計算機操作系統管理論文

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摘要：通過對計算機軟件發展的四十多年歷史的回顧，詳細論述其發展的三個不同階段：開創階段、穩定階段以及發展階段的過程與特點，讓讀者了解計算機軟件發展的特性與歷史，從而更好地掌握計算機軟件的開發與應用。

關鍵字：計算機軟件、計算機語言、軟件開發

自軟件開發到現在已有四十多年歷史了，在整個軟件發展歷史過程中，已經取得了劃時代的成就，為了更好的理解計算機軟件是計算機的靈魂并了解她的今天，這里讓我們一起來回顧她的昨天。

我們將悠久的計算機軟件歷史分成三個階段：

開創階段：1955年到1965年

穩定階段：1965年到1985年

發展階段：1985年到現在

開創階段

計算機在1946年出現時，占地2百余平方米，用電數千瓦，價值百萬美元，而運行速度只有每秒千次，但它卻為破譯密碼和武器彈道運算立了大功。六十年代大型計算機已發展到每秒百萬次以上，能夠進行快速復雜的計算，隨著科研、金融和政府部門的需要而逐步形成了較大的計算機市場。

而計算機軟件歷史真正開始是在美國和歐洲的實驗室里，大多數研究結果也產生于實驗室。它們多數來自于學術界，其余產生于政府和私人公司。

在1955年到1965年這個期間，運算速度越來越快、價格越來越便宜的新計算機不斷涌現，軟件工作人員就需要不斷針對不同計算機寫出新的軟件。這種變化速度令軟件人員應接不暇。

在此階段，計算機硬件向著專門用途發展，科學與商業領域需要的是完全不同的機器硬件。商業計算機具有變字長的特性，即有“清字標記”和“置字標記”，指令集為十進制。而科學計算機使用的是固定字長，當時定36位為一個字，而不是采用二進制計算。這種不同用途的機器使用不同字長，這給編程帶來難以想象的困難。

頻繁重寫相同的軟件觸發了另一思想——軟件移植，工業界中的軟件研究人員試圖將一臺機器上匯編語言自動移植到另一臺，但是卻失敗了。原因是60%或80%代碼較容易移植，而余下的40%或20％必須人工移植，又是較復雜的代碼，因此非常困難。多年來仍然不能完全解決問題，直到高級語言的產生。最早的FORTRAN語言在五十年代中期誕生的，五十年代后期出現了第一版COBOL語言，而ALGOL語言產生于六十年代早期。當時，高級語言不能被編制人員所接受，他們認為真正的編程人員應當使用匯編語言。

之后，軟件業從計算機工業中獨立出來，成為一枝新秀。那時，硬件廠商開放了他們的系統軟件（由于沒有這種開放，不能進一步推銷他們的產品），有幾個公司開始提供定制軟件的服務，然而那時沒有專門經銷軟件的公司。由于軟件免費，用戶相互贈送，使軟件不斷重用與推廣，并鼓勵共享軟件的發展。例如，IBM科學用戶組織SHARE提供了軟件重用的目錄清單，包含了三角函數分類和合并計算的多個數學程序，并對進入了SHARE目錄中的軟件產品，能給予此領域的最高榮譽。

60年代初期，學術上還沒有計算學科、計算機科學和信息系統，然而卻在實踐中產生了以后稱為“軟件工程”的萌芽。軟件工作者開始學習模塊編程的方法，并涵蓋了基本數據結構有關的子程序，從而使其易訪問。現在，人們稱為數據提取，并進一步拓寬到面向目標，但是那時的軟件人員就已經意識到它的思想與價值。

此階段，曾經出現過軟件危機。即軟件方面投入的資金和人力無法控制，軟件開發完成的時間無法確定，軟件的可靠性等等。例如，1962年7月22日美國飛往金星的火箭控制系統中的指令，DO5I=1，3誤寫成DO5I=1.3，使火箭偏離軌道，被迫炸毀。

