[科普中国]-单处理器操作系统

简介

单处理器操作系统是指带有单核处理器的操作系统。在单处理器操作系统中，系统一次只能处理一个任务，多任务一般通过并发执行，单核处理器操作系统一般可以分为单用户多任务操作系统和单用户单任务操作系统。

操作系统操作系统（Operating System，简称OS）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，让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供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等。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，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。

单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统的含义是，只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行。这是最简单的微机操作系统，主要配置在 8 位和 16 位微机上。最有代表性的单用户单任务微机操作系统是 CP/M 和 MS-DOS。

CP/M1974 年第一代通用 8 位微处理机芯片 Intel 8080 出现后的第二年， Digital Research 公司就开发出带有软盘系统的 8 位微机操作系统。1977 年 Digital Research 公司对 CP/M 进行了重写，使其可配置在以 Intel 8080、8085、Z80 等 8 位芯片为基础的多种微机上。1979 年又推出带有硬盘管理功能的 CP/M 2.2 版本。由于 CP/M 具有较好的体系结构，可适应性强，且具有可移植性以及易学易用等优点，使之在 8 位微机中占据了统治地位。

MS-DOS1981 年 IBM 公司首次推出了 IBM-PC 个人计算机(16 位微机)，在微机中采用了微软公司开发的 MS-DOS(Disk Operating System)操作系统， 该操作系统在 CP/M 的基础上进行了较大的扩充，使其在功能上有很大的增强。1983 年 IBM 推出 PC/AT(配有 Intel 80286 芯片)，相应地，微软又开发出 MS-DOS 2.0 版本，它不仅能支持硬盘设备，还采用了树形目录结构的文件系统。1987 年又宣布了 MS-DOS 3.3 版本。从 MS-DOS 1.0 到 3.3 为止的 DOS 版本都属于单用户单任务操作系统，内存被限制在 640 KB。从 1989 年到 1993 年又先后推出了多个 MS-DOS 版本，它们都可以配置在 Intel 80386、80486 等 32 位微机上。从 20 世纪80 年代到 90 年代初，由于 MS-DOS 性能优越而受到当时用户的广泛欢迎，成为事实上的16 位单用户单任务操作系统标准。

单用户多任务操作系统单用户多任务操作系统的含义是，只允许一个用户上机，但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行，从而有效地改善了系统的性能。目前在 32 位微机上配置的操作系统基本上都是单用户多任务操作系统，其中最有代表性的是由微软公司推出的 Windows。1985 年和 1987 年微软公司先后推出了 Windows 1.0 和 Windows 2.0 版本操作系统，由于当时的硬件平台还只是 16 位微机，对 1.0 和 2.0 版本不能很好的支持。1990 年微软公司又发布了 Windows 3.0 版本， 随后又宣布了 Windows 3.1 版本， 它们主要是针对 386 和 486 等 32位微机开发的，较之以前的操作系统有着重大的改进，引入了友善的图形用户界面，支持多任务和扩展内存的功能，使计算机更好使用，从而成为 386 和 486 等微机的主流操作系统。

1995 年微软公司推出了 Windows 95，它较之以前的 Windows 3.1 有许多重大改进，采用了全 32 位的处理技术，并兼容以前的 16 位应用程序，在该系统中还集成了支持 Internet的网络功能。1998 年微软公司又推出了 Windows 95 的改进版 Windows 98，它已是最后一个仍然兼容以前的 16 位应用程序的 Windows，其最主要的改进是把微软公司自己开发的Internet 浏览器整合到系统中，大大方便了用户上网浏览，另一个特点是增加了对多媒体的支持。2001 年微软又发布了 32 位版本的 Windows XP，同时提供了家用和商业工作站两种版本，它是当前使用最广泛的个人操作系统。2001 年还发布了 64 位版本的 Windows XP。在开发上述 Windows 操作系统的同时，微软公司又开始开发网络操作系统 WindowsNT，它是针对网络开发的操作系统，在系统中融入了许多面向网络的功能1。

单处理器与多处理器操作系统的区别早期的计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器。程序员编写串行执行的代码，让其在CPU上串行执行，甚至每一条指令的执行也是串行的(取指令、取操作数、执行操作、存储结果)。为提高计算机处理的速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，ghostwin7前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令串行执行的问题，这两者都是最初计算机并行化发展的例子。随着硬件技术的进步，并行处理技术得到了迅猛的发展，计算机系统不再局限于单处理器和单数据流，各种各样的并行结构得到了应用。目前计算机系统可以分为以下4类。

(1)单指令流单数据流(SISD)。一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。

(2)单指令流多数据流(SIMD)。单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单元包括处理器和相关的数据存储，一条指令事实上控制了不同的处理器对不同的数据进行操作。向量机和阵列机是这类计算机系统的代表。

(3)多指令流肀数据流(MISD)。一个数据流被传送给一组处理器通过这一组处理器卜的不同指令操作最终得到处理结果。该类计算机系统的研究尚在实验室阶段。

(4)多指令流多数据流(MIMD)。多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令流。可以把MIMD系统划分为共享内存的紧密耦合MIMD系统和内存分布的松散耦合MIMD系统两大类2。