1、 Frontier Technologies in Computer Science 计算机科学前沿技术计算机科学前沿技术Frontier Technologies in Computer Science Frontier Technologies in Computer Science 知识框架知识框架第第1章章 概述概述第第2章章 计算机硬件的发展计算机硬件的发展第第3章章 高性能计算高性能计算第第4章章 现代操作系统现代操作系统第第5章章 计算机网络新技术计算机网络新技术第第6章章 数据库技术的发展数据库技术的发展第第7章章 数据挖掘及其应用数据挖掘及其应用第第8章章 人工智能前沿人工智
2、能前沿第第9章章 搜索引擎技术搜索引擎技术第第10章章 集体智慧与集体智慧与Web 2.0第第11章章 云计算云计算第第12章章 物联网技术物联网技术第第13章章 服务科学与服务计算服务科学与服务计算第第14章章 智慧地球智慧地球 Frontier Technologies in Computer Science 第第1章章 概述概述 Frontier Technologies in Computer Science 在在1895年出版的年出版的Darwin（达尔文）名著物种起源（达尔文）名著物种起源（The Origin of Species）第一版扉页上写道：）第一版扉页上写道：“作为生物
3、进化论的完整理论体系，物种作为生物进化论的完整理论体系，物种起源主要讨论两个问题：一个是形形色色的生命是否由进化而来，二是起源主要讨论两个问题：一个是形形色色的生命是否由进化而来，二是进化的主要机理是什么进化的主要机理是什么”。达尔文对第一个问题的回答是肯定的，对第二。达尔文对第一个问题的回答是肯定的，对第二个问题的回答是个问题的回答是“自然选择自然选择”。Charles Darwin Frontier Technologies in Computer Science 5知识概要知识概要 计算机科学面临的问题计算机科学面临的问题 计算机学科概述计算机学科概述计算机学科的特点计算机学科的特点基本
4、学科能力基本学科能力计算机学科发展和分支学科的划分计算机学科发展和分支学科的划分计算机科学与其他学科之间的关系计算机科学与其他学科之间的关系 计算机科学发展的趋势计算机科学发展的趋势 Frontier Technologies in Computer Science 6六大科学理论的突破六大科学理论的突破 量子力学量子力学 相对论相对论 宇宙大爆炸模型宇宙大爆炸模型 DNA双螺旋结构双螺旋结构 板块构造理论板块构造理论 计算机科学计算机科学计算机科学是现代科学体系的主要基石之一计算机科学是现代科学体系的主要基石之一 Frontier Technologies in Computer Scien
5、ce 72121世纪计算机科学和信息技术发展的新取向世纪计算机科学和信息技术发展的新取向 更加重视技术的多样性、开放性和个性化更加重视技术的多样性、开放性和个性化 更加重视计算机技术惠及大众更加重视计算机技术惠及大众 更加重视生态和环境影响更加重视生态和环境影响 更加重视医学及与人类健康有关的科学技术更加重视医学及与人类健康有关的科学技术 将更加重视计算机科学的交叉研究将更加重视计算机科学的交叉研究 更加重视与人文艺术的结合更加重视与人文艺术的结合 更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研究和对社会作用的法制化管理与监督究和对社会作用的法制化管理
6、与监督 Frontier Technologies in Computer Science 8计算机科学（计算机科学（Computer Science）计算机科学与技术学科，简称计算机科学计算机科学与技术学科，简称计算机科学 ACM/IEEE-CS 的专家们认为，目前已经无法继续的专家们认为，目前已经无法继续用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（Computing Discipline）Frontier Technologies in Computer Science 9计算机科学（计算机科学（Computer Science）Wikipedia：
7、与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际两方面：涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析两方面：涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通信等。信等。美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和计算的语义研究。计算的语义研究。美国计算机学会（美国计算机学会（ACM）：计算机和算法过程的研究，包括计算机和算法过程的研究，包括它们的原理、它们的硬件和软件设计、它们的应用以及它们它们的原理
