操作系统在计算机科学发展中的重要性,浅谈计算机科学中的系统论与辩证法

摘要：计算机科学与技术中蕴含着很多系统论和辩证法。文章通过对这些理论的探讨，从一个全新的角度对计算机的硬件、软件以及操作系统等进行了阐述。为计算机教学工作的开展提供一条新的路径。

关键词：计算机；系统论；辩证法；

中图分类号：S951.2 文献标识码：A

由于世界处于普遍联系和永恒发展之中，因此辩证法和系统论是人们认识世界和改造世界的一个重要的思想武器。作为人类智慧结晶的计算机科学，凝聚大量的系统论和辩证法的思想。无论是发明者还是后来的使用者，在使用计算机的时候，都在自觉或不自觉的体现这一理论。

在计算机相关专业的教学活动中，存在着重部分，轻整体等片面等违反系统论和辩证法的现象。这种现象的出现，主要是因为没有宏观的方法论来进行指导。国内已经有一些学者将系统论、辩证法以及计算机科学技术结合起来，对计算机科学与技术中的问题进行阐述。赵致琢等在计算科学导论中阐述了计算科学的意义、内容和方法，具体包括：什么是计算科学，计算科学发展主线和学科的基本问题，并将其应用于计算科学的教学计划和课程体系制定。董荣胜等阐述了计算学科中各主要领域发展的基本规律，揭示了各领域之间的内在联系，有助于人们对计算学科的深入理解。周长林等在操作系统课程中从最一般意义上给出了操作系统的基本理论，指出了资源共享和进程并发是操作系统的两个基本特性，操作系统的所有内容都是围绕资源和进程展开的。陈次白等应用对立统一思想分析了计算机科学与技术中存在的时间与空间、静态与动态、绝对与相对等问题。

本文将系统论与辩证法引入到计算机科学与技术中，用辩证观点解释计算机中的相关问题。

1 唯物辩证法的主要观点

1.1 唯物论

为物论认为，世界的本质是物质的。物质决定意识，意识对物质具有能动的反作用。物质处于永恒的运动之中，运动是绝对的、无条件的，静止是相对的、有条件的。时间和空间是运动著的物质的存在形式。

1.2 唯物的辩证法

唯物的辩证法认为世界处于普遍联系和永恒发展之中。对立统一规律、质量互变规律和否定之否定规律是辩证法的基本规律。包括现象和本质、内容和形式、原因和结果、可能性和现实性、偶然性和必然性等若干个范畴。

1.3 认识论

唯物主义认识论认为理论来源于实践，实践是理论的基础，相反理论可以指导实践。认识分为感性认识和理性认识，感性认识是理性认识的基础，理性认识是感性认识的升华。

2 计算机科学与技术中的系统论与辩证法

2.1 软件系统和硬件系统

唯物辩证法认为，物质决定意识，意识对物质具有能动的反作用。而计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机的硬件是看得见摸得着的，相当于物质，而软件是由大量的代码编写出来是思维的成果，软件必须在硬件的基础之上才能够运行，离开了硬件，软件变成了无源之水，无本之木。同样，硬件也离不开软件，没有软件的支持，硬件就无法发挥其应有的性能。硬件在通常的情况下都会给软件留出一定的升级空间，方能软件的更新，而反过来软件的不断升级，对硬件的要求也在不断的提高，促使硬件的更新换代。这样二者相互依存、相互制约，在总体上处于一种动态的平衡之中。

冯诺依曼模型是现代计算机硬件系统的鼻祖。它确立计算机系统由主机、输入系统和输出系统构成，并且一直沿用到今天。这个设计是系统论思想的生动体现。而确立计算机软件系统的图灵，在本质是就是确定了1和0 这两个二进制的代码作为计算机的语言。1代表开，0代表关，这两者既互相对立，有互相统一，最终构成了计算机语言的最基本的单位。1和0 是计算机语言的基础和本质，而我们通过显示器所看到的各种文字、动画以及听到的各种声音都是一种现象。不论多么逼真的动画，它在本质上就是有无数的1和0通过不同的排列而构成的。

2.2 操作系统

操作系统对于计算机来说就像是一个管家，或者说是灵魂。它通过对硬件进行协调和调用，起到连接硬件和软件之间桥梁的作用。由于整个硬件资源在总体上是有限的，操作系统便充分发挥资源共享和进程并发的两个最基本的作用。当运行应用软件时，操作系统经过计算，在保障硬件性能得到最大程度发挥的前提下对软件发出的资源请求进行协调、分配。

时间要素和空间要素是操作系统正确运行的前提。在操作系统中，时间与空间往往是互相结合的。在计算机中，时间和空间是相互转化的，如虚拟存储技术在内存不足的情况下将内存中的内容写入硬盘，这是典型的利用时间换取空间的方法。通过虚拟储存技术，内存的逻辑容量大大的增加了，但四同样的，这是以牺牲存储时间为代价获得的，但是这可以使超出内存容量的应用程序得以运行。相反，缓冲区技术就是利用空间换取时间，通过在存储区上设置一部分的存储空间作为缓存区，这样可以使设备的读取和写入速度大大的提升，从而节省大量的时间。

2.3 程序设计语言和算法

计算机算法是通过程序语言的来实现的。而程序自身的运行是无法脱离时间和空间而独立存在的。在程序语言中，其中一个重要的因素就是语言变量。例如在C语言中，包含自动和静态两种变量，它们都有各自的生存时间和作用范围。在编写结构化程序的时候，往往将复杂的程序执行过程逐步的细化。在结构化程序总，最基本的组成要素就是函数。函数可以被看成是一个系统，函数参数表是函数与外部联系的路径，参数本身就是一个输入的过程。函数的返回值就是函数进行输出的过程。函数体自身就是控制。

类和对象是面向对象程序设计中的两个最基本的观念。类和对象是抽象和具体，一般与特殊的关系。对象是组成程序的基本要素，而对象之间本来就存在着联系，只有对象之间的相互作用，最终才能求出最优解。这是普遍联系这是唯物辨证法思想的生动体现。

想要获得问题正确的结果，关键在于算法。正确只是算法的一个最基本的要求，除此之外，一个优秀的算法还要有时间和空间复杂度小的优点。比较小的空间复杂度一般需要比较大的时间复杂度，反之亦然。总之，在设计算法时要根据实际情况综合考虑时空关系，使设计的算法达到最优。

有些复杂的问题，在解决的时候需要递归程序设计。在求解问题的时候，递归程序利用问题自身整体与部分的某些相似的特性，反复进行调用，可以节省大量系统资源与时间。面向对象程序设计和结构化程序设计相互补充，而并非是一种对立的关系。前者是在继承后者的基础进行的发展，同样后者是对前者的基础。结构化程序设计是面向对象程序设计的最终落脚点和归宿。

3 结语

本文采用马克思主义哲学观点分析和阐述了计算机科学与技术中存在的系统论和辩证法等规律，涵盖了计算机硬件、操作系统、程序设计语言、计算机网络与计算机发展等各方面。将上述规律应用于计算机专业的教学和培养方案的制定，取得了良好的效果。计算机科学与技术将继续迅猛发展，但万变不离其宗，采用系统论与辩证法分析计算机发展中出现的新问题、新技术仍会得到有意义的结论。

参考文献

[1]桂起权,任晓明.计算机科学哲学的核心理念[J].淮阴师范学院学报(哲学社会科学版), 2010,(01) .

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[3]刘钢.机器、思维与信息的哲学考察与莱布尼茨的二进制级数和现代计算机科学的关系[J].心智与计算,2007,(01).

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来源：阿拉灯神丁Vicky