精簡指令集計算機作業系統

作業系統是控制和管理計算機系統的資源，合理地組織計算機工作流程以及方便用戶的軟體。精簡指令集計算機作業系統是指運行在精簡指令集計算機上的作業系統。按作業系統運行的設備來分類，可以分為運行在PC端作業系統、伺服器端和移動端作業系統。

基本介紹

• 中文名：精簡指令集計算機作業系統
• 外文名：Simplifying the instruction set computer operating system
• 領域：計算機
• 指令類別：精簡指令集
• 有關術語：作業系統
• 設備：PC端、移動端、伺服器端

簡介

精簡指令集計算機作業系統是指作業系統運行的計算機中處理器採用精簡指令設計的。精簡指令集計算機作業系統有多種：Linux作業系統、Windows作業系統和Unix作業系統。不同的作業系統主要部署的計算機設備有很大區別，Windows作業系統主要運行在精簡指令集個人計算機中，Linux作業系統主要運行在移動設備（移動智慧型終端作業系統）和伺服器端；Unix主要運行在伺服器上。

常見作業系統

Android作業系統

Android是一種基於Linux的自由及開放原始碼的作業系統，主要使用於移動設備，如智慧型手機和平板電腦，由Google公司和開放手機聯盟領導及開發。尚未有統一中文名稱，中國大陸地區較多人使用“安卓”或“安致”。Android作業系統最初由Andy Rubin開發，主要支持手機。2005年8月由Google收購注資。2007年11月，Google與84家硬體製造商、軟體開發商及電信營運商組建開放手機聯盟共同研發改良Android系統。隨後Google以Apache開源許可證的授權方式，發布了Android的原始碼。第一部Android智慧型手機發布於2008年10月。Android逐漸擴展到平板電腦及其他領域上，如電視、數位相機、遊戲機等。2011年第一季度，Android在全球的市場份額首次超過塞班系統，躍居全球第一。 2013年的第四季度，Android平台手機的全球市場份額已經達到78.1%。 [1] 2013年09月24日谷歌開發的作業系統Android在迎來了5歲生日，全世界採用這款系統的設備數量已經達到10億台。

UNIX作業系統

UNIX作業系統（尤尼斯），是一個強大的多用戶、多任務作業系統，支持多種處理器架構，按照作業系統的分類，屬於分時作業系統，最早由KenThompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy於1969年在AT&T的貝爾實驗室開發。它的商標權由國際開放標準組織所擁有，只有匹配單一UNIX規範的UNIX系統才能使用UNIX這個名稱，否則只能稱為類UNIX（UNIX-like）。

Unix的前身為1964年開始的Multics，貝爾實驗室 （Bell Labs）1965年時，加入一項由通用電氣（General Electric）和麻省理工學院（MIT）合作 的計畫；該計畫要創建一套多用戶、多任務、多層次（multi－user、multi－processor、multi－level）的MULTICS作業系統。貝爾實驗室參與了這個作業系統的研發，但因為開發速度太慢，1969年貝爾實驗室決定退出這個計畫。貝爾實驗室的工程師，肯·湯普遜和丹尼斯·里奇，在此時自行開發了Unix。

此後的10年，Unix在學術機構和大型企業中得到了廣泛的套用，當時的UNIX擁有者AT&T公司以低廉甚至免費的許可將Unix源碼授權給學術機構做研究或教學之用，許多機構在此源碼基礎上加以擴充和改進，形成了所謂的“Unix變種”，這些變種反過來也促進了Unix的發展，其中最著名的變種之一是由加州大學柏克萊分校開發的柏克萊軟體包(BSD)產品。