8、、它们的硬件和软件设计、它们的应用以及它们对社会的影响对社会的影响。Frontier Technologies in Computer Science 10计算机科学怎样成为一种科学？计算机科学怎样成为一种科学？科学科学Science艺术艺术Art原理（Principles）实践（Practice）基本原理的重复性（Fundamental recurrences）熟练运用（Skilled performance）解释说明（Explanation）行动（Action）发现（Discovery）发明（Invention）分析（Analysis）合成（Synthesis）剖析（Dissection）
9、构造（Construction）Frontier Technologies in Computer Science 111.1 计算机科学面临的问题计算机科学面临的问题 计算机科学教育缺乏创新，计算机课程体系的陈旧计算机科学教育缺乏创新，计算机课程体系的陈旧 针对学生特别是本科学生的培养上，充分强调以兴趣为主 大学提供的是一种机会，让学生自己做真正喜欢的事情 从狭义工具论到计算思维的转变从狭义工具论到计算思维的转变 计算机和信息科技的普及实际上是在全社会传播一种计算思维 计算思维是一种普适的思维，是每个人的基本技能 计算机科学人才的匮乏计算机科学人才的匮乏 企业、政府等部门都需要计算机人才 德
10、智体合格，在团队精神、敬业态度、工作能力等方面都能胜任 Frontier Technologies in Computer Science 12计算计算思维思维 计算思维强调一切皆可计算，从物理世界到人类社会模拟，计算思维强调一切皆可计算，从物理世界到人类社会模拟，从人类社会再到智能活动，都可认为是计算的某种形式。从人类社会再到智能活动，都可认为是计算的某种形式。计算思维是概念化思维，是人的思维，是数学和工程互补融计算思维是概念化思维，是人的思维，是数学和工程互补融合的思维，是面向所有人的思维。合的思维，是面向所有人的思维。Frontier Technologies in Computer S
11、cience 131.2 计算机科学计算机科学概述概述 计算机学科的特点计算机学科的特点 基本学科能力基本学科能力 计算机学科发展和分支学科的划分计算机学科发展和分支学科的划分 计算机科学与其他学科之间的关系计算机科学与其他学科之间的关系 Frontier Technologies in Computer Science 141.2.1 计算机学科的特点计算机学科的特点 根本问题根本问题 Nicklaus Wirth：在较高的认识层次上，硬件和软件是一样的。计算机学科的根本问题：什么能、且如何被有效地自动计算。基本特征基本特征 计算机学科具有“理论、抽象、设计”三个学科形态 Frontier
12、Technologies in Computer Science 151.2.2 基本学科能力基本学科能力 计算思维能力计算思维能力 算法设计与分析能力算法设计与分析能力 程序设计与实现能力程序设计与实现能力 系统分析、开发与应用能力系统分析、开发与应用能力 Frontier Technologies in Computer Science 161.2.3 计算机学科发展和分支学科的划分计算机学科发展和分支学科的划分 计算机科学（计算机科学（Computer Science）计算机工程（计算机工程（Computer Engineering）软件工程（软件工程（Software Engineer
13、ing）信息技术（信息技术（Information Technology）信息系统（信息系统（Information System）Frontier Technologies in Computer Science 171计算机科学（计算机科学（Computer Science）计算机科学研究的范围很广，从理论和算法基础到计算机科学研究的范围很广，从理论和算法基础到机器人开发、计算机视觉、智能系统、生物信息等机器人开发、计算机视觉、智能系统、生物信息等。主要包括：。主要包括：寻找求解计算问题的有效方法 构建使用计算机的新方法 软件的设计与实现 Frontier Technologies in
14、Computer Science 182计算机工程（计算机工程（Computer Engineering）设计和构建计算机系统和基于计算机的系统设计和构建计算机系统和基于计算机的系统，包括包括研究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。研究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。学科内容集中在传统的电子工程、数学等相关领域的理论、原理和实践。强调的是硬件而不是软件，而且具有很强的工程特性。Frontier Technologies in Computer Science 193软件工程（软件工程（Software Engineering）软件工程的主要目标是开发系统模型和按时并在有软件工程的主要目标是
