計算機操作系統（一）什么是操作系統

前言
一、什么是操作系統
二、操作系統的作用
三、推動操作系統發展的主要動力
總結（核心概念速記）：

前言

當你打開電腦、點擊應用、播放音樂時，是誰在背后默默協調這一切？
沒錯，就是操作系統
從這節博客開始，我們將詳細講解計算機操作系統，了解它底層的相關知識

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一、什么是操作系統

操作系統（Operating System，簡稱 OS）是計算機的底層軟件，是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統的首次擴充。它是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理地組織計算機工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。
從用戶的角度看，操作系統提供了用戶與計算機之間的接口。用戶通過操作系統來使用計算機系統，而無需了解計算機硬件的細節。比如，普通用戶可以通過圖形化界面（GUI），如 Windows 操作系統的桌面，方便地進行文件管理、應用程序的啟動等操作；而專業用戶或開發者則可以通過命令行界面（CLI），如 Linux 系統的終端，更高效地執行各種系統管理和開發任務。
從系統的角度看，操作系統是計算機系統資源的管理者。它負責管理計算機的四大類資源：處理機（CPU）、存儲器、I/O 設備以及信息（數據和程序）。通過合理地分配和調度這些資源，使得計算機系統能夠高效、穩定地運行。

二、操作系統的作用

作為用戶與計算機硬件系統之間的接口：操作系統提供了方便易用的接口，使得用戶能夠輕松地使用計算機。除了前面提到的圖形化界面和命令行界面外，操作系統還支持各種輸入設備（如鍵盤、鼠標、觸摸屏等）和輸出設備（如顯示器、打印機等），讓用戶可以與計算機進行交互。例如，當我們在 Windows 系統中使用鼠標點擊圖標打開應用程序時，操作系統會接收鼠標的點擊事件，并執行相應的操作來啟動應用程序。
作為計算機系統資源的管理者：
- 處理機管理：負責對 CPU 的時間進行分配和調度，使得多個程序能夠并發執行。常見的調度算法有先來先服務（FCFS）、短作業優先（SJF）、時間片輪轉等。例如，在多任務操作系統中，多個程序同時運行，操作系統會根據一定的算法為每個程序分配 CPU 時間片，使得每個程序都能得到執行的機會。
- 存儲器管理：管理內存的分配和回收，將內存空間合理地分配給各個程序使用，并保證程序之間的內存不會相互干擾。同時，還負責虛擬內存的管理，當物理內存不足時，將部分數據從內存換出到外存（如硬盤）上，以滿足程序的運行需求。
- 設備管理：負責管理計算機的各種 I/O 設備，如硬盤、打印機、網卡等。通過設備驅動程序，操作系統能夠控制設備的工作，實現設備的輸入輸出操作，并對設備進行分配和回收。
- 文件管理：對計算機中的文件和目錄進行管理，包括文件的創建、刪除、修改、查詢等操作。操作系統提供了文件系統，使得用戶可以方便地對文件進行組織和管理，同時保證文件的安全性和一致性。
實現了對計算機資源的抽象：操作系統隱藏了硬件的具體細節，向用戶提供了抽象的資源和服務。例如，用戶在使用文件時，不需要了解文件在硬盤上的具體存儲位置和方式，只需要通過操作系統提供的文件操作接口（如打開、讀取、寫入等函數）來操作文件即可。這種抽象使得用戶能夠更方便地使用計算機資源，同時也提高了系統的可擴展性和兼容性。

三、推動操作系統發展的主要動力

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不斷提高計算機資源利用率的需要：早期的計算機硬件資源昂貴，為了充分利用有限的資源，操作系統應運而生。隨著計算機技術的發展，硬件性能不斷提升，但資源的利用率仍然是一個重要的問題。例如，通過多道程序設計技術，操作系統可以讓多個程序同時在內存中運行，共享 CPU 和其他資源，從而提高系統的資源利用率。
方便用戶使用的需要：計算機的用戶群體不斷擴大，從專業的計算機人員逐漸擴展到普通用戶。為了滿足不同用戶的需求，操作系統需要提供更加方便、易用的界面和功能。例如，圖形化用戶界面（GUI）的出現，使得計算機的操作更加直觀和簡單，大大降低了用戶的使用門檻。
器件的不斷更新換代：計算機硬件的不斷發展，如 CPU 性能的提升、內存容量的增加、存儲設備的更新等，推動了操作系統的發展。新的硬件需要新的操作系統來充分發揮其性能，同時操作系統也需要不斷地優化和改進，以適應硬件的變化。例如，隨著多核 CPU 的出現，操作系統需要支持多核心的調度和管理，以提高系統的性能。
計算機體系結構的不斷發展：計算機體系結構的變化，如分布式系統、并行系統、嵌入式系統等的出現，對操作系統提出了新的要求。不同的體系結構需要不同的操作系統來管理和協調資源，因此推動了操作系統的多樣化和專業化發展。例如，分布式操作系統需要管理多個計算機節點之間的資源和通信，以實現分布式計算的功能。

