CH03作業系統概論 什麼是作業系統 作業系統的主要功能 作業系統的核心程式 作業系統的演進歷史 常見流行的作業系統

3-1 作業系統簡介 CH01 電腦基本架構

作業系統的誕生 光有電腦硬體，不易使用 衍生『作業系統』需求 提供方便使用者執行程式平台 有效使用各種電腦硬體資源 CH03 作業系統概論

作業系統 介於電腦硬體與使用者應用軟體之間的程式 由眾多相關程式所組成 程式（或軟體）可以區分為 系統程式：作業系統、公用程式、程式開發工具、資料庫管理系統 應用程式：文書編輯軟體 Word 、影像處理軟體 PhotoImpact CH03 作業系統概論

作業系統 CH03 作業系統概論

作業系統主要功能 提供應用軟體執行的平台 分配與管理系統資源 提供使用者操作介面 命令列 操作介面 圖形化使用者介面 CH03 作業系統概論

命令列 操作介面 MS-DOS的命令列操作介面 CH03 作業系統概論

圖形化使用者介面 Windows 7 的圖形化使用者介面 CH03 作業系統概論

核心程式 又稱為監督程式 負責協調與控制電腦資源的管理 維持作業系統正常運作 必要時會將其它作業系統程式載入記憶體內執行 CH03 作業系統概論

核心程式 CH03 作業系統概論

電腦開機過程 唯讀記憶體（ROM）內含一組基本的輸出入函式，稱為基本輸出入系統（basic input output system，簡稱 BIOS），其內含引導程式（bootstrap program） 開機時，BIOS 先檢查電腦硬體，後執行引導程式。 引導程式將磁碟（或光碟，或其他儲存媒體）內的作業系統核心程式載入到記憶體中，然後將CPU的執行權移交給核心程式 CH03 作業系統概論

電腦開機過程 CH03 作業系統概論

3-2 作業系統的演進 CH01 電腦基本架構

作業系統演進與電腦硬體發展關係 CH03 作業系統概論

批次處理系統 第一代電腦由真空管所構成，運算數度慢，記憶體容量小，能執行的工作少。作業系統的概念尚未形成，需人為操作電腦。 第二代電腦採用電晶體，體積小、速度快、可靠度高。 發明工作控制語言，指定程式執行的順序以及所需使用的系統函式庫，自動執行，無須人為介入，提升電腦使用效率 CH03 作業系統概論

批次處理系統 將相同或類似的工作排在一起，稱為一個批次，然後由電腦分批執行，稱為批次處理 構成作業系統的雛形 屬於單工系統，一次只能服務一位使用者 往返時間是使用者開始提交工作，直到完成所需時間，評估批次處理系統的重要指標 CH03 作業系統概論

批次處理系統 CH03 作業系統概論

工作控制語言範例 IBM OS/360的工作控制語言 CH03 作業系統概論

多元程式處理系統 第三代電腦採用積體電路（IC）技術，可將數百個電晶體放在一個矽晶片內，體積更小，速度更快，記憶體容量更大。 因記憶體容量變大，發展多元程式處理系統讓多個工作可以同時載入記憶體中。 當某一個工作進行 I/O動作時（例如工作1），CPU就會切換到記憶體內的另一個工作（例如工作2）。待工作1的I/O結束後，即可重新獲得CPU，繼續執行。 CH03 作業系統概論

多元程式處理系統 CH03 作業系統概論

分時系統 使用者可與電腦互動 將CPU時間切割成許多小段，稱為時間片段 工作輪流在其時間片段內執行其程式，當時間片段用完，工作尚未結束，就在下一輪繼續執行其程式，一直到工作結束為止。 若時間片段尚未用完，程式就已結束或是進行I/O動作，CPU會接著執行下一個工作，不會閒置。 CH03 作業系統概論

分時系統 為多工系統 又稱為互動式系統 回應時間是指使用者輸入命令或資料後，直到電腦回覆該命令或資料執行的結果所需的時間。 回應時間當然是越短越好，系統就越成功。 CH03 作業系統概論

分時系統 CH03 作業系統概論

多處理器系統 1970年代開始，超大型積體電路（ VLSI）為第四代電腦所採用，由於積體電路技術的進步，數以千計的電晶體可以放進一個晶片內。 VLSI的特性是體積更小、CPU運算數度更快、記憶體容量更大、穩定性更高、價格更低廉。 將多個CPU處理器放入一部電腦中，讓這些處理器能同時對於一個工作分工執行，以縮短程式執行的時間，稱之為多處理器系統。 CH03 作業系統概論

