电脑系统是什么原理？
提问：电脑系统是什么原理？
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电脑系统是什么原理？
操作系统，即计算机管理控制程序，它是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。 操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供了各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口。实际上，用户是不用接触操作系统的，操作系统管理着计算机硬件资源，同时按着应用程序的资源请求，为其分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。 操作系统的种类相当多，各种设备安装的操作系统可从简单到复杂，可分为智能卡操作系统、实时操作系统、传感器节点操作系统、嵌入式操作系统、个人计算机操作系统、多处理器操作系统、网络操作系统和大型机操作系统。按应用领域划分主要有三种：桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统。操作系统用于组织和控制硬件、软件，从而使安装操作系统的设备以一种灵活但可预期的方式运行。在本文中，我们将讲述必须具备什么功能的软件才称为操作系统，并向您介绍台式计算机中操作系统的工作原理，以及举例说明如何控制身边的其他操作系统。 操作系统的本质 并不是所有的计算机都具有操作系统。例如，厨房中控制微波炉的计算机就不需要操作系统。微波炉有一组要执行的任务，用户可直接输入所期望执行的操作（数字按键和一些预设置的按钮），并且它还具有可以控制的简单且无需更改的硬件。对于此类计算机，操作系统反而会成为不必要的负担——它将大幅增加产品的开发和生产成本，而且增添不必要的复杂性。因此，微波炉中装入的计算机只需一直运行一个简单的固化程序即可。 对于其他设备，操作系统需要具有满足以下条件的功能： 实现多种用途 以更复杂的方式与用户进行交互 满足随时间而改变的需求 所有的台式计算机都具有操作系统。其中最普遍的是微软开发的Windows操作系统、苹果公司开发的Macintosh操作系统以及UNIX系列操作系统（由若干开发人员、公司及合作者共同开发）。此外，还有针对特殊应用领域的数以百计的其他操作系统，包括专门用于大型机、机器人技术、生产制造和实时控制系统等的操作系统。 操作系统的功能 简单来说，操作系统的功能有两个： 它管理系统的硬件和软件资源。在台式计算机中，这些资源包括处理器、存储器、磁盘空间等。（在手机中，这些资源则包括键盘、屏幕、通讯簿、电话拔号器、电池和网络连接。） 在无需了解硬件的所有详细信息情况下，为应用程序提供稳定、一致的方式来处理硬件。 第一个任务（即管理硬件和软件资源）非常重要，因为多个程序和输入方法会出于自己的目的竞相争夺CPU（中央处理单元）的资源，并且使用内存、存储器及输入/输出带宽。在此功能中，操作系统扮演着出色的指挥者角色，它既要确保每个应用程序都得到所需的资源，又要保证与所有其他应用程序的兼容，同时还要充分利用有限的系统容量，从而最大程度地满足所有用户和应用程序的需要。 如果有多个特定类型的计算机使用操作系统，或者要更换计算机硬件时，第二项任务（即提供兼容的应用程序接口）就变得格外重要。一致的应用程序接口（API）使软件开发人员在一台计算机上编写应用程序时，有信心保证此应用程序可以在另一台同一类型的计算机上运行，尽管两台计算机的内存容量或存储器数量各不相同。 即使某种特殊计算机是唯一的，操作系统也可以确保在硬件升级和更新时应用程序得以正常运行。这是因为，操作系统（而不是应用程序）负责管理硬件和分配其资源。开发人员面临的挑战之一是要保证他们的操作系统具有足够的灵活性，从而可以在成千上万的计算机设备供应商所提供的硬件上运行。因为当今的系统可以配置成千上万种不同种类的打印机、磁盘驱动器以及任何可能组合的特殊外设。 操作系统的种类 操作系统拥有广泛的系列，根据它们所控制的计算机类型和所支持应用程序的类型，大致可分为四类。这些广泛的分类包括： 实时操作系统（RTOS）——实时操作系统用于控制机械设备、科学仪器以及工业系统。由于RTOS在交付使用时采用的是“全封闭”形式，因此在通常情况下，该系统几乎没有什么用户界面功能，也没有最终用户实用程序。RTOS的一个重要作用是管理计算机资源，从而在每次执行某种特定的操作时，都严格使用相同的时间。在一台复杂的机器中，由于其具备可用系统资源而使机器的某一部分以更快的速度运行，这将与因系统繁忙而无法运行一样具有相同的灾难性。 单用户，单任务——顾名思义，该操作系统设计用于管理计算机，使单个用户每次只能高效地执行一个操作。用于掌上电脑的Palm OS是现代单用户、单任务操作系统的一个良好示例。 单用户，多任务——这就是目前多数用户在他们的台式计算机或笔记本电脑中使用的操作系统类型。微软公司的Windows操作系统和苹果公司的MacOS操作系统平台均为一个用户可以同时运行多个程序的操作系统的范例。例如，一个Windows用户一边在文字处理软件上撰写日记，一边从互联网下载文件，同时还在打印一封电子邮件消息的文本，这是完全可能的。 多用户——多用户操作系统允许多个不同用户同时使用计算机的资源。操作系统必须确保均衡地满足各个用户的要求，他们使用的各个程序都具有足够且独立的资源，从而使一个用户的问题不会影响到整个用户群。Unix、VMS和大型机操作系统（如 MVS）是多用户操作系统的范例。 区分多用户操作系统和支持网络的单用户操作系统很重要。Windows 2000和Novell Netware均可以支持成千上万的网络用户，但操作系统本身并不是真正的多用户操作系统。系统管理员是Windows 2000或Netware的唯一“用户”。从操作系统的整体计划来看，网络支持和所有远程用户均可登录到网络，这些都属于由管理员用户运行的程序。 在了解了各种不同类型的操作系统后，现在我们将进一步介绍操作系统所提供的基本功能。 操作系统的任务 打开计算机的电源时，通常运行的第一个程序是保存在计算机只读存储器（ROM）中的一组指令。此代码检验系统硬件，从而确保一切运行正常。上电自检（POST）将检测CPU、内存和基本输入输出系统（BIOS) 是否存在错误并将结果存储在某个特殊的内存位置。一旦成功完成POST，载入ROM的软件（有时则称为BIOS或固件）将开始激活计算机的磁盘驱动器。在大多数现代计算机中，当计算机激活硬盘驱动器时，该计算机将运行第一个操作系统：引导装入程序。 这种引导装入程序是具有单一功能的小程序：它将操作系统载入到内存并使之开始运行。引导装入程序通过最基本的形式设置与之交互的小驱动程序，并控制计算机的各个硬件子系统。它设置存放操作系统、用户信息及应用程序的内存分区，也建立装有大量信号、标记和信号量（用于在子系统和计算机应用程序内部及之间通信）的数据结构，然后再将其对计算机的控制转移给操作系统。 在一般情况下，操作系统的任务基本分为六种类型： 处理器管理 内存管理 设备管理 存储器管理 应用程序接口 用户界面 尽管有人争论操作系统应执行比这六项任务更多的功能，并且确实也有一些操作系统供应商将更多的实用程序及辅助功能集成到他们的操作系统中，但这六项任务几乎涵盖了所有操作系统的核心内容。