此階段是激動人心的年代，隨著計算機硬件以令人生畏和驚奇的快節奏發展，計算機軟件在計算機業中越來越占據著重要的地位，她開創了自己的事業，從計算機業中獨立出來。

穩定階段

這期間，出現了IBM等計算機大公司，是大型機硬件導向占主導地位的階段。此時計算機成為專業人員使用的專門設備，普通老百姓用不了，也用不起。年產量不足數萬臺，市場有限，這樣IBM360計算機將軟件工業帶入了穩定發展階段。

IBM360采用了系列機的思想，開創了CISC時代（復雜指令系統計算機），目的能使指令系統兼容。新型機或高檔機的指令系統在原有機型上只能擴充而不能減少任何一條指令，以達到軟件兼容的目的，這樣就導致日趨龐大的指令系統使計算機硬件的研制周期變長、運行速度慢、可靠性差、難以調試和維護。為了改進，提出了RISC（精簡指令系統計算機）技術。RISC技術使指令數量大大減少，再加上一些其他措施（如指令系統面向寄存器，使數據能直接存儲），從而大大減少指令執行所需要的周期數，極大的提高了計算機的計算速度。同時IBM360機為軟件領域帶來了重要發展。它使科學與商業應用合二為一，且同時使用十進制和二進制兩種算法，它不再有討厭的變字長。

隨后，又產生了笨重的工作控制語言（JCL），使程序員只要把卡片塞進讀卡機，然后按“啟動”就可以運行程序。JCL要求用全新的語言編寫程序，它能告訴計算機和操作系統按人的需求做相應工作。JCL太繁瑣，這也許因為它包括了科學和商務所需的一切服務功能。然而JCL是360機上最不受歡迎的程序語言。

隨著360機匯集科學和商務應用在一臺計算機上，IBM也希望將所有的計算機語言合成一種語言。PL/1就這樣誕生了，它不僅包含科學計算FORTARN和商務計算COBOL語言的功能，而且還具有新生語言ALGOL的功能。

除了IBM360帶來的軟件發展外，在穩定階段，形成了軟件的獨立經銷。幾個敢于冒險的軟件商開始銷售他們的軟件產品。這在當時極其不易，因為硬件廠商為阻礙軟件發展，防止軟件分離以形成獨立行業，故意將軟件的價格壓得很低，無利潤可賺。隨著軟件領域的穩定發展和新軟件產品的問世，它們逐漸成為公司和市場的商品，價值連城。軟件維護與更新也成為一項日益重要的工作。從而形成了計算機軟件市場經濟。

穩定階段中開始出現了計算機學科的學術討論。第一個計算機科學程序在六十年代晚期奠基，不久以后又編制了第一個管理信息系統程序。當時計算機軟件工程還沒有從計算機學科中分離出來，直到微型計算機年代才獨立成為一門學科。盡管當時沒有形成學科，然而軟件工程研究一直在進行，重點聚集在計算機語言的問題上。

在此階段，一些計算機科學家大力宣傳他們引入的新思想。人工智能就是第一個竭力宣揚的學科，即稱之為“有知覺”的機器，可以模仿人類大腦的功能，并期望代替人類大腦去做任何事情。

隨后又出現了“控制領域”的議題。反控制反壟斷的戰斗打響了，美國司法部門起訴IBM公司，聲稱它發展太快，且正在壟斷計算機行業。當時，許多人將硬件工業比喻為“白雪公主和七個小矮人”，這里IBM是白雪公主，其他計算機硬件小公司是七個小矮人。例如RGA、GE和Xeroe等等公司。這些小公司逐漸萎縮，直到從計算機行業中消失。標準化組織也成為當時反控制反壟斷的急先鋒。它堅持只有統一計算機標準，各個公司才能參與并達到公平競爭。

