专利名称：一种可靠性高的个人计算机及操作系统的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机领域，尤其涉及一种个人计算机及其操作系统。
背景技术：
现在的个人计算机即PC机虽然功能越来越强大，用户越来越容易操作，但也有许多缺陷1、安全性不高，容易受病毒的侵扰和黑客的攻击，用户使用的电脑经常感染病毒，安全性问题在最近几年已经成为个人计算机使用中的最大问题，因此微软下一代要发布的操作系统Vista把解决安全性问题作为首要的问题来解决，从他们发布的beta版来看，新发布的操作系统主要通过限制用户安装应用软件等权限和把应用软件和系统软件分开来解决安全性问题。2、无论WINDOWS系统还是LINUX系统，都是通过把系统软件和应用软件统一安装到一个硬盘上来使用，两者相互影响，一旦系统软件破坏，整个电脑就瘫痪；3、系统为了支持各种硬件，带有庞大的驱动程序，安装费事，从理论上讲，软件越大，软件BUG越多，比如WINDOWS系统经常发布软件补丁；4、由于系统不断的使用，硬盘的碎片越多，造成电脑的速度越来越慢。
我们知道桌面计算机软件系统，由操作系统和其上的应用软件构成，而操作系统又分为进程管理、内存管理、进程间通讯、文件系统、设备驱动等内核部分和相关的操作系统服务部分，在本文中统称为操作系统内核，一般很大，但很大一部分是支持花样众多的设备的设备驱动，大部分对于一部具体的个人计算机来说都用不上，如果除去设备驱动，操作系统内核就没有多大，对于LINUX操作系统，操作系统内核通常在几百K字节，同时由于个人计算机可靠性的关键是内核的稳定性，只要保证内核的稳定，操作系统就能够保证稳定性。
发明内容
为了解决以上提出的问题，本发明提供一种可靠性高的个人计算机及其操作系统。
本发明提供的一种可靠性高的个人计算机及其操作系统的技术方案是把操作系统的设备驱动从操作系统内核中分离出来，即操作系统内核分为基本内核部分和设备驱动部分，并保存到计算机不同位置的非易失存储器中；具体的说，操作系统基本内核保存到计算机主板上安装的非易失存储器中，把设备驱动保存到对应设备为保存自己的驱动程序安装的非易失存储器中计算机插卡形式的设备的驱动程序保存到该计算机插卡上安装的非易失存储器中，主板上的设备驱动保存到主板上安装的非易失存储器中，对于外部设备的设备驱动保存到该外设的非易失存储器中；而对于应用软件来说还由用户或系统安装到硬盘上。
所述的可靠性高的个人计算机及其操作系统，其特征在于在计算机设备和计算机主板上安装有保存相应软件的非易失存储器，设备上安装的非易失存储器中在出厂时就固化有设备相应的驱动程序，并且可以以后升级，即把设备驱动与相关的设备硬件绑定到一起作为一个独立的带有驱动软件的设备使用；计算机主板上安装有保存操作系统基本内核和主板驱动程序的非易失存储器，主板驱动程序在出厂时就固化到非易失存储器中，以后可以升级，而对于操作系统基本内核可以在出厂时就固化到非易失存储器中，还可以以后安装到非易失存储器中。
所述的设备驱动，作为可动态加载的内核模块使用，在操作系统检测到相关的设备上安装的设备驱动，就把该设备驱动加载到系统中，在设备从系统中拆除后从系统中卸载该设备驱动。
所述的保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器可以使用多种寻址方法访问对于计算机主板上保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器，可以安装于计算机的ISA地址空间，还可以安装到计算机主板上的一个存储设备中，使用I/O方式或存储器方式来访问它们；对于ISA总线插卡上保存驱动程序的非易失存储器，可以使用I/O方式和存储器方式来访问，在使用存储器方式时，非易失存储器应该处于卡上ISA总线地址空间的固定位置，以便能够访问到；对于PCI总线插卡上保存驱动程序的非易失存储器，可以处于计算机PCI总线的I/O地址空间或存储器地址空间，并且非易失存储器的地址空间通过PCI配置信息来配置和描述。
计算机外设上的驱动程序通过外设和计算机之间的通讯协议来加载到系统中，因此其保存驱动程序的非易失存储器不用映射到计算机的地址空间。
