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第 6 章認識作業系統

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本章大綱 6 - 1 作業系統的功能

6 - 2 作業系統常見的相關概念

6 - 3 常見的作業系統

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6 - 1 作業系統的功能 作業系統在電腦上所扮演的角色：

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6 - 1 作業系統的功能 在圖表 6-1 中 , 我們可看出作業系統是電

腦硬體與使用者以及應用程式之間的媒介。使用者透過應用程式或作業系統來操控電腦硬體；作業系統再將執行的結果回應給使用者或應用程式。

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6 - 1 作業系統的功能 作業系統主要的功能有以下 3 項：

管理電腦的各種資源 , 如 CPU 、記憶體空間、檔案管理、輸入及輸出設備等。

提供使用者操作介面。 提供應用程式執行的環境及系統呼叫服

務。

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6 - 2 作業系統常見的相關概念 瞭解作業系統所扮演的功能之後 , 本節將

進一步探討作業系統常見的相關概念 , 例如何謂多工、多人使用、多處理器系統、開放原始碼等。

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6 - 2 - 1 單工及多工 作業系統依其是否能同時間執行多個應用

程式 , 區分為單工 (single-tasking) 及多工 (multi-tasking) 作業系統： 單工作業系統：作業系統同時間只能執

行一項程式 , 如果想執行其他的程式 , 只有當上一個程式執行完畢之後 , 才能接著執行。此方式的優點是作業系統的設計較簡單。

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6 - 2 - 1 單工及多工 多工作業系統：作業系統可同時執行多

項程式。此方式的好處是可充分運用電腦的資源 , 例如有些程式需要比較多的 CPU 運算時間 , 有的則是需要消耗較多的網路資源 , 如果這些程式同時被執行 , 將使電腦的資源能更充分地運用；對使用者而言 , 也能同時做多項工作。

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6 - 2 - 1 單工及多工 由於採用多工作業的作業系統 , 可以讓使

用者同時間做多件事情 , 而使系統能更有效率地執行 , 因此目前大部分的作業系統都已屬於多工作業系統 , 如 Unix 、 Linux 、Windows 等。早期的 DOS 作業系統則屬於單工的作業系統。

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6 - 2 - 1 單工及多工 在多工作業系統中 , 則又分成優先權式多

工 (preemptive multi-tasking, 或稱先佔式多工 ) 及非優先權式多工 (non-preemptive multi-tasking, 或稱非先佔式多工 ) 2 種：

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6 - 2 - 1 單工及多工 優先權式多工：多工作業時 , 作業系統

主動掌握每個程式對資源的使用情形 , 當該程式使用某資源的時間到期 , 作業系統就會強制地取回資源使用權 , 交給下一個程式。此方式的好處是：不會產生一個程式霸佔著某個資源不放 , 而導致其他程式無法使用此資源的情況。比較近期的作業系統大都採用優先權式多工 , 如 Unix 、 Linux 、 Windows XP 等。

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6 - 2 - 1 單工及多工 非優先權式多工：作業系統將資源分配

給應用程式之後 , 除非程式主動交回資源 , 否則並沒有權力把資源使用權取回。在這種模式之下 , 每個執行的程式必須互相合作 , 當不再使用某項資源時 , 即應把使用權交還給作業系統。採用非優先權式的多工作業系統如早期的 Windows 3.1 。

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6 - 2 - 2 單人與多人使用 作業系統依是否同時間允許多個使用者同

時執行程式 , 可分為單人 (single-user) 使用及多人 (multiuser) 使用的作業系統：

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6 - 2 - 2 單人與多人使用 單人使用的作業系統：作業系統同時間

只允許一個使用者執行程式。值得注意的是 , 有些作業系統雖然允許不同的使用者以各自的帳號登入 , 但同時間仍只讓一個使用者登入並執行程式 , 這種多帳號的作業系統仍被視為單人使用的作業系統。單人使用作業系統的好處是作業系統設計上比較簡單 , 不需要考慮資源的管理與保護問題。