同時，軟件商與硬件商也開始競爭。硬件商努力保持軟件的低價，以阻礙軟件行業的形成。但是無論怎樣阻擋，總有一些軟件商脫穎而出，成為勝利的嬌嬌者。

此階段由于計算機硬件變化節奏緩慢一些，屬于較平穩的年代，計算機軟件隨著平穩發展，并確立軟件在市場的重要地位，成為商品并逐漸變得被人們理解和接收。

發展階段

此階段是再一次激動人心年代，計算機已經普及和無處不有，同時軟件業在計算機行業成為不可缺少部分并取得了輝煌勝利。

這個階段是軟件發展過程中最重要的時期。因為PC機和工作站以半年更新一代的令人目不暇接的速度，勢不可擋地入侵小型機、中型機甚至大型機領域，從而使計算機無處不在，計算機走出了象牙塔，走進了平常百姓家庭，走進了普通人辦公室。在家里、辦公室、銀行、郵局等生活工作的周圍，處處可見計算機的應用業績，普及流行速度極快，蓬勃向前。

過去存在的大量問題被解決了。老的JCL問題已經由友好用戶、友好程序界面解決。圖形用戶界面（GUI）普及與流行，業已成為八十年代計算機領域最偉大的功績。以前的FORTRAN和COBOL語言都沒能解決用戶界面的友好問題，而可視化軟件編程才改變了這一現狀。

由于VLSI的迅速發展，RISC的控制器又很簡單，這就使RISC能集成在一個芯片上。CISC控制器需占芯片面積50%以上，而RISC的控制器僅占6-10%，這使RISC芯片具有極高的性能。到九十年代RISC技術被引入了到PC機內，使同樣功能的計算機成本只有CISC的一半不到。隨著VLSI進一步發展，已使巨型機上使用的并行處理技術能融入到RISC中。一方面采用新材料、新工藝，進一步提高主頻，另一方面采用了超級流水線技術、并行流水線技術和超長指令字VLIM技術，極大地提高了RISC芯片的并行處理能力，使RISC進入了具有劃時代的時期。

軟件作用和價值牢固地樹立起來了。人工智能、知識工程、專家系統以及神經網絡領域的研究得以發展與深化。軟件市場在世界范圍內比較快的速度增長，在美國猶他州已出現以軟件為主的第二高技術產業區。目前軟件的發展速度已超過硬件產業，占信息產業的主導地位。美國壟斷世界軟件市場的格局，一時很難發生變化。微軟公司軟件巨頭比爾.蓋茨在五年前已成為美國首富，現在又是世界首富。隨著市場分割，過去反控制反壟斷的競爭也被分解了。IBM公司成為大型機之首；Intel公司是計算機芯片之王，也可以稱為計算機硬件之王；Microsoft公司成為微機軟件之冠。但是希望成為大型機軟件之王的競爭仍然在繼續。

軟件特性體現為：軟件進入結構化生產時期，以結構化分析和設計，結構化評審，結構化程序設計以及結構化測試為特征；從八十年代中期開始，軟件生產進入以過程為中心的開發階段；從1995年開始，逐步進入以軟件過程，面向對象和構件重用等技術為基礎的軟件工業化生產時代。

此階段軟件業績為：

1）軟件重用技術

軟件重用的目的是使非結構化、非標準化程序變為結構化、標準化，并形成大量能重用的計算機構件和模塊。軟件重用技術使軟件的開發基本上變成了搭積木，把需要的對象和功能模塊拼起來即可。它節省了大量的人力與物力，減少了重復開發。這種技術可以應用在數據庫管理和信息系統管理上，MicrosoftAccess等軟件均采用此軟件技術，它們集成了大量應用的基本構件和模塊便于重用。

只有可維護性軟件才有可能最大限度地重用，而重用部分越多，維護成本越低，效率就越高。不可維護性到可維護性軟件的重構是維護方法學的關鍵。最大限度地重用現存軟件是軟件維護方法學的重要思想原則?？芍赜檬强删S護性的基本屬性和最大特征。

