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什麼是作業系統（OS）及其主要任務？

OS，即作業系統，是一個程式，載入後管理計算機的記憶體、程序、軟體和硬體。從本質上講，OS允許使用者與計算機通訊，而無需瞭解計算機的語言。

這是一個作業系統和計算機的不同元件

OS有不同的部分，核心部分稱為核心。它控制著OS中的所有內容。它充當計算機硬體與在其上執行的處理之間的橋樑。它管理兩者之間的對應關係。它還協調計算機對CPU和記憶體的訪問，以便計算機能夠同時執行多個操作。它允許記憶體分配和將資源分配給多個程式，以便計算機能夠同時執行這些程序。例如，當計算機需要列印某些內容時，CPU並不是負責處理此任務的。OS會將要列印的文件傳送到“列印佇列”，並與CPU“對話”印表機。

OS有很多主要任務，例如

• 記憶體管理
• 資源分配和管理監控
• 外設和裝置管理
• 網路
• 安全
• 使用者介面
• 應用程式介面

描述作業系統的主要功能。

早在第一代軟體開發結束時，編寫工具來幫助其他程式設計師的程式設計師和用於解決問題的程式設計師之間就出現了分歧。現代軟體可以分為兩類，系統軟體和應用軟體，反映了這種目標分離。應用軟體旨在滿足特定的需求——解決現實世界中的問題。文字處理程式、遊戲、庫存控制系統、汽車診斷程式和導彈制導程式都是應用軟體。

系統軟體在更基本的層面上管理計算機系統。它提供建立和執行應用軟體的工具和環境。系統軟體通常直接與硬體互動，並提供比硬體本身更多的功能。

計算機的作業系統是其系統軟體的核心。作業系統管理計算機資源，例如記憶體和輸入/輸出裝置，並提供一個介面，透過該介面人類可以與計算機互動。其他系統軟體支援特定的應用程式目標，例如渲染顯示器上影像的庫或圖形軟體。作業系統允許應用程式程式與這些其他系統資源互動。

記憶體管理

記憶體管理是OS（作業系統）中的一項功能，它處理或管理主記憶體和單使用者作業系統（僅在任何給定時間只有一個使用者的功能）。它在執行期間在主記憶體和磁碟之間來回移動程序。記憶體管理跟蹤每個記憶體位置，無論它是否分配給某個程序或它是空閒的。

它檢查要分配給程序多少記憶體；它決定哪個程序在何時獲取記憶體；它跟蹤何時釋放或取消分配某些記憶體，並相應地更新狀態。所有這些都是為了實現記憶體的有效利用而完成的。

MM如何分配記憶體

為什麼記憶體管理很重要或必要？

• 在執行之前和之後分配和釋放記憶體
• 跟蹤程序使用的記憶體空間。
• 最大程度地減少碎片問題。
• 正確利用主記憶體。
• 在執行程序時維護資料完整性。

外設/裝置管理

外設是與OS互動的外部硬體裝置，而不是計算機的核心元件。這意味著輸入和輸出裝置，例如鍵盤和滑鼠用於輸入，以及計算機顯示器或印表機用於輸出。

OS必須讀取輸入並對其進行操作，這通常意味著執行一組指令。它還負責管理輸出裝置，例如為印表機排隊列印任務。

OS和外設透過驅動程式互動，驅動程式將資料從OS“翻譯”到外設並返回。每個外設都有自己的驅動程式，並且根據OS的不同而有所不同。

網路

網路是計算機之間相互通訊和連線的過程。計算機使用數字互連上的通用通訊協議相互通訊。

網路使用兩個元件工作：節點和鏈路

- 節點是允許系統之間通訊的物理技術部件，可以是路由器或調變解調器。

- 鏈路是這些節點之間如何通訊的方式，例如：

- 有線使用簡單的電線，如USB，或更復雜的電纜，如乙太網電纜/光纖電纜

- 無線使用允許無線通訊的自由空間，例如藍牙和WiFi

網路的關鍵術語是

- 協議是一組規則和標準，用於管理資料如何在網路上傳輸，包括TCP/IP、HTTP和FTP。

- 拓撲是指網路中節點的物理和邏輯排列。例如，匯流排、星型、環形、網狀和樹形。

- IP地址是不同裝置如何識別自身的方式，每臺計算機都有一個唯一的IP地址。

安全

OS可以使用不同的方法提供安全性

- 透過監控某些應用程式具有的許可權（這些應用程式控制什麼以及可以訪問哪些資料）。例如，人們不希望他們的電子郵件很容易被他們下載的所有應用程式訪問，因為這可能導致虛假電子郵件和個人資訊被盜。

- OS應具有執行其功能所需的最低許可權和特權，以避免在某個元件被破壞時危及整個OS。

- 作業系統應具有多層安全防護：防病毒軟體、身份驗證（使用者名稱、密碼或通行碼）、防火牆、加密等。

輸入輸出裝置

即使擁有世界上所有的計算能力，如果無法從外部輸入計算值或將計算結果輸出到外部，那麼這些能力也毫無用處。輸入和輸出單元是計算機與外部世界通訊的渠道。輸入單元是一種裝置，透過它可以將來自外部世界的資料和程式輸入到計算機中。最早的輸入單元解釋打在紙帶或卡片上的孔。然而，現代輸入裝置包括但不限於：鍵盤、滑鼠、攝像頭（也稱為網路攝像頭）和掃描裝置。

輸出單元是一種裝置，透過它可以將儲存在計算機記憶體中的結果提供給外部世界。例如印表機和螢幕顯示器。

外圍裝置是指連線/附加到計算機系統但不是核心計算機架構一部分的所有硬體元件。

作業系統無法直接與外部硬體裝置互動（因為總會有新的裝置出現），因此存在一個稱為裝置驅動程式的中介，它是一種軟體。裝置驅動程式會告訴作業系統外圍裝置是什麼，並充當翻譯器：作業系統會向驅動程式傳送標準命令，然後驅動程式會將這些命令翻譯並傳遞給裝置。

可以區分輸入和輸出外圍裝置/單元。

• 輸入裝置：將已轉換為電訊號的二進位制資料輸入到計算機的CPU。
  • 示例1：滑鼠。滑鼠的資料將是當前的滑鼠狀態（游標位置、按鈕狀態），這些狀態將透過滑鼠驅動程式，然後驅動程式通知計算機。
  • 示例2：麥克風。資料是聲音轉換為電訊號，並透過音訊驅動程式。

請注意，例如對於筆記型電腦，這些驅動程式和外圍裝置是整合到計算機中的。

• 輸出裝置：提供/顯示來自計算機的資料（輸出資料）。
  • 示例：印表機。印表機從印表機驅動程式接收資料，並在頁面上輸出。請注意，在某些情況下，您需要手動下載印表機的驅動程式，因為它沒有整合到計算機中
• 輸入/輸出裝置：有些裝置可以同時執行輸入和輸出：觸控式螢幕、儲存驅動器

將以下內容分類為輸入和輸出裝置：滑鼠、麥克風、印表機、鍵盤、耳機、顯示器、掃描器。

輸入：滑鼠、麥克風、鍵盤、掃描器 輸出：印表機、耳機、顯示器