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6 - 2 - 2 單人與多人使用 多人使用的作業系統：允許多個使用者同

時間執行程式 , 各自使用自己的鍵盤、滑鼠及螢幕 , 但其他電腦的資源 ( 如 CPU 、記憶體、磁碟空間等 ) 則共用。在此種作業系統下 , 作業系統需針對共享的資源做適當的保護與管理。

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6 - 2 - 2 單人與多人使用 多人使用作業系統的優點 , 當然是作業系

統的功能更形強大 , 能充分利用系統資源 , 也不會發生有人正在使用電腦 , 其他人便無法使用的窘境。而一個運作良好的多人使用作業系統 , 應該要讓使用者執行程式時 , 彷彿就只有他一個人在執行一樣順暢。

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6 - 2 - 2 單人與多人使用 比較早期的作業系統 , 例如 DOS, 是屬於

單人使用的作業系統 , 而 Windows 95 、98 、Me 系列雖然可允許用不同的帳號登入 , 但同時間仍只允許一個使用者登入執行程式 , 因此仍被視為單人使用的作業系統。一些比較著重網路功能的作業系統 , 如 Unix 、 Linux 、 Windows XP 等 , 則屬於多人使用的作業系統。

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6 - 2 - 3 命令列與圖形操作介面 依使用者操作介面為文字模式或圖形模式 ,

可分為命令列操作介面 (command-lineinterface) 及圖形操作介面 (graphical user interface) 2 種：

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6 - 2 - 3 命令列與圖形操作介面 命令列操作介面：以文字模式呈現 , 需

由鍵盤輸入指令 , 方能執行所需要的功能。由於命令列操作介面並不需花時間在視窗呈現的運算上 , 因此程式執行時 , 能有較好的效能。

圖形操作介面：以視窗圖形模式呈現程式及各種電腦資源 , 並以滑鼠為主、鍵盤為輔的方式執行程式。此操作介面的優點是能讓使用者方便地執行程式。

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6 - 2 - 3 命令列與圖形操作介面 早期的作業系統 , 在電腦圖形處理的性能仍未臻理想的情況下 , 多採用命令列操作介面 , 例如 DOS 作業系統。而後來的作業系統 , 則大多已採用圖形模式操作介面 , 例如 Windows 、Mac OS 。

由於命令列及圖形操作介面分別有高效率及方便性佳的特點 , 因此有的作業系統 ( 例如 Linux) 則是採取兩種操作模式並存的方式 , 讓使用者自行選擇採用哪一種操作介面執行程式：

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6 - 2 - 3 命令列與圖形操作介面

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6 - 2 - 3 命令列與圖形操作介面

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6 - 2 - 4 單處理器與多處理器系統 一般的電腦大都只會安裝一顆 CPU, 不過 ,

有些電腦為了有更好的執行能力 , 會採用支援多 CPU 的主機板 , 並同時插上 2 顆以上的 CPU 。此時依搭配使用的作業系統是否支援多個 CPU, 可區分為單處理器系統 (single processor system) 及多處理器系統 (multiprocessor system)：

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6 - 2 - 4 單處理器與多處理器系統

單處理器系統：作業系統只適用於一個 CPU 的系統。此系統的好處是設計上較為簡單。

多處理器系統：作業系統可在多 CPU 的主機上執行 , 並充分利用每個 CPU 的運算能力。此種系統可將同時間執行的多個程式指派給不同的 CPU 執行 , 以加快程式的執行速度。

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6 - 2 - 4 單處理器與多處理器系統 目前常用於商業用途的作業系統 , 如 Unix 、

Linux 、 Windows NT / 2000 / Server 2003 / XP 等 , 都已支援多處理器系統；而 Windows 95 / 98 / Me 、 DOS 則屬於單處理器系統。

