MS WINDOWS操作系统的演变过程与硬件发展及操作系统系统技术发展的关系

MS WINDOWS操作系统的演变过程与硬件发展及操作系统系统技术发展的关系

2012-06-24 21:09:44| 分类：操作系统|举报|字号订阅

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摘要：操作系统的演变与发展，是和计算机硬件水平的发展密不可分的，同时操作系统技术的不断发展，也时时刻刻对操作系统的演变起着深远而重大的影响，本文以MS WINDOWS为列子，浅析在操作系统的演变过程中硬件发展与操作系统技术的发展与其的关系。

Windows 1.0

Windows 1.0，操作系统是微软第一次对个人电脑操作平台进行用户图形界面的尝试。Windows 1.0基于MS-DOS操作系统，实际上其本身并非操作系统，至多只是基于DOS的应用软件。之后的 Windows 2.x，3.x 和 95，98，Me仍是基于DOS的操作系统，所以说直至Windows NT，微软的操作系统始终是基于DOS在本质的技术上并没有较大的进步。而Windows NT则宣告了DOS操作系统的终结，并成为流行至今的主流操作系统。

Windows 2.1

2.1版本事在2.0版本上进行了大量改进，为了追赶硬件发展，很快Windows 2.0出了286和386的特别版本，分别叫做Windows/286和Windows/386，版本2.1。在1982年的80286处理器上，Intel引入了保护模式（Protected Mode），老的8086模式被称为实模式（Real Mode）。实模式下只能访问1MB的空间，进入保护模式后访问空间扩大到16MB，80286上每个段的大小被限制为64KB。Windows 2.0x版本使用的是实模式，虽然Windows/286同样基于实模式，不过它开始支持HMA(High Memory Area)，从而将内存支持从普通实模式的640KB 扩展到整个1MB。80286的保护模式没有被Windows/286使用。

到了1985年的80386，Intel在段寄存器的基础上构筑新的保护模式：虚拟8086模式（Virtual 8086 Mode）并完善了80286的保护模式，后者被称为386增强模式。在虚拟8086模式下可以虚拟出多个8086处理器，从而可以真正地同时执行多个实模式程序并对其进行简单的保护。Windows/386利用了这个特性，将每一个应用程序都运行在这个模式下。同时Windows/386还引入了LIM EMS（Lotus,Intel,Microsoft Expanded Memory Specification）以利用超过1MB 的内存。早期的EMS扩展驱动集成在Windows/386内，到了次年的MS-DOS 4.01才具有独立的EMM386.SYS版本（1991年MS-DOS 5.0带的

EMM386.EXE是进一步改进的版本），EMM386通常和HIMEM.SYS一起使用。从80286到80386，看起来只是处理器位数的变化，但实质上是处理器体系结构的变化，从寻址方式上说，就是从"实模式"到"保护模式"/"虚拟8086模式"的变化。从80386开始之后的处理器，虽然速度和功能不断提升，然而基本上属于同一种系统结构的改进与加强，而无本质的变化，所以人们把80386以后的处理器统称为IA32。此时，硬件的告诉发展使得寻址位数和性能都大大增强，但操作系统的实质并无太大变化。

windows 3.X

虽然并无本质变化，但必须说一下3.X。微软的Windows系列操作平台的Windows 3.x家族发行于1990年到1994年间。其中的3.0版是第一个在世界上获得成功的版本。使得微软的操作系统可以和苹果电脑公司的麦金塔电脑以及在图形化界面的Commodore的Amiga竞争。Windows 3.x基于MS-DOS 操作系统。3.0版发行于1990年5月22日，这个系统既包含了对用户界面的重要改善也包含了对80286和80386对内存管理技术的改进。为命令行式操作系统编写的MS-DOS下的程序可以在窗口中运行，使得程序可以在多任务基础

上可以使用使用，虽然这个版本只是为家庭用户设计的，很多游戏和娱乐程序仍然要求DOS存取。这应该算是微软操作系统发展的重大转折点，这个版本中改善的对286与386内存管理，对当时最先进的386处理器有良好的支持。这个系统还提供了对虚拟设备驱动（VxDs）的支持，极大改善了系统的可扩展性，计算机用户再不必在购买Windows 3.x时煞费苦心地查证自己的硬件是否可以被系统支持了，因为他完全可以另外安装一个驱动程序。

Windows 95

个人认为，这是微软最有成功的一代操作系统，它的出现直接结束了操作系统行业的竞争，开启了微软对个人用户操作系统的统治地位的新时代。虽然本质依然是DOS但是在界面上却进行了非常强大的优化。同时从操作系统技术方面来看：虚拟机调度方式

Windows 95中的过程调度和虚拟机管理关系十分密切。在Windows 95中，线程是系统调度程序要处理的主要对象，线程的特征：

1）在过程里是一个可执行路径；

2）能够被任何32位的Windows程序或运作在Windows 95里的VXD创建；

3）有自己私有的堆叠存储器和执行价前后关系；

4）固定的过程分享存储器；

5）一个过程可以创建许多并发的线程。

调度程序控制

调度程序控制有两种不同的影响，一种是它本身的一套内部算法，试图为每个线程提供一种平滑的多任务环境。"平滑"的目标是给线程提供一个合理的处理器时间，既要使它能很好地完成工作，又不能太长，以免其他线程被锁住的时间太长。另一个对调度程序的影响是VXD能够直接调用的一套系统服务。为了达到这一目的，调度程序内部采用了三种线程优先级的动态升高，定时的损耗优先级的继承。