所述的保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器，其特征还在于是一种可读写非易失存储器，但为了系统的可靠和保护内核或设备驱动不被破坏和被病毒侵扰，通常处于只读保护模式，可以通过软开关或硬开关在升级状态打开写模式；对于保存设备驱动的非易失存储器，由于一个设备的设备驱动一般比较稳定，出厂时已经固化到设备的非易失存储器中，一般不需要升级，但也有升级的可能，如性能提高，系统不兼容的时候，因此通过硬开关在驱动升级期间打开写模式，对于主板上保存操作系统基本内核的非易失存储器，由于操作系统基本内核一般要经常升级或安装，因此通过软开关在基本内核安装或升级时打开非易失存储器的写模式，当然也可以通过硬开关打开写模式。
所述的带设备驱动的设备及设备驱动，由于设备类型的多样，为了升级的安全考虑，对于每类设备应该统一分配一个全球唯一的设备类型号，并连同设备的厂家信息及设备驱动的版本信息一起保存到设备驱动中，并存储到非易失存储器中，在设备驱动调入内存时，在内存中建立相应的结构记录设备驱动的这些信息和设备驱动所在的地址空间的信息，并可以保存到电脑的CMOS中，方便以后设备驱动的检测和升级。
所述的个人计算机操作系统，带有文件系统，利用文件系统来管理保存或安装到硬盘的应用程序和应用数据，并且系统使用注册文件来管理系统安装的应用程序，在应用程序安装后，其系统注册登记信息作为注册文件的记录保存到硬盘上，操作系统在以后根据该注册文件来登记系统可以使用的应用程序；而保存到非易失存储器中的设备驱动程序和操作系统内核程序不属于文件系统的管理范围，文件系统对它们是不可访问的、隐藏的；另外为了安全设备驱动程序都没有访问保存自己的非易失存储器的接口，因此在操作系统下，任何应用程序都不能通过设备驱动程序或文件系统访问到保存内核的非易失存储器，因此进一步保证了内核的安全，保证内核不被恶意的应用程序或病毒破坏。
所述的个人计算机的启动顺序是在计算机启动时，系统BIOS在初始化和检测硬件后，在计算机主板上的非易失存储器中找到操作系统的引导程序，由引导程序完成操作系统基本内核其它部分调入内存的工作，在操作系统基本内核调入内存后，系统跳到操作系统执行，在操作系统启动过程中或启动后，操作系统还要负责检测系统安装的设备上的设备驱动程序，并把它们加载到操作系统内核中，最后根据硬盘上保存的应用程序安装登记信息来登记系统可以使用的应用程序。
本发明还提供了一种个人计算机操作系统的设备驱动和操作系统基本内核的安装或升级方法设备驱动和操作系统基本内核的安装或升级可以通过一个升级安装程序来完成，该升级安装程序可以固化到BIOS中，还可以作为操作系统的一个功能模块，在电脑启动过程中，用户按下某个按键进入升级安装程序；升级安装程序还可以安装到一个启动盘中，如USB启动盘或者软启动盘，在USB启动盘或者软启动盘启动过程中直接启动升级安装程序；另外由于操作系统基本内核比较小，可以把操作系统的基本内核使用该升级安装程序备份到一个存储盘或者一个U盘上，在非易失存储器中的操作系统基本内核被破坏时，利用升级安装程序可以方便的恢复系统。
在使用升级安装程序进行设备驱动升级时，其步骤为首先通过硬开关打开保存要升级的驱动程序的非易失存储器的写模式，再启动升级安装程序，选择升级驱动程序，并读入升级文件，然后升级安装程序开始在CMOS中寻找设备驱动信息，如果在电脑的CMOS中找到与升级文件相一致的设备驱动信息，则进行升级工作，否则如果在电脑的CMOS中找不到对应的设备驱动信息，则进行硬件的检测，查找系统中是否安装有与升级文件相一致的设备驱动，找到相一致的设备驱动，则进行设备驱动的升级工作；在进行操作系统基本内核升级时，其步骤为首先使用BIOS的软开关或硬开关打开保存操作系统基本内核的非易失存储器的写模式，再启动升级安装程序，选择升级或者安装基本内核程序，并读入基本内核文件，接着把基本内核文件存入保存操作系统基本内核的主板上的非易失存储器中，重启机器，就完成基本内核的升级或安装任务；升级安装程序还包括备份和恢复操作系统基本内核的任务。
