系統軟件

系统软件：你电脑的幕后功臣

同学们好！你们有没有想过，当你轻点图标或者点击鼠标时，电脑或手机里面发生了什么事呢？这绝对不是魔法！而是一个强大的管理员在幕后运作，确保所有事情都顺畅运行。这个管理员就叫做系统软件。

在这一章，我们将揭开这个关键软件的神秘面纱。我们会了解电脑的“老板”（操作系统）、它的得力助手（工具软件和驱动程序），以及电脑执行工作的不同方式。了解这些知识是理解电脑如何运作的关键。我们立刻开始吧！

宏观视角：硬件、软件，以及你！

你可以将一个电脑系统想象成一个分层协作的团队。你不能直接与电脑的实体部分沟通。你中间需要一个翻译员和一个管理员。

它们之间的关系是这样的：
1. 用户（就是你！）： 你想做些事情，例如写一篇论文或者玩游戏。
2. 应用软件： 这些是你直接用来完成工作的程序。（例如：Microsoft Word、Chrome、游戏）。
3. 系统软件： 这是管理电脑本身的管理员。它控制硬件，并允许应用程序运作。系统软件中最重要的部分就是操作系统 (OS)。
4. 硬件： 这些是你摸得到的电脑实体部分。（例如：中央处理器、内存、硬盘、键盘）。

比喻时间到！想象一下一家餐厅。
- 你就是用户（顾客）。
- 餐牌就是应用软件（你用来选择菜色的东西）。
- 餐厅经理和服务员就是系统软件（他们负责点餐、管理厨房，并确保你拿到食物）。
- 厨房、烤箱和食材就是硬件（制作食物所需的实体工具）。

你不会直接教烤箱如何煮东西；你会告诉服务员（应用程序）你想要什么，然后经理（系统软件）就会搞定其余的事情！

重点提示

系统软件充当你的应用程序（例如游戏和网页浏览器）与实体电脑硬件之间的关键中间层。它管理整个系统，让你的应用程序可以顺利运行。

操作系统 (OS)：总控制器

操作系统，简称 OS，是系统软件中最重要的类别。它是你开机时最先载入，关机时最后关闭的东西。如果没有了操作系统，你这部电脑就只是一盒没用的电子零件。

操作系统实际做了什么？（基本功能）

操作系统有几个主要工作，就好像一家公司的繁忙行政总裁一样：

• 处理器管理： 操作系统决定中央处理器（电脑的大脑）应该处理哪些任务，以及以什么次序处理。这允许你同时运行多个程序，这个功能叫做多任务处理。

• 内存管理： 它管理电脑的内存（随机存取存储器）。当你开启一个程序时，操作系统会在内存中找一个空间给它。当你关闭它时，操作系统就会释放那个空间给其他程序使用。

• 存储与文件管理： 操作系统将你所有的数据整理成文件和文件夹，储存在你的硬盘或固态硬盘里面。它会追踪所有东西储存在哪里，让你可以在之后找回它。（想象它是你数据的超级图书馆管理员！）

• 设备管理： 它控制所有连接到你电脑的输入和输出设备，例如你的键盘、鼠标、显示器和打印机，确保它们可以和你的软件沟通。

• 用户界面 (UI)： 操作系统提供一个方式让你与电脑互动。大多数现代操作系统都使用带有图标、窗口和菜单的图形用户界面 (GUI)。
  

操作系统家族成员：常见种类

你每日都在使用操作系统！以下是一些常见的：

- 微软视窗 (Microsoft Windows)： 全世界最受欢迎的桌面和笔记本电脑操作系统。以其广泛的软件和硬件兼容性而闻名。
- 苹果 macOS (Apple macOS)： 运行在苹果 Mac 电脑上的操作系统。以其用户友好的设计和强大的图形处理能力而闻名。
- Linux： 一个开源操作系统，意味着它的源代码是免费给任何人查阅和修改的。在服务器、程序员以及科技爱好者当中很受欢迎。
- 苹果 iOS (Apple iOS)： 为 iPhone 和 iPad 提供动力的移动操作系统。以其简洁和安全性而闻名。
- Google Android： 全世界最受欢迎的移动操作系统。它是开源的，并给许多不同的手机制造商使用（例如：Samsung、Google）。