15、开发系统模型和按时并在有限预算下生产高质量软件的可靠技术。限预算下生产高质量软件的可靠技术。软件工程寻找计算机科学中科学与工程原理的结合，探讨以工程的规范有效地开发和管理软件系统。Frontier Technologies in Computer Science 204信息技术（信息技术（Information Technology）信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。与信息系统学科的重点在于“信息”相对，信息技术学科的重点在于“技术”。Front
16、ier Technologies in Computer Science 215信息系统（信息系统（Information System）信息系统学科可以理解为是基于技术的商务开发信息系统学科可以理解为是基于技术的商务开发 该学科强调信息技术中的“信息”，而将“技术”看成是产生、处理和分发所需的工具。他们面对的信息系统一般都是庞大和复杂的，既要懂技术，又要明白组织因素，知道如何有效地利用这类系统。Frontier Technologies in Computer Science 221.3 计算机科学发展的趋势计算机科学发展的趋势“高高”：性能越来越高，速度越来越快性能越来越高，速度越来越快
17、提高器件速度 并行处理“广广”：计算机的无处不在计算机的无处不在 网络化与向各个领域的渗透 普适计算（Pervasive Computing）“深深”：信息的智能化发展信息的智能化发展 Frontier Technologies in Computer Science 第第2章章 计算机硬件的发展计算机硬件的发展 Frontier Technologies in Computer Science 24知识概要知识概要 计算机发展的历史回顾计算机发展的历史回顾 我国计算机发展史我国计算机发展史 新型计算机的发展新型计算机的发展 CPU和和GPU的发展的发展 Frontier Technologi
18、es in Computer Science 251 1 计算机发展的历史回顾计算机发展的历史回顾l 早期计算机：机械式计算工具、机电式计算机早期计算机：机械式计算工具、机电式计算机 Frontier Technologies in Computer Science 261 1 计算机发展的历史回顾计算机发展的历史回顾l 电子管、晶体管和集成电路电子管、晶体管和集成电路l 电子计算机的诞生电子计算机的诞生 Frontier Technologies in Computer Science 27l 现代计算机发展历程现代计算机发展历程u第一代电子管计算机（第一代电子管计算机（19451956）u
19、第二代晶体管计算机第二代晶体管计算机(19561963)u第三代集成电路计算机第三代集成电路计算机(19631971)u第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机(1971至今至今)1 1 计算机发展的历史回顾计算机发展的历史回顾 Frontier Technologies in Computer Science 282 2 我国计算机发展史我国计算机发展史l 第一代电子管计算机研制（第一代电子管计算机研制（19581964）l 第二代晶体管计算机研制（第二代晶体管计算机研制（19651972）Frontier Technologies in Computer Science 292
20、 2 我国计算机发展史我国计算机发展史l 第三代中小规模集成电路计算机研制（第三代中小规模集成电路计算机研制（197320世纪世纪80年代初）年代初）l 第四代超大规模集成电路计算机研制（第四代超大规模集成电路计算机研制（80年代中期至今）年代中期至今）Frontier Technologies in Computer Science 303 3 新型计算机的发展新型计算机的发展l量子计算机量子计算机l纳米计算机纳米计算机l DNA计算机计算机l 光计算机光计算机 Frontier Technologies in Computer Science 314 CPU和和GPU的发展的发展l CPU
21、的发展的发展 Intel 4004和和8080 Intel 8086、Intel 80286、Intel 80386、Intel 80486 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Celeron（赛扬）（赛扬）Intel Pentium III Intel Pentium IV 双核处理器双核处理器 Frontier Technologies in Computer Science 32l 多核计算的发展趋势多核计算的发展趋势 多核技术的发展多核技术的发展-多核上将集成更多结构简单、低功