本发明的有益效果由于本技术方案把操作系统基本内核、设备驱动及应用程序分开存储基本内核保存到主板的非易失存储器中，设备驱动保存到相应设备的非易失存储器中，而应用程序还被保存到硬盘上，并且保存程序的非易失存储器通常处于只读模式，因此保证了内核的健壮性，只要非易失存储器不丢失数据，内核就不会破坏，完全杜绝了病毒，也完全避免了应用程序和内核的相互影响，同时系统不用安装庞大的驱动程序，因此大大减少了系统的大小，使系统安装起来容易，BUG减少，另外由于内核没有安装到硬盘中，因此硬盘的碎片也不会影响内核运行的速度，因此该技术方案从根本上保证了系统的稳定性，使个人计算机具有家电般的稳定性。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进一步进行详细说明。
图1表示本发明的一种可靠性高的个人计算机及其操作系统把操作系统分为不同的模块存储到不同的存储位置的一种图示。
图2表示本发明的一个实施例中电脑主板上保存操作系统基本内核和主板驱动程序的非易失存储器所处地址空间的图示；图3表示本发明的一个实施例中电脑主板上保存系统BIOS、操作系统基本内核和主板驱动程序的非易失存储器的电路逻辑框图；具体实施方式下面结合附图详细说明具体实施方式
。
图1表示本发明的一种可靠性高的个人计算机及其操作系统把操作系统分为不同的模块存储到不同的存储位置的一种图示。
如图所示BIOS、操作系统基本内核及主板驱动保存到主板上安装的非易失存储器中，计算机上安装的板卡的驱动程序保存到相应的板卡上安装的非易失存储器中，计算机外设的驱动程序保存到外设上安装的非易失存储器中，计算机的应用程序和应用程序的系统登记信息及应用数据作为文件保存到硬盘上。
本实施方式使用LINUX操作系统作为原形，因为其源码公开，基于GNU计划，因此可以任意裁减。本实施方式对LINUX操作系统进行裁减把LINUX操作系统所带的设备驱动全部裁减掉，编译出一个不带设备驱动的内核，即基本内核，大约在三四百K，完全可以装载到非易失存储器中，而设备驱动作为可动态加载的内核模块，存储到对应设备所在的板卡上的非易失存储器中。
本实施例在电脑的主板上增加两个适当大小的非易失FLASH存储器，一个512K字节的FLASH存储器用来存储裁减出的内核，另一个128K字节的FLASH存储器用来存储主板驱动程序，这两个FLASH存储器总共占用640K字节大小的ISA地址空间；该ISA地址空间可以位于14M-16M的ISA地址空间，还可以把存储主板驱动程序的128K字节的FLASH存储器放到低于1M的ISA地址空间，占用从0xE0000到0X100000的ISA地址空间，与系统BIOS的地址空间重用，但可以通过A20信号线加以区分，另一片存储裁减出的内核的512K字节的FLASH存储器放到14M-16M的ISA地址空间；本实施例使用第二种方式，如图2所示，BIOS和主板驱动处于低于1M的ISA地址空间，二者地址公用，操作系统基本内核处于14M-16M的ISA地址空间；图3所示为主板上保存系统BIOS、主板驱动及操作系统基本内核程序的三个FLASH存储器的电路逻辑框图，其中U2为存储操作系统基本内核的FLASH存储器，处于14M-16M的ISA地址空间，U3为存储主板驱动程序的非易失FLASH存储器，U4为存储系统BIOS的非易失FLASH存储器，并使用A20及一个非门U1来作为U3、U4的片选逻辑，A20未打开时，选中U4，A20打开时，选中U3，因此二者可以公用0xE0000到0X100000的ISA地址空间，U2、U3、U4接到相同的ISA总线上，三者都使用存储器寻址方式来访问，它们的读信号公用，而写信号受一个软开关或一个硬开关控制U2的写有效信号受一个软开关SW2控制，U3的写有效信号受一个硬开关K1(一个跳线)控制，U4的写有效信号受一个软开关SW1控制，它们通常处于只读保护模式，在升级时使用软开关或硬开关可以使其处于写模式。