就軟件重用而言，可有四個層次的重用：

（1）開發過程重用

主要指開發規范、開發方法及工具、軟件標準等的重用，也稱為開發支持環境重用。

（2）軟件構件重用

這里軟件構件指文檔、程序及數據。應該將軟件構件可重用性作為主要設計指導思想。

（3）用戶業務知識重用

用戶現存系統的業務處理過程、特定專業領域的需求特征等知識的重用。

（4）市場知識重用

應用領域標準、行業標準、市場規律知識的重用。

2）面向對象技術

八十年代中期以來，各個領域的發展和變化越來越快，對應用軟件不斷提出新的功能要求，這就使以功能為基礎的軟件體系改動較大，甚至推倒重來。八十年代末發現，使用面向對象技術能極大的提高軟件的可維護性。而且它還有很多其他的優點，例如提高軟件開發率，提高軟件的可靠性和安全性等等。面向對象技術獲得了極大歡迎，終于成為九十年代軟件界最大的熱點。隨著發展，面向對象技術形成了OOP（面向對象編程）、OOD（面向對象設計）、OOA（面向對象分析），成為完整的軟件開發方法學。

現實世界中的事物抽象到問題空間就稱為對象。在面向對象技術中，對象被定義為“對一組信息和在其上的操作”，其中的信息就是數據，它反映的是對象的屬性狀態，操作則是對對象的處理。面向對象系統就是由對象組成的復雜系統，系統中所有對象的狀態共同構成系統的狀態，對象總是從一個初始狀態出發，在對象之間的相互作用過程中不斷改變著自身的狀態。一個對象請求另一個對象執行某一處理或回答某些信息的要求稱為“消息”，對象與對象之間的相互作用就是通過消息來實現的。

面向對象技術的最大優點就是軟件的可維護性好。

3）集成工具與CASE技術

今天，已將過去單個的工具集成在一個系統中，用于軟件開發，形成了集成工具。例如，我們經常使用的字處理工具，它只有一個工具菜單，但是卻包含拼寫檢查、語法檢查、詞庫和字詞計數等功能。我們期待用于軟件開發的系統收集了所有必需的工具，它必須支持文本和圖像，也含有相關的數據庫，能自動移植并進行計算機低層設計等。編程系統不僅含有編譯程序，還應該支持編輯、調試與測試，最好能支持程序建立并在建立過程中檢測它們的結構。

而CASE技術，即稱謂“支持軟件工程方法學的計算機輔助手段”。它為實現從軟件工程誕生起就面臨著如何組織人員進行集體作業和如何逐步代替人進行編程的兩大任務。而且首先是解決前者———確定有次序、有效率、科學的工程作業方法，然后才能一步步用計算機取代各工程階段的人工編程。軟件工程的最終目的就在于軟件自動化。

CASE技術有兩個突出特點，使開發支持工具與開發方法學統一和結合起來，通過實現分析、設計、程序開發與維護的自動化，提高整個軟件開發工程的效率。如果方法驅動器理論得以實現，軟件自動化將成為現實。盡管目前真正實現的還僅限于方法指導系統，但CASE的迅速發展仍超出了輔助軟件工程的范圍。

綜上所述，CASE的發展有待于軟件工程方法的發展。它不僅給傳統軟件工程方法以新生，也推動著各種軟件工程方法的演變、合并和淘汰，為新軟件工程方法理論實用化開辟著道路。所以今后的軟件工程應是“方法學+CASE技術”，兩者共同協助開發人員控制和管理軟件。當方法驅動器理論變為現實后，CASE與軟件自動化可能會變成同義詞。雖然今天的軟件自動化尚不完全，但為了區別傳統軟件工程，我們以更明確的CASE軟件工程概念來表述CASE與軟件工程方法學的結合。