支持多消息队列

Windows 95支持多消息队列，这种设计的改进来自Windows NT。因为有效的消息流对好的响应时间和平滑多任务是极其重要的，而这种支持多消息队列的设计技术是关键。它能够保证系统在一个应用程序失败时不至于死锁。这种多消息队列技术称做"异步输入"（Input Desynchronization）。在Windows 95下，经原始输入队列添加消息十分简单。系统中还有一个运作的线程，它有规律地把这消息移出队列转到各个私有应用消息队列。这种队列有两种：所有16位应用程序的单一队列和所有32位应用程序中的线程的私有队列。

Windows 98

虽然Windows 98并没有很多创新，但它却又是一款成功的操作系统。但具有划时代意义的是Windows 98将不在MS－DOS操作系统上运行。Windows 98是一紧密集成的操作系统，它直接进入图形用户界面而不再是命令行提示方式。但是Windows 98仍然提供了对MS－DOS的兼容性。

对新一代硬件的支持

Support for New Generation of Hardware 描述：Windows 98的一个主要目的就是让用户可以使用一批最近几年在计算机硬件方面的创新提供完全的支持。一些由Windows 98支持的主要硬件标准包括：Universal Serial BUS(USB）（通用串行总线），IEEE 1394，Accelerated Graphics Port（图形加速端口）（AGP），Advanced Configuration and Power Interface (ACPI）（先进配置电源接口），和DVD。

Windows xp

这个版本的系统可以说是微软历史上最成功的操作系统，在位长达十年时间。同时它也是微软最受欢迎和好评度最高的系统。是备受广大用户亲睐的操作系统。它发行与2001年10月25日，原来名称是whistler。与2011年7月初微软表示将在2014年春季彻底取消对win xp的技术支持。

Win xp对硬件的需求：

Cpu 时钟频率为300MHz或更高的处理器至少需要230MHz的处理器

内存：128或更高最少支持64M内存但会影响部分功能

硬盘：至少1.5G可用硬盘空间

显示卡和适配器：640X480或分辨率更高的视频适配器和监视器

从以上数据来看，硬件的高速发展使得操作系统对硬件的要求逐渐增加，相比于老式的操作系统，win xp有了本质性的飞跃。

Windows是微机操作系统新潮流的一个重要例子（其他例子有Linux和MacOS）。Windows的动因是开发当今的32位和64位微处理器处理能力的需求，在速度、硬件完善度和存储能力几个方面与大型机和小型机进行竞争。

这些新操作系统的一个最重要的特征是，尽管他们仍然希望支持一个单独的交互用户，但它们的确是多任务操作系统。两个最主要的反战因素引发了个人计算机、工作站和服务器中的多任务需求。首先，随着微处理器的速度和储存能力的不断增长以及虚拟存储器的支持，应用程序变得更加复杂且相关性更强。因为，单任务环境变得更加笨拙、对用户不够友好。

多任务的第二个冬季是可获/服务器计算的发展。在客户/服务器计算中，个人计算机或工作站和主机系统联合使用，以实现特定的应用。他们两个被连接在一起，每一个都被分配给一部分与其能力相适应的作业。客户/服务器可以在个人计算机和服务器的局域网中实现，或者可以通过用户系统和一台大主机见的连接实现。一个应用程序额可能涉及一台或多台个人计算机以及一个或多个服务器设备。为停工所需的响应性，操作系统需要支持复杂的实时通信硬件和相关的通信协议以及数据传送结构，同时还应支持在进行的用户进行交互。

Windows对象

Windows大量使用面向对象程序设计的概念。面向对象简化了进程间资源和数据的共享，便于保护资源免受未经许可的访问，windows使用的面向对象的重要概念如下：

封装：一个对象由一个或多个称作属性的数据项组成，在这些数据上可执行一个或多个称作服务的过程。访问对象中数据的唯一方法是引用对象的一个服务，因此，对象中的数据可以很容易地保护起来，避免未经授权的使用和不正确的使用。对象类：一个对象类是一个模板，它列出来对象的属性和服务，并定义了对象的某些特征。操作系统可以在需要的时候创建对象类的特定实例。

继承：尽管需要靠手工编码实现，但执行体使用继承通过添加新的特征来扩展对象类。每个执行体类都基于一个基类，这个基类定义虚方法，以便支持创建、命名、安全保护和删除对象。调度程序对象是继承事件对象属性的执行体对象，因此，他们能使用常规的同步方法。其他特定的对象类型，允许这些面向对象特定设备的类从基类中继承，增加额外的数据的方法。

多态性：Windows内部使用通用的API函数集操作任何类型的对象，但是，由于许多API是特定的对象类型所特有的，因此Windows并不是完全多态的。

从以上可以看出Windows操作系统的发展与硬件的发展和程序设计方法及操作系统技术发展有着密不可分的关系，他们的发展是相辅相成相互促进互相推动的。