由于计算机在开机时处于实模式，所能访问的地址只有1M，因此通过改造系统BIOS把原先的从磁盘或光盘引导操作系统的代码去掉，增加一段从非易失存储器中引导操作系统的代码，该段的主要功能是把放置到14M-16M ISA地址空间的操作系统基本内核的前面部分称为SETUP的程序移到内存前640K的某个空闲位置，如0X10000处，并跳到该段代码执行；SETUP程序在检测和获得硬件信息及检测安装的驱动程序信息后，SETUP程序把计算机模式切换到保护模式，并打开A20功能，接着跳到放置到ISA高端的FLASH存储器中基本内核的其它部分开始执行，即基本内核中SETUP程序后面的程序；由于基本内核的真正映象一般是经过压缩的，因此SETUP程序后的程序通常是一个解压缩程序，该解压缩程序把基本内核的真正映象解压缩到0X100000处开始执行；在基本内核启动过程中或之后，通过读取0xE0000到0X100000的ISA地址空间的主板驱动程序，来完成主板的初始化和驱动加载任务，还要把已经检测到的系统上安装的其它板卡上的非易失存储器中的硬件驱动程序也加载到系统中，完成内核的启动；接着根据内核安装的文件系统，读取硬盘上内核文件系统可以识别的应用程序和应用数据，对于应用程序可以通过把应用程序的安装信息保存到某个注册文件中，并保存到硬盘上的某个固定目录，如硬盘第一个分区的根目录，操作系统根据该注册文件中的安装信息来登记系统可以使用的应用程序，从而完成整个系统的启动任务。
该实施例的个人计算机的操作系统基本内核和每一个硬件驱动可以出厂时就固化到FLASH存储器中，但可以在需要时使用一个升级程序对它们进行升级，实施例的升级程序作为操作系统本身的一个模块，在启动时，如果按下某个功能键，如F10键，则进入升级程序，该升级程序具有四个功能，1、升级主程序，2、升级某个驱动程序，3、备份基本内核，4、恢复基本内核。
在升级驱动程序时，升级步骤为首先打开保存要升级驱动程序的非易失存储器的写模式硬开关，并读入升级文件，然后在电脑的CMOS信息中查找与升级文件相一致的设备驱动信息，如果找到则进行设备驱动的升级工作。
如果在电脑的CMOS中找不到设备驱动信息，则进行硬件的检测，查找系统中是否安装有与升级文件相一致的设备驱动，找到相一致的设备驱动，则进行设备驱动的升级工作。
本实例通过为每类驱动程序分配一个统一的全球唯一的设备类型号，并结合驱动程序的厂家和版本信息来进行一致性校验，只有设备类型号和厂家类型与驱动程序的版本都相一致时才准许驱动程序升级。
在升级主程序时，升级步骤为首先使用软开关SW2打开保存操作系统基本内核的非易失存储器U2的写模式，再启动升级安装程序，选择升级或者安装基本内核程序，并读入基本内核文件，接着把基本内核文件存入保存操作系统基本内核的主板上的非易失存储器U2中，重启机器，就完成基本内核的升级或安装任务。
权利要求
1.一种可靠性高的个人计算机及其操作系统，计算机的软件包括操作系统和应用程序两部分，而操作系统除了包括进程管理、进程间通讯、内存管理、文件系统外，还包括各种设备的驱动，其特征在于把操作系统的设备驱动从操作系统中分离出来，即把操作系统分为称为基本内核的部分和设备驱动部分，并保存到计算机不同位置的非易失存储器中；操作系统基本内核保存到计算机主板上安装的非易失存储器中，设备驱动保存到对应设备上安装的非易失存储器中计算机插卡形式的设备的驱动程序保存到该计算机插卡上安装的非易失存储器中，主板上的设备驱动保存到主板上安装的非易失存储器中，对于外部设备的设备驱动保存到该外设的非易失存储器中；而对于应用程序来说还被安装到硬盘上。
2.根据权利要求1所述的个人计算机及其操作系统，其特征在于设备驱动在出厂时就固化到设备的非易失存储器中，可以以后升级，即把设备驱动与相关的设备硬件绑定到一起作为一个独立的带有驱动软件的设备使用；操作系统基本内核可以在出厂时就固化到计算机主板上的非易失存储器中，也可以以后再安装。
3.根据权利要求1所述的个人计算机的操作系统，其特征在于操作系统的设备驱动作为可动态加载的内核模块使用，操作系统检测到相关的设备上安装的设备驱动，就把该设备驱动加载到系统中，在设备拆除后就从系统中卸载该设备驱动。
4.根据权利要求1所述的个人计算机及其操作系统，其特征在于所述的保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器可以使用多种寻址方法访问对于计算机主板上保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器，可以安装于计算机的ISA地址空间，还可以安装到计算机主板上的一个存储设备中，使用I/O方式或存储器方式来访问它们；对于系统总线设备上保存设备驱动的非易失存储器，使用I/O方式或存储器方式来访问它们；计算机外设上的驱动程序通过外设和计算机之间的通讯协议来加载到系统中，因此其保存驱动程序的非易失存储器不用映射到计算机的地址空间。