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6 - 2 - 5 開放原始碼與封閉原始碼 目前市面上流行的軟體 , 依其是否有公開

程式的原始碼 (source code), 可分為開放原始碼 (open source) 及封閉原始碼 (closed source) 2 種：

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6 - 2 - 5 開放原始碼與封閉原始碼

開放原始碼：軟體在推出時 , 會一併公開程式的原始碼。這種方式的特色是：每個人都可取得程式的原始碼 , 只要有意願 , 便可以加以修改 , 推出符合自己需求且功能更適合的程式。開放原始碼軟體的好處是可以集合眾人之力來發展軟體 , 如果參與的人數夠多 , 便可促使軟體快速發展。

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6 - 2 - 5 開放原始碼與封閉原始碼

封閉原始碼：軟體推出時 , 並不會公開程式的原始碼。因此如果想要軟體有什麼新功能 , 其他人並無法自行修改原始碼 , 只能希望軟體開發者於下一版推出時更新。封閉原始碼的優點是如果軟體銷售量不錯 , 軟體開發者將可以得到相當好的報酬。

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6 - 2 - 5 開放原始碼與封閉原始碼 目前個人電腦的作業系統中 , Windows 是

屬於封閉原始碼的作業系統 , 這幾年興起的 Linux 則是開放原始碼的作業系統。也由於一般人都可以用很低廉的價格取得 Linux 作業系統及其上的大部分應用程式 , 因此 , Linux 的使用人口越來越多 , 也導致更多組織及個人投入開發 Linux 應用程式的行列 , 使得 Linux 佔有率逐步上升。

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6 - 3 常見的作業系統6 - 3 - 1 D O S DOS (Disk Operating System) 是早期 X86

(286 、 386...) 個人電腦常安裝的作業系統。它只有命令列操作介面 , 使用者必須記住命令名稱 , 才能下達操作命令。

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6 - 3 - 1 D O S隨著微軟公司推出具圖形介面的 Windows

作業系統之後 , DOS 也逐漸失去了它的市場。不過 , 有些公司行號 ( 如小說、錄影帶出租店 ) 的電腦系統 , 由於並不需要繁複的視窗系統 , 所以偶爾還是可以見到它的蹤跡。

此外 , Windows 作業系統也有 MSDOS 模式或命令提示字元程式 , 提供一個模擬 DOS 的環境 , 讓您能下操作命令。

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6 - 3 - 1 D O S

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6 - 3 - 2 Windows 95/98/Me/XP微軟公司有鑑於電腦性能的日漸提升 , 以

及 Mac OS 視窗作業系統的頗受好評 , 於1995 年 8 月 24 日推出了 Windows 95 視窗作業系統英文版 , 並隨後於 11 月 28 日發表中文版的 Windows 95 。 Windows 95 是一個內建上網能力 , 及多工的作業系統 , 除了具有友善的操作介面之外 , 也結合了視聽娛樂的功能 , 從此以後 , 一般人學電腦再也不用記憶繁瑣的指令 , 使得電腦開始普及到一般家庭。

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6 - 3 - 2 Windows 95/98/Me/XP 這幾年下來 , 微軟公司不斷地推出新的 Wi

ndows 版本 , 從 Windows 98 、 Windows 98 SE 到 Windows Me 。 2001 年年底 , 此系列則推出了 Windows XP, 爾後並於 2004年 9 月推出了 Windows XP 的更新檔案集 Service Pack 2 (SP2), 修正安全漏洞及強化資源安全 , 同時支援無線上網的技術 , 讓讀者享受更安全、可靠的 Windows XP 。

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6 - 3 - 2 Windows 95/98/Me/XP

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6 - 3 - 3 Windows NT/2000/Server 2003除了適用於個人使用的 Windows 95/98/Me/XP 作業系統之外 , 微軟公司也有另一套 Windows NT (New Technology) 作業系統。此作業系統的特點是系統穩定性更高、對網路有極妥善的支援 , 因此相當適合企業或學校單位用來控管區域網路環境 , 或當伺服器使用。