多處理器系統 CH03 作業系統概論

多處理器系統 這些CPU可以同時執行工作，緊密溝通，共用匯流排、時脈、記憶體及周邊設備等。 因其可以同時執行工作，又稱為平行系統。 CPU同時運算，產量（throughput）提昇。 共用周邊設備，節省成本。 CH03 作業系統概論

多處理器系統 電腦的可靠度增加 若某個CPU損壞，電腦不會因此而當機，原本損壞的CPU所執行的工作，可由其他CPU接手來執行，因而只造成系統的執行效率降低而已，這稱為優雅衰減 依硬體結構可分為 對稱性多處理器系統 非對稱性多處理器系統 CH03 作業系統概論

即時系統 在很多的應用中，電腦系統對於輸入訊號的處理，其回應時間非常重要，必須在規定的時間內做出反應，否則會面臨極度的危險，例如汽車的防鎖死煞車系統（ABS），稱之為即時系統。 CH03 作業系統概論

即時系統 即時系統又可以分為硬即時和軟即時兩種形式。 硬即時系統的要求非常嚴苛，即時工作必須在回應時間內完成。一般而言，與安全相關的系統均屬於硬即時系統。 軟即時系統的要求比較寬鬆，即時工作的執行擁有最高的優先權即可，直到執行完畢為止，若沒有在回應時間內完成，只是造成系統的效能變差，不會影響系統的執行。 CH03 作業系統概論

硬即時系統 CH03 作業系統概論

分散式系統 由於網路的誕生，一個工作可以分成幾個部分，透過網路連結，分派給網路上不同的電腦執行，最後再將結果，經由網路，彙整回來，這就是所謂的分散式系統 透過網路連結，彼此可以共享資源、交換訊息、和分工合作 CH03 作業系統概論

分散式系統 最大特點是透通性，使用者不需要知道他的工作分配在哪些電腦執行，甚至他的資料放在網路上的哪些電腦也不用瞭解 在分散式系統中，每個電腦都有自己的區域記憶體，就多處理器系統而言，分散式系統是屬於鬆散耦合系統。 CH03 作業系統概論

分散式系統 CH03 作業系統概論

嵌入式系統 由於VLSI技術進步，微處理器體積越來越小、運算速度越來越快、價格越來越低廉，這些因素，使得電腦在我們的生活周遭無所不在。 舉凡洗衣機、冷氣機、微波爐、MP3、音響、智慧型家電、遊樂器、醫療儀器，還有前面所提及汽車內的ABS系統，都含有微處理器的身影，稱為嵌入式系統。 CH03 作業系統概論

嵌入式系統 它隱藏在其它的系統之中，有其特殊的用途，而非當成一般通用處理器來使用。 此種系統沒有或只有少許介面，功能有限且原始，主要作為監控硬體，多媒體的壓縮／解壓縮等遊樂之用。 CH03 作業系統概論

嵌入式系統— Neuro/Fuzzy的智慧型洗衣機 CH03 作業系統概論

手持式系統 因應行動計算時代來臨，將電腦體積越做越小，方便手持攜帶，例如：個人數位助理（PDA）與3G手機等，支援隨時可以進行計算的作業系統，稱為手持式系統 CH03 作業系統概論

手持式系統 此系統因受限於體積的關係，一般記憶體較少、CPU運算速度較慢、螢幕較小 另外，因為使用電池關係，供電時數有限 CH03 作業系統概論

手持式系統—智慧型3G手機 CH03 作業系統概論

3-3 常見作業系統 CH01 電腦基本架構

常見作業系統 Unix Linux MS-DOS Windows Mac OS Windows Embedded/Mobile Android iOS CH03 作業系統概論

Unix 起源 1965年，由麻省理工學院（MIT）、奇異公司（GE）、與AT&T貝爾實驗室（Bell Labs）共同合作MULTICS計畫，期望能在中大型主機上，開發一套交談式操作介面，提供1000部終端機及300人使用的作業系統，計畫失敗。 當時參與計畫的貝爾實驗室成員Ken Tompson與另外一位科學家Dennis Ritchie共同合作，於1971年針對迪吉多公司（DEC）的PDP-7迷你電腦，開發了一個全新的多使用者分時作業系統Unix。 CH03 作業系統概論