5.根据权利要求1所述的个人计算机，其特征在于保存操作系统基本内核和设备驱动的非易失存储器是一种可读写非易失存储器，并且通常处于只读保护模式，可以通过软开关或硬开关在升级或新安装期间打开写模式。
6.根据权利要求1所述的个人计算机及其操作系统，其特征在于对于带设备驱动的每类设备应该统一分配一个全球唯一的设备类型号，并连同设备的厂家信息及设备驱动的版本信息一起保存到设备驱动中，并存储到非易失存储器中，在设备驱动调入内存时，在内存中建立相应的结构记录设备驱动的这些信息和设备驱动所在的地址空间的信息，并可以保存到电脑的CMOS中，方便以后设备驱动的检测和升级。
7.根据以上权利要求所述的个人计算机及其操作系统，其特征在于利用文件系统来管理保存或安装到硬盘的应用程序和应用数据，并且系统使用一个注册文件来管理系统安装的应用程序，在应用程序安装后，其系统注册登记信息作为注册文件的记录保存到硬盘上；而保存到非易失存储器中的设备驱动程序和操作系统内核程序不属于文件系统的管理范围，并且由于设备驱动程序没有访问保存它们的非易失存储器的接口，因此在操作系统下，任何应用程序都不能通过设备驱动程序或文件系统访问到保存程序的非易失存储器。
8.根据以上权利要求所述的个人计算机及其操作系统，其特征在于其启动顺序至少包括在计算机启动时，系统BIOS在初始化和检测硬件后，在计算机主板上的非易失存储器中找到操作系统的引导程序，由引导程序完成操作系统基本内核调入内存的工作，在操作系统基本内核调入内存后，系统跳到操作系统执行，在操作系统启动中或启动后，操作系统还要负责检测系统安装的设备上的设备驱动程序，并把它们加载到操作系统内核中，最后根据硬盘上保存的应用程序安装登记信息来登记系统可以使用的应用程序。
9.一种操作系统设备驱动或基本内核的安装升级方法，其特征在于操作系统设备驱动和基本内核的安装或升级可以通过一个升级安装程序来完成，该升级安装程序可以固化到BIOS中，还可以作为操作系统的一个功能模块，在电脑启动过程中，用户按下某个按键进入升级安装程序；升级安装程序还可以安装到一个启动盘中，如USB启动盘或者软启动盘，在USB启动盘或者软启动盘启动过程中直接启动升级安装程序；在使用升级安装程序进行设备驱动升级时，其步骤为首先通过硬开关打开保存要升级的驱动程序的非易失存储器的写模式，再启动升级安装程序，选择升级驱动程序，并读入升级文件，然后升级安装程序开始查找系统中是否安装有与升级文件相一致的设备驱动，找到相一致的设备驱动，则进行设备驱动的升级工作；在进行操作系统基本内核升级时，其步骤为首先使用软开关或硬开关方式打开保存操作系统基本内核的非易失存储器的写模式，再启动升级安装程序，选择升级或者安装基本内核程序，并读入基本内核文件，接着把基本内核文件存入保存操作系统基本内核的非易失存储器中，完成基本内核升级或安装任务；升级安装程序还包括备份和恢复操作系统基本内核的任务使用该升级安装程序把操作系统的基本内核备份到一个存储盘或者一个U盘上，在非易失存储器中的操作系统基本内核被破坏时，用来恢复被破坏的操作系统基本内核。
全文摘要
本发明提供了一种可靠性高的个人计算机及其操作系统。该个人计算机把操作系统基本内核保存到计算机主板上的非易失存储器中，把设备驱动保存到相关设备的非易失存储器中，插卡形式的设备驱动保存到插卡上的非易失存储器中，主板上的设备驱动保存到主板上的非易失存储器中，外设的设备驱动保存到外设的非易失存储器中，即把设备驱动与相关的设备硬件绑定到一起作为一个独立的设备使用，而对于应用软件来说还安装到硬盘上。本技术方案保证了内核的健壮性，完全杜绝了病毒，也避免了应用软件和内核的相互影响，同时系统不用安装庞大的驱动程序，因此大大减少了系统的大小，使系统安装容易，启动速度快，BUG减少，另外硬盘的碎片也不会影响内核的运行。
文档编号G06F9/445GK1818824SQ20061003267
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月11日 优先权日2006年1月11日
发明者毛国红 申请人:毛国红