4）圖形用戶界面

用戶界面一般是由菜單窗口和對話框等元素構成，它為用戶提供了一個使用軟件交互過程的環境，它提高了軟件的使用效率，靈活便捷，并且易于修改維護程序，充分體現了“所見即所得”圖形界面的現代軟件設計風格，使用戶能以簡單自然的方式與軟件系統交流信息；提供對鍵盤及鼠標兩種輸入設備的雙重支持；引導用戶正確、快速、方便地使用軟件系統；易學易懂，盡可能地減少用戶必須記憶的信息。

八十年代圖形技術有了迅速的發展，出現了不少優秀的圖形軟件工具，例如，X-Windows、MicrosoftWindows和MacintoshWindows都是建立在圖形用戶界面的技術上，他們提供了圖形交互所需的各種手段與方法。

AutoCAD是又一個優秀的圖形軟件工具。它提供了圖形顯示控制、圖形編輯和存儲以及三維繪圖、三維動態顯示、陰影與透視等功能。隨著圖形用戶界面的成功，不少高級語言也增加了圖形功能，使這種可視化編程日益廣泛與流行。

5）多媒體技術

它是曾經被炒得沸沸揚揚的話題，也是計算機科學在九十年代的一個熱點。多媒體技術是將文字、聲音、圖形、視頻圖象集成在一起的技術。它包括多媒體計算機原理、多媒體數據庫、多媒體通信和多媒體表現技術等等。它的一個重要方面是將圖像、圖形、聲音、文字等集成一體，再按1比10或1比30壓縮比進行圖象數據壓縮，最后以高質量再現給用戶。

由于多媒體技術提供了更多的交互手段，給人以更多的方便，所以有著極其廣闊的應用前景，如電視、電子游戲、電子報刊、電視會議等等。正因為如此，多媒體技術不僅是計算機科學的熱點，而且也是國民經濟以及社會生活許多領域的熱點。

然而在整個計算機發展歷史過程中，軟件領域仍然存在一些問題，相對于微處理器芯片和內存設備而言，計算機軟件只是在不斷發展而沒有進行大的改革。例如，編程人員都知道，自從第一臺IBM和第一個Intel電子芯片問世以來，硬件結構的軟件部分──指令集和中斷結構就沒有發生大的變化。在程序設計語言中也沒有大的變革，現在用得最多的語言仍然是十五年前C和C++，甚至是四十年前的FORTRAN和COBOL語言。第四代語言并沒有達到某些人預先聲稱“無需程序員的編程”的功能。整個軟件領域發展限制在一個應用領域──數據庫上。

不過也有一些希望的象征。面向對象程序設計是一項新的技術，前景看好，它以一種完全不同方法來構造軟件；客戶/服務器技術和Internet/Intranet技術，它們大大地推動了軟件行業的改革。Internet的TCP/IP協議使成千上萬個不同的操作系統和應用程序能相互通信，使得網絡訪問容易，瀏覽眾多的數據庫和站點信息，從而產生了較大經濟效益和社會效益。當談起計算機軟件的現代歷史，Internet/Intranet將作為人-機通信原理的里程碑，而WWW、HTML、VRM和Java將是這個里程碑的組成部分。

軟件行業的成功，尤其是1995年以來的迅速崛起的Internet/Intranet技術為主的網絡軟件以及數據庫挖掘、人工智能、神經網絡等軟件，為人類進入二十一世紀奠定了堅實的基礎。新世紀將是一個更全面的信息化時代，計算機的普及與使用將會更廣更寬，從而對計算機軟件的需求更高，本世紀的成果與經驗，將帶入下一世紀，并不斷被軟件人員發展、完善，以適應新世紀人類的需要，并發揚光大。

結束語

計算機軟件的發展如今仍是方興未艾，尤其是網絡軟件、HTML和Java語言，這將給人類社會帶來翻天覆地的大變化，了解她的昨天，掌握她的今天，就能把握與預測她的明天，并期盼著二十一世紀軟件業將會有更美好的發展與未來。