22、耗的核心。-异构多核是一个重要的方向。-多核上应用可重构技术-多核的功率和热管理-片上多核处理器时代的到来 多核计算的发展多核计算的发展4 CPU和和GPU的发展的发展 Frontier Technologies in Computer Science 33l GPU的发展的发展GPU简介简介-Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”-GPU是显示卡的“心脏”，也就相当于CPU在电脑中的作用-20 世纪60-70年代，受硬件条件的限制，图形显示器只是计算机输出的一种工具-20世纪80年代初期，出现GE（Geometry Engine）为标志的图形处理器-20世纪
23、90年代，NVIDIA进入个人电脑3D市场4 CPU和和GPU的发展的发展 Frontier Technologies in Computer Science 34l GPU的发展的发展lNVIDIA GPU的发展的发展lGPU通用计算通用计算 GPU结构（左）与结构（左）与CPU结构（右）的对比结构（右）的对比4 CPU和和GPU的发展的发展 Frontier Technologies in Computer Science 35l CPU和和GPU的融合的融合-Intel推出了在单芯片上集成X86 CPU和DirectX引擎的Fusion系列处理器，AMD称这种融合了传统CPU和GPU功能
24、的处理器为APU-AMD第一款Fusion APU系列处理器是Llano处理器4 CPU和和GPU的发展的发展 Frontier Technologies in Computer Science 第第3 3章章 高性能计算高性能计算 Frontier Technologies in Computer Science 37第第3 3章章 高性能计算高性能计算l 高性能计算概述高性能计算概述l 世界各地超级计算机中心的发展概况世界各地超级计算机中心的发展概况l 高性能计算机的发展高性能计算机的发展l 高性能计算机关键技术与挑战高性能计算机关键技术与挑战l 推荐阅读推荐阅读 Frontier Tec
25、hnologies in Computer Science 381 1 高性能计算概述高性能计算概述 l 什么是高性能计算什么是高性能计算 -高性能计算（High Performance Computing）是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发并行软件，致力于研制高性能计算机（High Performance Computer）-高性能计算技术主要是指从体系结构、并行算法和软件开发等方面研究开发高性能计算系统的技术 Frontier Technologies in Computer Science 39l 发达国家在高性能计算方面的发展发达国家在高性能计算方面的发展-“战略计算机计划”-
26、“高性能计算和通信（HPCC）”-“先进模拟和计算（ASC）”1 1 高性能计算概述高性能计算概述 Frontier Technologies in Computer Science 40我国高性能计算的发展我国高性能计算的发展“天河一号天河一号”由国防科技大学于2009年10月研制推出，目在国家级超级计算天津中心投入运营，为天津市乃至环渤海地区的生物制药、新能源新材料、航空航天装备研制等新兴产业服务。曙光曙光“星云星云”曙光“星云（Nebulae）”高性能系统，是我国自主研发的首款实测性能超千万亿次超级高性能计算机，该系统于2011年底落户深圳，为我国华南、港澳乃至全国用户提供计算和信息服务
27、。Frontier Technologies in Computer Science 412 2 世界各地超级计算中心的发展概况世界各地超级计算中心的发展概况l 美国国家超级计算应用中心美国国家超级计算应用中心l 日本东京工业大学全球科学信息与计算中心日本东京工业大学全球科学信息与计算中心 l 德国德国Jlich超级计算中心超级计算中心l 英国英国Edinburgh大学超级计算中心大学超级计算中心l 上海超级计算中心上海超级计算中心l 中国科学院超级计算中心中国科学院超级计算中心 Frontier Technologies in Computer Science 423 高性能计算机的发展高性
28、能计算机的发展l 高性能计算机的发展过程高性能计算机的发展过程 1976年、1982年，Cray Research Inc 分别推出Cray-1型的单向量计算机，其速度仅为133MFlops，以及行向量处理Cray X-MP机型，其速度为941MFlops，处理器数是4个。1988年，John L.Gustafson（古斯塔夫森）在Communications of the ACM（ACM通讯）上发表了一个加速比公式：s=f+p(1 f)1993年克雷公司推出的Cray T3D，其峰值速度达21.4GFlops 1997年，Intel公司推出世界上第一台万亿次（TeraFlops）机器ASCI