後來AT&T意識到了Unix的商業價值，不再將Unix源碼授權給學術機構，並對之前的Unix及其變種聲明了著作權權利。BSD在Unix的歷史發展中具有相當大的影響力，被很多商業廠家採用，成為很多商用Unix的基礎。其不斷增大的影響力終於引起了AT&T的關注，於是開始了一場持久的著作權官司，這場官司一直打到AT&T將自己的Unix系統實驗室賣掉，新接手的Novell採取了一種比較開明的做法，允許柏克萊分校自由發布自己的Unix變種，但是前提是必須將來自於AT&T的代碼完全刪除，於是誕生了4.4 BSD Lite版，由於這個版本不存在法律問題，4.4 BSD Lite成為了現代柏克萊軟體包的基礎版本。儘管後來，非商業版的Unix系統又經過了很多演變，但其中有不少最終都是創建在BSD版本上（Linux、Minix等系統除外）。所以從這個角度上，4.4 BSD 又是所有自由版本Unix的基礎，它們和System V及Linux等共同構成Unix作業系統這片璀璨的星空。

BSD使用主版本加次版本的方法標識，如4.2、4.3BSD，在原始版本的基礎上還有派生版本，這些版本通常有自己的名字，如4.3BSD-Net/1，4.3BSD-Net/2等。BSD在發展中也逐漸派生出3個主要的分支：FreeBSD、OpenBSD和NetBSD。

此後的幾十年中，Unix仍在不斷變化，其著作權所有者不斷變更，授權者的數量也在增加。Unix的著作權曾經為AT&T所有，之後Novell擁有獲取了Unix，再之後Novell又將著作權出售給了聖克魯茲作業，但不包括智慧財產權和專利權（這一事實雙方尚存在爭議）。有很多大公司在獲取了Unix的授權之後，開發了自己的Unix產品，比如IBM的AIX、HP的HP-UX、SCO的Openserver、SUN的Solaris（被Oracle收購）和SGI的IRIX。

Unix因為其安全可靠，高效強大的特點在伺服器領域得到了廣泛的套用。直到GNU/Linux流行開始前，Unix也是科學計算、大型機、超級計算機等所用作業系統的主流。其仍然被套用於一些對穩定性要求極高的數據中心之上。

移動智慧型終端作業系統

移動智慧型終端作業系統已成為面向套用服務甚至包括部分基礎套用服務的、構建於硬體之上的完整平台體系。傳統狹義的作業系統主要由核心層及簡單的操作界面兩部分構成，這種作業系統只具有最初級的服務能力。傳統狹義的作業系統面向上層套用軟體提供最簡單的支撐服務，大量重要的基礎功能須由套用開發者自行完成，開發難度高、工作量大。隨著 Unix 操作系（特別是基於其衍生的開源Linux作業系統）技術的快速發展，狹義操系統技術基本成熟。主流移動作業系統中除微軟 Windows Phone 系列外,核心/系統庫高度雷同，技術方案均為在 Unix/Linux 基礎上進行二次開發。由於傳統系統無法適應網際網路時代靈活、快速、自由、創新的需求，作業系統自身的概念範疇開始演變，技術外延開始拓展，作業系統從最初聚焦於對硬體資源的管理調度擴展到面向套用服務的延伸與整合，架構在核心系統上的中間件、套用平台等也成為作業系統的有機組成部分，從而形成了一個面向套用的作業系統平台體系。移動網際網路時代，這一態勢更為顯著。移動作業系統技術框架不斷演進，並逐漸形成高度靈活的 4 層組織架構：作業系統核心層、中間件層、套用平台層、套用軟體層。其中，中間件層又可劃分為封裝核心功能並向上提供接口的系統庫組件和支撐上層套用的基礎功能庫（如資料庫），套用平台層可劃分為運行平台層（如Java 虛擬機）和構建於其之上的套用框架和套用引擎及接口層（如用戶界面框架），這4 層架構高效協同，並可以全面封裝底層硬體能力、完善構建多媒體等基礎服務能力、為套用服務提供直接支撐能力、並面向用戶提供最終套用服務能力。