Unix 後來移植到PDP-11時，發現其組合語言程式碼必須大幅改寫。 兩人將早期的B語言改編為C語言（最原始的C語言，其版本稱為K＆R C）。 在1973年時，使用C語言重寫了Unix的原始碼。 此為世界上第一個使用高階程式語言撰寫的作業系統。 CH03 作業系統概論

Unix 1970年代晚期，貝爾實驗室將Unix系統贈送給許多大學，使它成為學生最熟悉的系統。 隨著Unix系統不斷演進，也發展出許多不同分支，例如：AIX、HP-UX、Solaris、FreeBSD、System V、和Linux等。 早期Unix為命令列操作介面，後來也提供圖形化使用者介面，如X-Window和Motif。 CH03 作業系統概論

Unix 主從式架構為Unix系統的主要貢獻之一，將作業系統分成伺服器版本與用戶端版本。 前者安裝於伺服器上，負責管理資源，並提供服務。 後者安裝在用戶端，負責與使用者溝通。 由於Unix系統具有高穩定性、高移植性、多人多工、和高安全性等優點，到目前為止，仍為各大學及企業所使用。 CH03 作業系統概論

Linux之前 1979年起，微軟曾先後發展過16位元及32位元個人電腦上的Unix系統，稱為Xenix，但於1987年，因開發OS/2關係，而將Xenix轉讓給SCO公司，後稱為SCO Unix。 1984年，Andrew Tanenbaum教授為了教學之便，自己親自撰寫了一個在個人電腦上面執行的Unix-like核心程式，稱為Minix，於1986年完成。並於次年，出版了Minix相關書籍和原始程式碼，於是學生開始有了學習Unix核心程式設計的機會。 CH03 作業系統概論

Linux起源 1991年，芬蘭赫爾辛基大學的學生Linus Torvalds以Unix為基礎，參考Minix，開發出一套安裝在個人電腦上的作業系統，稱為Linux。 當Linux的核心程式公佈在Internet後，得到全世界程式設計人員的支持，紛紛投入Linux的強化功能，讓Linux系統得以和各種周邊設備相容並日趨穩定。 CH03 作業系統概論

Linux—開放原始碼 Linux採用開放原始碼的方式推廣，軟體原創者將其Beta測試版本、原始程式碼、及相關文件公佈於Internet上，讓其他人免費下載、安裝與使用。 若有人發現錯誤或不符合需求，可以將之加以修改或強化功能，並將這些改變告訴原創者。 原創者會將之整合至更新的版本，繼續公佈於Internet，接受更多人的建議。 CH03 作業系統概論

Linux安裝套件 Linux僅具有核心程式與其提供的工具 很多商業公司或非營利團體，將Linux的核心程式與工具和其他軟體整合起來，加上自己具有創意的工具程式，便成為可完整安裝套件，透過光碟/DVD或者網路直接安裝/管理Linux系統。 Linux的安裝套件非常多，例如：Red Hat, SuSE, Ubuntu, Fedora, Debian等。 CH03 作業系統概論

MS-DOS起源 1980年，西雅圖電腦產品公司一名24歲的程式設計師Tim Paterson，花了4個月的時間，撰寫出了86-DOS作業系統。 1981年7月，微軟向該公司購得全部版權，並將之更名為MS-DOS。 隨後，IBM公司發佈了第一台個人電腦，當時採用的作業系統是86-DOS，微軟很快改進了MS-DOS，並使它成功地成為IBM PC所採用的作業系統。同年8月，正式發佈MS-DOS 1.0。 CH03 作業系統概論

MS-DOS MS-DOS為單一使用者的作業系統，一次只能執行一個程式。因此，在CPU和記憶體方面的管理需求較少，反而是需要對於磁碟提供較多的管理，故而稱為磁碟作業系統（DOS）。 採用命令列操作介面，使用者必須透過鍵盤輸入指令，才能讓電腦工作。 曾在個人電腦的作業系統世界叱吒風雲10年時間，後為Windows視窗作業系統所取代。 CH03 作業系統概論