29、 Red，其速度为1.068TFlops 2002年，日本NEC公司推出“地球模拟器”2008年，在高效能理念的推动下，IBM公司研制了“走鹃”,其处理器数为122 400个，功耗为2.346MW，采用异构集群的系统结构，运行速度突破了Peta FLOPS大关，达到1.026PFlops。Frontier Technologies in Computer Science 43l 千万亿（千万亿（1015）次系统研发）次系统研发 1996年，每秒万亿次运算能力的超级计算机诞生，在计算机发展的历史上建立了新的里程碑 超级计算需求根据用途大致可分为能力计算（Capability Computing）
30、和容量计算（Capacity Computing）两类 千万亿次超级计算机的主要应用领域包括生物医学、航空航天制造、气候和环境、核能、纳米技术、国防和国家安全l 艾级超级计算机的机遇与挑战艾级超级计算机的机遇与挑战美洲豹（Jaguar）超级计算机艾级超级计算机的概念 Frontier Technologies in Computer Science 444 4 高性能计算机关键技术与挑战高性能计算机关键技术与挑战l 高性能计算机关键技术高性能计算机关键技术 体系结构体系结构：商用混合式处理器+商用高性能互连网络相结合的结构（“走鹃”）、通用CPU+定制多套互连网络系统的结构（蓝色基因）、商用高
31、性能处理器+定制高性能互连网络的结构+非一致性存储访问体系结构（CRAY XT3）等等。微处理器微处理器：Intel的Nehalem、AMD的皓龙（Opteron）；基于单指令多数据（SIMD）的分布存储多核结构，如IBM Cell；探索型多核结构，具体实例有斯坦福大学的流处理器（Stanford Imagine）和麻省理工学院的RAW芯片；光互连光互连：具有高带宽、低损耗、无串扰和匹配及电磁兼容等特点 软件技术软件技术：操作系统方面的热点技术包括虚拟机技术（VMWARE、VPC机等）、自治技术（Self-configuring、Self-healing、Self-optimizing和Sel
32、f-protecting）等；更深的存储层次、多核/多线程微处理器编译技术、流处理技术等 纳米技术纳米技术：高密度、低功耗、适应量子效应 Frontier Technologies in Computer Science 45l 超级计算机系统的挑战超级计算机系统的挑战 体系结构的挑战体系结构的挑战大量应用对超级计算机的计算能力、数据访问能力、数据存储能力提出了更高性能的要求存储器墙（Memory wall）和编程墙（Programming wall）是超级计算中两个非常具有挑战性的问题 系统规模和能耗的挑战系统规模和能耗的挑战:将规模和功耗纳入整体设计的考虑范围 更快速的算法挑战更快速的算法
33、挑战:千万亿次计算系统需要并行度和并行效率更高的算法 更高效能的挑战更高效能的挑战:更加关注于系统的平衡设计 生态环境的挑战生态环境的挑战:任何新的重大创新如何融入这样的生态环境，都需要技术、人才、资本的巨大支撑。4 4 高性能计算机关键技术与挑战高性能计算机关键技术与挑战 Frontier Technologies in Computer Science 46l 超级计算机发展的技术路线超级计算机发展的技术路线 可重构计算结构可重构计算结构系统的主要逻辑通过重构机制控制，在一定范围内调整变化，以提高不同应用程序核心算法的运行效率 流式结构流式结构能够针对某些类型算法获得高计算/通信率，并且计
34、算速度高、能耗低 存储器内置处理器存储器内置处理器PIM将算法逻辑单元与存储器相融合使逻辑存储器访问紧密耦合 专用器件结构专用器件结构利用超高速硬件技术提供更高的逻辑密度，保证单元面积提供更高的性能和更低的计算能耗。混合异构结构混合异构结构利用现有的高性能计算机资源作为节点互连构成的集成计算机系统4 4 高性能计算机关键技术与挑战高性能计算机关键技术与挑战 Frontier Technologies in Computer Science 第第4 4章章 现代操作系统现代操作系统 Frontier Technologies in Computer Science 48 1946年2月14日世界
35、上第一台电子计算机ENIAC（埃尼阿克）在美国宾夕法尼亚州立大学诞生 20世纪50年代中期，在美国通用汽车研究 实验室诞生了世界上 第一个操作系统 20世纪60年代末期，在兼容分时系统的基础上，美国的麻省理工学院、贝尔实验室和通用电气公司联合开发出了称为多路信息和计算系统（MULTiplexed Information and Computing System，Multics）的操作系统 20世纪70年代初期，Ken Thompson（汤普森）和Dennis Ritchie（里奇）开发出了UNIX操作系统，并因此获得1983年图灵奖1 1 操作系统的历史操作系统的历史 Frontier Tec
36、hnologies in Computer Science 492 2 现代操作系统的发展现代操作系统的发展 现代操作系统的新特征现代操作系统的新特征：网络化和多媒体化网络化和多媒体化 现代操作系统发展的重要趋势现代操作系统发展的重要趋势：并发性（采用多线程）和可靠并发性（采用多线程）和可靠性（采用微内核结构减小规模）性（采用微内核结构减小规模）桌面操作系统的特点：桌面操作系统的特点：桌面系统安全性受到高度重视，特别是通过与可信平台模块（Trusted Platform Module，TPM）等硬件安全技术的结合，使得桌面安全性和可信性得到改善。满足新的计算模式将成为下一代桌面系统设计的关键，
