计算机系统结构与操作系统的关系-《操作系统原理》

计算机系统的硬件基础是冯·诺依曼计算机，而操作系统是构成计算机系统的另一个重要的系统软件，它负责管理计算机系统的硬件、软件资源并控制整个计算机的工作流程。顺序过程计算模型决定了冯·诺依曼型计算机的根本特点是集中顺序过程控制，而操作系统是运行在冯·诺依曼型计算机上的第一层系统软件，必然受这一特点的制约和影响。最早产生的单用户操作系统正是如此。它只允许一个用户使用计算机，该用户独占计算机系统的各种资源，整个系统为他的程序运行提供服务。在这里，除了CPU和外部设备有可能提供并行操作外，其余的都是顺序操作，这种单用户操作系统简单明了，容易实现。但在这样的系统中，昂贵的计算机硬部件并没有得到充分利用，计算机的性能特别是资源利用率大大低于可能达到的程度。

为了提高资源利用率，人们付出了极大的努力把单处理机系统改造成逻辑上的多处理机系统，使之能进行并行处理。要让多个用户共用一个计算机系统，必须解决多个用户的算题任务共享计算机系统资源的问题，也需要解决系统如何控制多个算题任务的共同执行的问题。为此，出现了一系列新的软件技术，如多道程序设计技术、分时技术，以及解决资源分配和调度、进程及进程间的交互作用等问题的技术。这些技术已经载入操作系统发展的光荣史册，并被人们誉为20世纪六七十年代计算机科学的奇迹。在CPU和存储器都十分昂贵的情况下，这些技术的应用取得了可观的经济效益。由于计算机系统的计算模型是顺序计算模型，其特点是集中顺序过程控制，而操作系统要支持多用户、多任务的同时执行，这就产生了一对矛盾，即硬件结构的顺序计算模型和操作系统的并行处理（计算）模型的矛盾。这种尖锐的矛盾，使操作系统变得非常复杂、不易理解，成为一个庞然大物，且其效果并不一定很理想。随着计算机技术的迅猛发展和计算机应用的日益广泛，操作系统出现了多种不同的类型，有批量操作系统、分时操作系统、实时操作系统、单用户磁盘操作系统、计算机网络和分布式操作系统等。在微型机上配置的具有图形操作界面的视窗操作系统（Windows）是用得较为广泛的一种。这种操作系统的图形化用户界面，提供各种方便用户使用计算机的手段，人们用起来得心应手，很受欢迎。如果某系统想共享其他系统的硬件或软件资源，也可考虑联网使用，这就是现在发展极快的计算机网络。

另一方面，人们也正在研究与并行计算模型一致的计算机系统结构，使得具有并行处理能力的操作系统具有更强的生命力。在人们研究的多种并行处理结构中，有多指令流单数据流的流水线机，有单指令流多数据流的阵列机，还有多指令流多数据流的多处理机系统、多计算机系统。现在，具有多指令流多数据流结构的多计算机系统（包括紧耦合系统和松耦合的计算机网络）应用十分广泛，具有广阔的应用前景。(www.xing528.com)

目前，在市场上销售的计算机，大部分仍然采用冯·诺依曼型计算机的结构，预计将来也仍然是如此。因此，我们必须学好当前计算机系统上配置的操作系统，另外也要关心计算机系统结构发展的新趋势。从计算机体系结构的角度出发去分析操作系统，就比较容易理解操作系统的功能和特点。通过这样的分析，不但可以学到对当前有用的知识，而且可以鉴别哪些是合理的，哪些是将来仍然有用的，哪些是需要改造的。只有深刻地了解过去和现在，才能更好地迎接未来。