MS Windows起源 在386/486 PC時代，MS-DOS在個人電腦的作業系統佔有率已達90%以上。但是蘋果公司的麥金塔電腦（Mac)，其方便的圖形化使用者介面作業系統，帶給微軟壓力，迫使微軟開始將MS-DOS改版為圖形化的視窗介面。 1990年代，微軟推出的Windows 3.0及其以後的3.1和3.11算是成功的產品。但是Windows 3.x其實算不上是作業系統，它必須在MS-DOS上，再執行Windows軟體。所以，它只是一個MS-DOS上的圖形化介面而已。 CH03 作業系統概論

MS Windows 3.x Windows 3.x是一個非先佔式多工系統，系統不會強制分配CPU時間，必須等待執行的程式自己釋放CPU後，其他程式才能夠取得CPU的使用權。 因此，在Windows 3.x下，若其中有某個程式當掉（例如跑無窮迴圈，霸佔CPU），其他程式因無法取得CPU，也無法執行，導致整個系統當機，必須重新啟動電腦，造成使用者的困擾。 CH03 作業系統概論

MS Windows 95/98/Me 1995年，微軟發行的Windows 95視窗作業系統，是一套完整的作業系統。 之後又推出Windows 98及Windows Me等，都屬於個人及家庭用戶的作業系統。 Windows 95系統支援32位元的應用程式，採用先佔式多工，CPU的使用權由作業系統來分配。因此，不會造成Windows 3.x下，某個程式當掉而造成整個系統當機的問題。 CH03 作業系統概論

MS Windows 95 Windows 95在使用者介面的設計非常成功，它提供了檔案總管來管理檔案系統的目錄結構，讓使用者可以輕鬆使用滑鼠及鍵盤進行目錄及檔案的複製、搬移、刪除等操作。 Windows 95成功地推出後，再搭配Office辦公室應用軟體，使得微軟成為世界最大的軟體公司。 CH03 作業系統概論

MS Windows 98/Me 1998年Windows 98，強化了與周邊設備的相容性。隨插即用是Windows 98的最大特色，它簡化了周邊設備驅動程式的安裝。 此外，Windows 98也加入了當時推出的各種介面標準，例如USB裝置、紅外線傳輸、與多重螢幕等。 2000年Windows Me，在多媒體方面做了一些改良，讓Windows Me成為一個家用的多媒體電腦。 CH03 作業系統概論

MS Windows NT/2000 微軟為了在企業電腦市場和獨霸一方的Unix系統相競爭，推出第一個主從式架構的作業系統Windows NT，其穩定性高，且更安全。 Windows NT Server為伺服器版本 Windows NT Workstation為用戶端版本。 Windows NT Server後來改版為Windows 2000 Server、Windows 2003 Server、Windows Server 2008。 Windows NT Workstation後來改版為Windows 2000 Professional、Windows XP Professional、Windows Vista、和Windows 7。 CH03 作業系統概論

MS Windows XP 2001年，微軟推出的Windows XP，屬於個人電腦的作業系統，旨在取代穩定性低的Windows 95/98/Me系統。 XP採用Windows 2000的核心，穩定性高，並結合Me的數位影音功能，大幅修正使用者介面，讓XP更具有親和力。 XP的推出尚稱成功，唯一令人詬病的是其安全性不足，漏洞過多。 CH03 作業系統概論

MS Windows Vista 為了彌補XP的缺憾，2007年Windows Vista問世，期望能夠達到更強的安全性、新的資料整理方式、以及更方便的外部裝置連結，並有更新的視覺效果。 雖然微軟極力推廣Vista以取代XP，但因Vista的軟體相容性過低和硬體要求過高等問題，結果不如預期。 CH03 作業系統概論

MS Windows 7 由於Vista推廣不順，2009年，微軟提早推出Windows 7。 延續了Vista的操作模式，並成功地解決了Vista的問題。 就軟體相容性的問題而言，Windows 7可透過XP Mode執行XP的應用程式。 就硬體要求過高的問題而言，Windows 7比Vista對於硬體的要求要低很多。 Windows 7具有Vista的所有功能，並且提供了一些額外的功能，包含捷徑清單、家用群組、遠端媒體串流、與觸控螢幕的支援等優點，逐漸取代XP，成為目前個人電腦最流行的作業系統之一。 CH03 作業系統概論