37、例如手机操作系统、云终端操作系统桌面操作系统分化出不同的功能三维桌面三维桌面 Frontier Technologies in Computer Science 50 计算机系统组成：计算机系统组成：一个计算机系统通常由硬件、操作系统、应用软件和用户四个部分组成 计算模式：计算模式：多处理器计算多处理器计算基于互联网和基于互联网和Web的计算的计算嵌入式计算嵌入式计算虚拟化计算虚拟化计算所谓虚拟化，是通过硬件和操作系统的中间层虚拟机监控层实现计算资源的管理和再分配，使资源利用率实现最大化。互联网和互联网和Web的计算的发展及的计算的发展及Web应用的典型结构应用的典型结构2 2 现代操作系统的
38、发展现代操作系统的发展 Frontier Technologies in Computer Science 512 2 现代操作系统的关键技术现代操作系统的关键技术 微内核操作系统微内核操作系统内核通常是操作系统中最核心的部分，管理着所有的系统资源，对于系统的设备拥有完全的访问权，通常运行于特权模式具有微内核结构的现代操作系统拥有以下优点：（1）可伸缩性好，能适应硬件更新和应用变化（2）可移植性好，所有与具体机器特征相关的代码，全部隔离在微内核中（3）实时性好，微内核可以更有效地支持实时处理（4）安全可靠性高，微内核将安全性作为系统内部特性进行设计，对外仅使用少量应用编程接口（5）支持分布式系
39、统，支持多处理器的体系结构和高度并行的应用程序（6）真正面向对象的操作系统，能显著减小系统开销，提高系统的正确性、可靠性和易扩展性 Frontier Technologies in Computer Science 522 2 现代操作系统的关键技术现代操作系统的关键技术 嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积和功耗等综合性要求严格的专用计算机系统具有软件代码小、自动化程度高和响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系嵌入式操作系统是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通
40、信协议、图形界面和标准化浏览器等。商用嵌入式系统和专用操作系统：WinCE、VxWorks Symbian OS、Android OS Frontier Technologies in Computer Science 53 分布式操作系统分布式操作系统网络操作系统：UNIX和Windows NT。具有网络功能，可以用来访问远程资源。特点：运行于其上的节点能独立地管理自己的进程资源用户能够可扩展操作系统 可扩展操作系统可扩展操作系统所谓的可扩展操作系统，即利用微内核技术，使操作系统在保持核心功能的基础上能够灵活地结合各种服务及应用这种外延和扩展不仅体现在用户应用层，还体现在硬件层2 2 现代操
41、作系统的关键技术现代操作系统的关键技术 Frontier Technologies in Computer Science 54 多处理机并行操作系统多处理机并行操作系统多处理机并行操作系统新特征：（1）并行性，即增强对程序并行执行的支持。（2）分布性，即支持对分布的任务、资源的管理与控制。（3）通信及其同步性，即在不同处理机上运行的不同进程之间实现同步和通信，以共享资源和相互合作，支持程序的并行执行，以改善系统的性能。（4）可重构性，为了提高系统的可靠性，当系统中某个处理机或存储模块等资源发生故障时，系统能够自动切除故障资源，换上备份资源，并对系统进行重构，以保证其能继续工作。并行操作系统版
42、本：前SUN公司的Solaris、美国AT&T公司（AT&T）的UNIX SYSTEM V4.0 MP版本等等在提高系统性能方面，对称式多处理机（Symmetric Multi-Processor，SMP）结构计算机已经成为现代计算机技术发展的潮流和趋势，2 2 现代操作系统的关键技术现代操作系统的关键技术 Frontier Technologies in Computer Science 55 虚拟化操作系统虚拟化操作系统进程级虚拟化，即不是用软件模拟，而是在操作系统之上添加一个很“薄”的虚拟化程序来实现虚拟化，在这个虚拟化程序之上再模拟操作系统系统级虚拟化，即操作系统几乎可以不变，只是每个
43、操作系统调度的是自己的虚拟化硬件资源，这些虚拟硬件资源是由系统硬件和操作系统之间的虚拟监控层（虚拟化操作系统）创建和管理的 未来操作系统的发展趋势未来操作系统的发展趋势（1）开源化（2）专用化（3）小型化或微型化（4）便携化。（5）网络化（6）安全化或可信化2 2 现代操作系统的关键技术现代操作系统的关键技术 Frontier Technologies in Computer Science 563 Windows操作系统操作系统 Windows是微软公司在操作系统领域中的品牌和产品系列是微软公司在操作系统领域中的品牌和产品系列 2个分支：个分支：一个分支是基于MS-DOS的Windows开发