Windows NT 系列的發展 , 從 Windows NT 3.5 、 4.0 、 2000 到 Windows Server 2003, 功能更加完整。

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6 - 3 - 3 Windows NT/2000/Server 2003

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6 - 3 - 4 Unix/Linux/FreeBSD Unix 是 1960 年代末期 , 貝爾實驗室所發展的作業系統 , 它是一個性能優異 , 可允許多人同時登入使用、多工的作業系統。最早期的 Unix 只有文字模式介面 , 經過幾年下來的發展 , Unix 也有了視窗圖形介面 ― X Window 。

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6 - 3 - 4 Unix/Linux/FreeBSD 不過 , 隨著 Unix 不斷的演進 , 也有不同

的單位發展自己的系統 , 而使得 Unix 有了許多種分支 , 例如耳熟能詳的 Solaries 、AIX、 HP-UX 等。 Linux 與 FreeBSD 同樣也是 Unix 的分支之一 , 它們的特色是可免費取得並可安裝於個人電腦上。如果想更進一步瞭解 Unix 及 Linux 作業系統 , 請參考第 8 章的介紹。

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6 - 3 - 4 Unix/Linux/FreeBSD

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6 - 3 - 5 Mac OSMac OS (Macintosh OS) 由蘋果電腦公司

於 1984 年所推出 , 是專門為麥金塔電腦所發展的作業系統。它也是最早使用視窗圖形環境的作業系統 , 當時微軟公司尚未推出 Windows 作業系統 , Mac OS 在市場上可謂引領風騷。

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6 - 3 - 5 Mac OS麥金塔電腦在圖形處理方面比個人電腦還

好 , 許多設計工作者、電腦繪圖人員皆鍾情於麥金塔電腦。不過由於麥金塔電腦和一般主流的 Intel 個人電腦不相容 , 使得 Mac OS 也無法全面普及。目前 Mac OS 的最新版本可分為單機使用的 Mac OS X Tiger 以及伺服端使用的 Mac OS X Server 10.4 。

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6 - 3 - 5 Mac OS

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6 - 3 - 6 Palm OS/WinCE隨著行動數位時代的來臨 , 隨身帶著電腦

使用 , 已成了目前的趨勢。不過 , 桌上及筆記型電腦的體積仍稍嫌大了一點 , 因此便產生了攜帶方便 PDA 掌上型電腦的需求。目前 PDA 所使用的作業系統 , 市場佔有率最高的主要有 Palm OS 及 WinCE 等 2 種。

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6 - 3 - 6 Palm OS/WinCE Palm OS 最早是 3Com 公司在 PalmPilo

t PDA 機型上所使用的作業系統 , 由於在推出後 , 廣受市場歡迎 , 後來 PDA 部門便獨立成 Palm 公司 , 增強了外觀的設計與實用功能 , 而引起其他公司的注目。 Palm 公司後來同意將 Palm OS 授權給其他硬體廠商 , 讓他們也能生產使用 Palm OS 的 PDA 。這也造成了許多大廠 , 例如 SONY 、Handspring 、 HandEra 等公司競相推出使用 Palm OS 的 PDA 。

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6 - 3 - 6 Palm OS/WinCE

由於 PDA 的訴求就是個人隨身使用 , 因此 Palm OS 是單人單工的作業系統。在 3.3 以前的版本 Palm OS 都是單色的操作環境 , 而自 3.5 版開始 , 則支援了彩色顯示。

有鑑於 PDA 的盛行 , 微軟也推出了適用於掌上型電腦的作業系統 ― WinCE, 以搶奪市場大餅。 WinCE 內建一般人常用的應用軟體 ( 如 Word 、 Excel 簡化版 ), 因操作方式類似 Windows, 相當容易上手 , 因此市場佔有率不斷地攀升。

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6 - 3 - 6 Palm OS/WinCE