Mac OS 1984年，蘋果公司即推出圖形化使用者介面的Mac OS，當成自家麥金塔電腦的作業系統。 到目前為止，麥金塔電腦的圖形處理能力仍比個人電腦還要好，因此大多數繪圖、排版、平面設計的美工專業人員，仍舊喜愛使用麥金塔電腦來工作。 1998年推出Mac OS 8及後來1999年的Mac OS 9都頗受好評。 因麥金塔電腦的軟硬體與個人電腦PC不相容，導致Mac OS的市佔率偏低。 CH03 作業系統概論

Mac OS X 因為麥金塔電腦在網路及伺服器功能都比較弱，在2001年，蘋果公司以Unix作業系統為基礎，開發了一套全新的Mac OS X，不但具有Unix分時多工的優點，並仍保持原有強大的多媒體處理能力，使得Mac OS成為具有主從架構與多媒體工作站的作業系統。 蘋果公司借鏡微軟NT的搭配原則，客戶端使用Mac OS X 10.1，伺服端使用Mac OS X Server 10.1。 主要缺點是Mac OS X仍舊與個人電腦不相容。 CH03 作業系統概論

Mac OS X X是羅馬數字的10，蘋果公司將10.x版的作業系統，皆稱之為Mac OS X，並以大型貓科動物來命名。 2005年Mac OS X 10.4 虎（Tiger）之後的版本，可安裝於雙核心的Power Mac G5（使用PowerPC處理器）及iMac機種（使用Intel處理器）。 2008年Mac OS X 10.6雪豹（Snow Leopard）起，僅支援Intel CPU的Mac。 使用Intel多核心CPU的麥金塔電腦，也能夠安裝Windows作業系統，使得蘋果公司的Mac OS逐漸受到更多使用者的喜愛。 CH03 作業系統概論

Windows Embedded 微軟針對嵌入式系統推出一系列的作業系統 Windows Embedded CE 適用於工業控制器、銷售點終端機、通訊集線器、數位相機、資訊家電、互動式電視、Pocket PC、網路電話、和醫療設備等產品。 Windows XP Embedded 適用於機上盒、精簡型用戶端設備等產品。 Windows Embedded for Point of Service 適用於零售業周邊裝置如：提款機、發票機、和掃瞄器等。 CH03 作業系統概論

Windows Mobile Windows Mobile是微軟針對Pocket PC、Smartphone（智慧型手機）等行動裝置所設計的作業系統，提供了無線傳輸、通訊錄、電子郵件、簡訊服務等功能。 Pocket PC還內建行動版的Office，例如：Word Mobile、Excel Mobile、PowerPoint Mobile Viewer。 使用者可以在Pocket PC上編輯Office文件，然後透過無線傳輸，和桌上型電腦同步。 CH03 作業系統概論

Android 以Linux為基礎的開放手持式設備平台作業系統。 由Andy Rubin所創辦，最初只支援手機。 2005年為Google收購，2007年Google與33家廠商組成開放手持裝置聯盟，共同開發改良Android系統，並從智慧型手機，逐步擴展到平板電腦及其他領域上。 Android手機提供無線傳輸、通訊服務、簡訊服務、電子郵件、網頁瀏覽、影音多媒體、遊戲等附加功能。 CH03 作業系統概論

Android 可搭載多項Google線上服務，例如：Google Map、Google Mail、Google Talk等。 2009年，Google也推出Android Market線上應用程式商店，使用者可以在該平台網頁搜尋、購買、下載、及評級個人或公司所開發之應用程式。 CH03 作業系統概論

iOS iOS是蘋果公司為iPhone所開發的作業系統，它主要是給iPhone、iPod touch、iPod，以及Apple TV使用。 它與Mac OS X一樣，都是以Unix為基礎的作業系統，其許多開發工具和開發技術都來自於Mac OS X。 原本名稱為iPhone OS，在2010年，改名為iOS。 支援多點觸控直接操作，控制方法包括滑動、輕觸開關、及按鍵。 CH03 作業系統概論

iOS 與系統互動包括滑動、輕按、擠壓、及旋轉。 透過內部的三軸旋轉加速器，可以令其旋轉裝置改變其Y軸，自動使螢幕改變方向，使iPhone更便於使用。 蘋果公司也為其iPhone、iPod touch、和iPod等產品用戶，創建App Store服務網站，用戶可以購買、下載應用程式。 CH03 作業系統概論