44、平台，最后发展成为Windows 95/98/Me等一系列操作系统另一个分支则发展成以Windows NT为代表的操作系统系列，经历了Windows NT、Windows 2000、Windows XP/Server 2003，直到Windows Vista/Server 2008/Win7第二个分支是按照20世纪80年代后期的硬件水平进行全新设计的操作系统，包含了现代操作系统的各个要素，也奠定了Windows作为现代操作系统典范的基础 Windows NT 3.13.51版本采用了版本采用了Windows 3.1操作系统的操作系统的窗口界面风格，并且保持了对窗口界面风格，并且保持了对MS-D
45、OS和和Windows 3.1应用应用程序的兼容性。程序的兼容性。Frontier Technologies in Computer Science 57 Windows NT 4.0是一个相对比较成熟和稳定的网络服务器操是一个相对比较成熟和稳定的网络服务器操作系统，并且内置了微软（作系统，并且内置了微软（IIS 6作为基本的作为基本的Web服务器软件服务器软件 Windows 2000在安全性方面也有显著提高。它充分发挥了在安全性方面也有显著提高。它充分发挥了NT内核中安全框架的作用，为企业网络环境提供全方位的安内核中安全框架的作用，为企业网络环境提供全方位的安全服务全服务 Windows
46、Server 2003在稳定性、安全性和易管理方面都超在稳定性、安全性和易管理方面都超过了其前身过了其前身Windows 2000服务器版本，是微软公司在服务器服务器版本，是微软公司在服务器操作系统领域发展的一个重要里程碑，并且也是微软在倡导操作系统领域发展的一个重要里程碑，并且也是微软在倡导可信计算（可信计算（Trustworthy Computing）以后发布的第一个操）以后发布的第一个操作系统作系统 Windows Vista于于2007年年1月发布，全面更新用户界面风格，月发布，全面更新用户界面风格，集成和增强桌面搜索能力，更加关注安全性集成和增强桌面搜索能力，更加关注安全性3 Win
47、dows操作系统操作系统 Frontier Technologies in Computer Science 58 Windows Vista和和Server 2008改进了改进了Windows NT文件系统文件系统NTFS（New Technology File System），采用了更新的），采用了更新的SMB协议，数据传输效率更高协议，数据传输效率更高 Windows 7于于2009年年10月月22日正式发布日正式发布Windows家族树（源自家族树（源自Wikipedia）Windows Vista和和Windows 7界面界面3 Windows操作系统操作系统 Frontier Te
48、chnologies in Computer Science 59 Windows Mobile的介绍的介绍 Windows Mobile是微软为智能移动终端设备使用的操作系统是微软为智能移动终端设备使用的操作系统，是基于一系列智能设备的操作系统（例如，是基于一系列智能设备的操作系统（例如Pocket PC，Pocket PC Phone和和Smartphone）Bill Gates3 Windows操作系统操作系统 Frontier Technologies in Computer Science 604 UNIX类操作系统的发展类操作系统的发展 UNIX系统简介系统简介1971年，UNIX
49、诞生于美国AT&T公司的贝尔实验室支持多用户和多任务，网络和数据库功能强，可靠性高，伸缩性突出，并支持多种处理器架构UNIX、Linux和Windows成为三大类主流操作系统商业版UNIX：基于美国AT&T公司贝尔实验室的UNIX逐步演化发展而来的各UNIX版本类UNIX：与UNIX有渊源，不能佩戴UNIX标志的系统（比如BSD）；技术属性上与UNIX类似或有关的系统UINIX的发展史（源自的发展史（源自Wikipedia）Frontier Technologies in Computer Science 61 UNIX家族的演化家族的演化UNIX初始研发阶段初始研发阶段：20世纪70年代19
50、69年，Thompson和Ritchie共同动手设计了一套包含文件系统、命令解释器以及一些实用程序的支持多任务的操作系统，UNIX第一版（UNIX V1）正式诞生1972年，UNIX发布了第二版，添加了管道功能-UNIX标志特征之一。在开发UNIX V2的时候，Ritchie给B语言加上了数据类型和结构的支持，推出了C语言。1979年，UNIX V发布1975年，UNIX V6到达Berkley1983年，4.2 BSD发布Ritchie（左）和（左）和Thompson（右）以及所著的（右）以及所著的C语言教材语言教材4 UNIX类操作系统的发展类操作系统的发展 Frontier Techno