精簡指令集計算機

精簡指令集計算機：(RISC:Reduced Instruction Set Computing)一種指令長度較短的計算機，其運行速度比CISC要快。RISC和 CISC是 CPU 從指令集的特點上可以分為兩類 ：CISC 和 RISC 。 RISC 是英文 Reduced Instruction Set Computing 的縮寫 , 就是 " 精簡指令運算集 ” ， CISC就是 " 複雜指令運算集 " 。RISC 的指令系統相對簡單，它只要求硬體執行很有限且最常用的那部分指令，大部分複雜的操作則使用成熟的編譯技術，由簡單指令合成。在中高檔伺服器中普遍採用這一指令系統的 CPU ，特別是高檔伺服器全都採用 RISC 指令系統的 CPU 。在中高檔伺服器中採用 RISC 指令的 CPU 主要有 Compaq （康柏，即新惠普）公司的 Alpha 、 HP 公司的 PA-RISC 、 IBM 公司的 Power PC 、 MIPS 公司的 MIPS 和 SUN 公司的 Sparc 。

RISC是相對於複雜指令集計算機(CISC)而言的。所謂複雜指令集計算機是依靠增加機器的硬體結構來滿足對計算機日益增加的性能要求。計算機結構的發展一直是被複雜性越來越高的處理機壟斷著，為了減少計算機操作與高級語言的差別，為了改善機器的運行特性，機器指令越來越多，指令系統也越來越複雜.特別是早期的較高速度的CPU和較慢速度的存儲器間的矛盾，為了儘量減少存取數據的次數，提高機器的速度，大大發展了複雜指令集，但隨著半導體工藝技術的發展，存儲器的速度不斷提高，特別是高速緩衝的使用，使計算機體系結構發生了根本性的變化，硬體工藝技術提高的同時，軟體方面也發生了同等重要的進展，出現了最佳化編譯程式，使程式的執行時間儘可能減少!並使機器語言所占的記憶體減至最小，在具有先進的存儲器技術和先進的編譯程式的條件下，CISC體系結構已不再適用了，因而誕生了RISC體系結構，RISC技術的基本出發點就是通過精減機器指令系統來減少硬體設計的複雜程度，提高指令執行速度，在RISC中，計算機實際上每一個機器周期里都執行指令，無論簡單或複雜的操作，均由簡單指令的程式塊完成，具有較強的仿真能力。

在RISC機器中，要求在`單機器周期’時間內執行所有的指令，而系統最根本的吞吐率限制是由程式運行中訪存時間比例所決定的，因此，只要CPU執行指令的時間與取指時間相同，即可獲得最大的系統吞吐率。(對於一個機器周期執行一條指令而言)。RISC機器中，採用遷件控例以實現認速哪一指令解碼，並採用較少的指令和簡單定址模式，通過固定均指令格式來最佳化指分解碼和控制邏輯。另外，RISC設計是以複雜的設計最佳化來求取簡單的硬體晶片環境.編譯最佳化可以改善HLL程式的運行效率。

R1SC設計消除了微碼的例行程式，把機器代級控制交給軟體處理.即用較快的RAM代替處理器中的微碼ROM作為指令的快取(Cache)，計算機的控趕駐存在指令Cache，從而使得計算機系統和編譯器產生的指令流使高級語言的需求和硬體性能密切配合。

計算機的性能可以用完成一特定任務所需的時間來衡量，這個時間等於。

其中C=完成每條指令所需的周期數，T=每個周期的時間，=每個任務的指令數。

RISC技術就是努力使C和T減至最小，C和T的減小可能導致I的增匆，但最佳化編譯技術和其他技術的採用可以彌補由於I的增加對機器性能的影響.RISC技術之所由很快由一種新見解發展成為前景廣娜的計算機市場，主要有如下幾方面的原因:一是RISC結構適應只新月異的VLSI技術發展；二是RISC簡化了處理器結構，實現和調試較容易，因而設計代價低，開發周期短；三是簡化了結構，處理器占據了較小的晶片面積，從而可在同一晶片上集成進較大的暫存器檔案，翻譯後備緩衝器(TLB)、協處理器和快速乘膝器等，使得處理器獲得更高的性能;四是RISC對HLL程式的支持優於以往的複雜指令系旅計算機，可以使用戶(程式設計師)很容易使用統一的指令集，很容易估算代碼最佳化所起的作用，使程式設計師對硬體的正確性有了更多的信任感。