快速回顾

操作系统 (OS) 是核心软件，负责管理所有硬件和软件资源。它的主要功能是管理处理器、内存、文件、设备，以及提供用户界面。

支持团队：工具软件和驱动程序

操作系统虽然是老板，但它需要一个支持团队去处理特定的维护和翻译工作。这就是工具软件和驱动程序的用武之地。

工具软件：电脑的工具箱

工具软件是小型系统软件，执行特定任务，协助管理、维护和保护电脑。你可以将它们想象成工具箱里面的工具。你不会常常使用它们，但当你需要时，它们就非常重要。

常见例子包括：
- 数据压缩工具： 这些工具软件可以让文件变小，这样它们就可以占用更少存储空间，并且在互联网传输会更快。（例如：WinZip、7-Zip）。比喻：将一袋衣服里面的空气挤出来，这样就可以在行李箱里面放更多衣服。
- 病毒检查程序（杀毒软件）： 它们会扫描你的电脑，寻找恶意软件（例如病毒），并将它们移除，以确保你的系统安全。
- 文件管理器： 协助你浏览、寻找、复制、移动、重命名和删除文件和文件夹。（例如：Windows 文件资源管理器、macOS Finder）。
- 磁盘碎片整理软件 (Defragmentation Software)： 这是用来整理你的硬盘。随着时间过去，一个文件的部分可能会分散在磁盘的不同地方。磁盘碎片整理会将这些分散的部分重新组合起来，这样可以让你的电脑更快。比喻：整理凌乱的书架，这样你就可以更容易地找到书。
- 系统监控软件： 显示你的电脑的实时性能信息，例如中央处理器和内存的使用情况。

驱动程序：翻译员

驱动程序，或者简称“驱动”，是一种非常特殊的软件，它充当操作系统与特定硬件之间的翻译员。

每件硬件，从你的显卡到你的打印机，都有它自己独特的语言。操作系统不认识所有这些语言。所以，当你连接新打印机时，你需要安装它的驱动程序。驱动程序会精确地告诉操作系统如何“与”那个特定的打印机型号沟通，以便发送文件给它打印。

简单比喻： 如果操作系统只会讲英文，而你的新打印机只会讲日文，那么驱动程序就是英日翻译员，允许它们完美地沟通。

重点提示

工具软件用于电脑系统的维护和管理（好像技工的工具一样）。驱动程序用于操作系统与特定硬件之间的通讯和翻译（好像语言翻译员一样）。

运作模式：电脑如何执行工作

并非所有计算任务都一样。一个计算公司薪酬的系统和一个控制飞机的系统有非常不同的需求。“运作模式”描述了这些不同的信息处理方法。

批处理 (Batch Processing)

是什么： 工作会集中收集并一次性处理大批工作。一旦批处理开始，就不会有用户互动。它会从头到尾自行执行。
比喻： 在星期日一次性洗完所有衣服。你将所有衣服放入洗衣机，按开始，然后等洗好后才回来。
应用： 产生每月银行月结单、在月底处理所有员工的薪金、批改多项选择题试卷。

实时处理 (Real-time Processing)

是什么： 数据一接收到就即时处理。系统必须提供即时反应，因为延迟可能会造成灾难性后果。
比喻： 飞行员驾驶飞机。当飞行员移动控制杆时，飞机必须即时反应，而不是几分钟之后。
应用： 航空公司机票预订系统、医院的生命维持系统、飞行控制系统、在线游戏。

并行处理 (Parallel Processing)

是什么： 一个单一任务会被拆解成更小的部分，然后一部电脑里面的多个处理器（或 CPU 核心）会同时处理这些部分。
比喻： 一个厨房里面的厨师团队，他们正在为一场大型宴会而努力。一个切菜，另一个煮肉，第三个准备甜点，全部都是同时进行。
应用： 复杂的科学模拟（例如天气预报）、高阶视频编辑和渲染。

分布式处理 (Distributed Processing)

是什么： 一个单一任务会被分割并由多部独立的电脑处理，而这些电脑是通过网络连接的。
比喻： 一个大型全球研究项目。香港、伦敦和纽约的科学家都处理同一个问题的不同部分，并通过互联网分享他们的结果。
应用： SETI@home 项目（使用数百万人家用电脑搜寻外星信号）、分析 Google 或 Facebook 等公司的庞大数据集。

虚拟化 (Virtualisation)

是什么： 利用软件创建一部电脑的“虚拟”版本，运行在你实际的实体电脑之上。这部虚拟机就好像一部独立的电脑，拥有自己的虚拟硬件和操作系统。
比喻： 拥有一部“电脑中的电脑”。你可以在你的 Mac 电脑的一个窗口里面运行完整版的 Windows，反之亦然。
应用： 安全地测试新软件而不会损害你的主系统、运行与你现有操作系统不兼容的旧程序、以及允许云端运算公司在一部实体服务器上运行多个虚拟服务器。

常见错误要避免！

千万不要混淆并行处理和分布式处理。
- 并行处理 = 在一部电脑里面有几核处理器。
- 分布式处理 = 多部电脑协同工作。