ja niiden tuoteominaisuudet ovat kirkkaita ja ne ovat edelleen palvelinjärjestelmäohjelmistossa. Ikivihreä puu.
4) LINUX-sarja: Linux on ilmainen ja avoimen lähdekoodin Unix-tyyppinen käyttöjärjestelmä. Linuxeja on monia erilaisia, mutta ne kaikki käyttävät Linux-ydintä. Linux voidaan asentaa useisiin tietokonelaitteistoihin matkapuhelimista, tableteista, reitittimistä ja videopelikonsoleista pöytätietokoneisiin, keskuskoneisiin ja supertietokoneisiin. Linux on johtava käyttöjärjestelmä. Maailman 10 nopeinta supertietokonetta käyttävät Linux-käyttöjärjestelmää. Tarkkaan ottaen sana Linux tarkoittaa vain Linux-ydintä, mutta itse asiassa ihmiset ovat tottuneet kuvaamaan Linuxilla koko Linux-ytimeen perustuvaa käyttöjärjestelmää ja käyttämällä erilaisia GNU-projektin työkaluja ja tietokantoja. Linux on saanut nimensä Linus Torvaldsilta, tietokoneharrastajalta.
Flynn-luokitus
Flynn-luokitus luokitellaan käskyvirran, tietovirran ja sen polyploidisuuden mukaan. Luokkia on neljä:
SISD——Käskykomponentti käsittelee vain yhden käskyn ja ohjaa vain yhden käyttökomponentin toimintaa. Kuten yleinen sarja yksi prosessori.
SIMD――Yksi käskykomponentti ohjaa useita toistuvasti asetettuja prosessointiyksiköitä samanaikaisesti ja suorittaa erilaisia
datatoiminnot saman ohjeen mukaan. Kuten taulukkoprosessori.
MISD――Useita käskykomponentteja toimii samojen tietojen jokaisessa käsittelyvaiheessa. Tällaiset koneet ovat harvinaisia.
MIMD――Useita itsenäisiä tai suhteellisen itsenäisiä prosessoreita suorittavat omia ohjelmiaan, toimintojaan tai prosessejaan. Esimerkiksi useita
prosessorit.