總之，操作系統作為計算機系統的核心軟件，在計算機的發展和應用中起著至關重要的作用。了解操作系統的基本概念、作用和發展動力，對于深入學習計算機系統和進行相關的開發和應用具有重要的意義。

總結（核心概念速記）：

核心概念速記
操作系統 = 計算機系統的核心底層軟件，協調軟硬件資源

基本概念：
- 操作系統是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件的首次擴充。它是控制和管理計算機軟硬件資源、組織工作流程、方便用戶使用的程序集合。
- 從用戶角度，提供圖形化界面（GUI）如Windows桌面和命令行界面（CLI）如Linux終端，作為用戶與計算機的接口，隱藏硬件細節。
- 從系統角度，是計算機系統資源（處理機、存儲器、I/O設備、信息）的管理者。
操作系統的作用：
- 用戶與硬件接口：支持各類輸入輸出設備，實現用戶與計算機交互，如Windows中鼠標點擊圖標啟動應用程序。
- 資源管理：
  - 處理機管理：分配和調度CPU時間，常見算法有FCFS、SJF、時間片輪轉等，使多程序并發執行。
  - 存儲器管理：管理內存分配回收，處理虛擬內存，保證程序內存不干擾。
  - 設備管理：通過設備驅動程序控制I/O設備，進行設備分配回收。
  - 文件管理：管理文件和目錄，提供文件系統，保障文件安全和一致。
- 資源抽象：隱藏硬件細節，提供抽象資源和服務，如用戶通過文件操作接口使用文件，無需了解存儲細節。
發展動力：
- 提高資源利用率：早期因硬件資源昂貴而生，多道程序設計技術可提升資源利用率。
- 方便用戶使用：用戶群體擴大，GUI降低使用門檻。
- 器件更新換代：硬件性能提升（CPU、內存、存儲設備等），促使操作系統優化適應。
- 體系結構發展：分布式、并行、嵌入式等系統出現，要求操作系統多樣化、專業化，如分布式操作系統管理節點資源和通信。

操作系統關鍵概念對比

概念	定義描述	示例	作用
操作系統	底層軟件，軟硬件資源管理者	Windows、Linux系統	協調系統資源，方便用戶使用
圖形化界面	直觀的用戶操作界面	Windows桌面	方便普通用戶操作計算機
命令行界面	以命令形式操作的界面	Linux終端	適合專業用戶高效管理開發
處理機管理	分配調度CPU時間	時間片輪轉調度算法	使多程序并發執行，提高CPU利用率
存儲器管理	管理內存分配回收和虛擬內存	物理內存不足時數據換出到硬盤	合理分配內存，保障程序運行
設備管理	控制管理I/O設備	硬盤、打印機的驅動和操作	實現設備輸入輸出，分配回收設備
文件管理	管理文件和目錄	文件的創建、刪除、修改操作	組織管理文件，保障文件安全一致

操作系統作用與發展動力關系圖解

操作系統作用 —— 用戶接口、資源管理、資源抽象↓         ↓
發展動力 —— 提高資源利用率、方便用戶、器件更新、體系結構發展↓         ↓
相互促進 —— 作用推動動力需求，動力促進作用完善

知識圖譜

計算機操作系統（一） 什么是操作系統
├─ 什么是操作系統
│  ├─ 基本定義：底層軟件，硬件首次擴充，程序集合
│  ├─ 用戶角度：提供GUI和CLI接口
│  ├─ 系統角度：管理四大類資源
│  └─ 示例：Windows、Linux系統體現方式
├─ 操作系統的作用
│  ├─ 用戶與硬件接口：支持設備交互
│  ├─ 資源管理：處理機、存儲器、設備、文件管理
│  ├─ 資源抽象：隱藏硬件細節提供接口
│  └─ 示例：文件操作接口的使用
├─ 推動操作系統發展的主要動力
│  ├─ 提高資源利用率：多道程序設計技術
│  ├─ 方便用戶使用：GUI的出現
│  ├─ 器件更新換代：CPU、內存等硬件發展
│  ├─ 體系結構發展：分布式等系統對系統的要求
│  └─ 示例：多核CPU下操作系統的調度管理
└─ 核心要點├─ 操作系統的概念、作用及重要性└─ 理解發展動力對操作系統演變的影響

以上就是對本次關于操作系統博客內容的總結，后續我們將深入探討操作系統更多知識。