1.1 Win32的軟硬件平臺


1.1.1  80x86系列處理器簡史

Win32可以在多種硬件平臺上運行，但使用最廣泛的硬件平臺是基于Intel公司80x86系列處理器的微型計算機。

自1978年6月Intel公司推出它的第一個16位微處理器8086以來，計算機技術(shù)就開始進(jìn)入飛速發(fā)展的時期。8086芯片的主頻為4.43 MHz，集成的晶體管數(shù)大約為2.9萬個，運算器的位長為16位，采用了20條地址線，可以尋址的范圍為220個字節(jié)地址，即1 MB；1982年，該公司發(fā)布了80286處理器，芯片上集成了12萬個晶體管，主頻提高到了12 MHz。

1985年Intel公司推出32位的80386處理器，芯片上集成的晶體管數(shù)為27.5萬個，主頻提高到了33 MHz，地址線則擴展為32條，直接尋址的能力達(dá)到4 GB。80386處理器在設(shè)計的時候考慮了多用戶及多任務(wù)的需要，在芯片中增加了保護(hù)模式、優(yōu)先級、任務(wù)切換和片內(nèi)的存儲單元管理等硬件單元。80386的出現(xiàn)使Windows和UNIX等多任務(wù)的操作系統(tǒng)可以在PC上運行。直到現(xiàn)在，運行于80x86處理器之上的多任務(wù)操作系統(tǒng)都是以80386的運行模式為基礎(chǔ)的。

1989年，Intel公司推出80486處理器，在芯片內(nèi)集成了浮點處理器和8 KB的一級緩存，片內(nèi)的晶體管數(shù)達(dá)到了118萬個，并把主頻提高到50 MHz～66 MHz。80486處理器開始使用流水線技術(shù)，即在CPU中由5～6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條指令分成5～6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，由此提高CPU的運算速度。電路單元的數(shù)目就是流水線的深度。為了使計算機中的其他部件不至于成為CPU速度發(fā)展的瓶頸，80486處理器開始使用了倍頻技術(shù)，即讓處理器速度（CPU主頻）數(shù)倍于系統(tǒng)總線速度（外頻）。

從80386開始，在Intel公司向市場大量推出處理器芯片的同時，其他一些電腦公司和廠商如AMD和Cyrix等，也紛紛投入大量的人力財力進(jìn)行處理器的開發(fā)和研制，并很快把研制出的產(chǎn)品推向市場。這些CPU芯片和80386芯片兼容，在編程上可以使用和Intel處理器相同的指令集。

1993年3月Intel公司推出80586處理器。由于無法阻止其他公司把自己的兼容產(chǎn)品也叫做x86，所以把產(chǎn)品取名為Pentium，并且進(jìn)行了商標(biāo)注冊，同時啟用了中文名稱“奔騰”。Pentium芯片中集成了310萬個晶體管，內(nèi)置16 KB緩存，主頻有60 MHz和66 MHz兩個版本，后來逐步提高，到1995年6月時主頻提高到了133 MHz。Pentium處理器采用許多新技術(shù)，其中最重要的變化是采用了超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)。即將兩個同時工作的指令執(zhí)行部件封裝在同一芯片中，用兩條并行的通道來執(zhí)行指令，這相當(dāng)于兩個CPU同時工作，大大提高了處理速度。在586時代，AMD和Cyrix等其他公司也推出了相應(yīng)檔次的CPU，命名為5x86和K5等。

1995年11月，Intel公司推出代號為P6的新一代Pentium Pro處理器，中文名稱為“高能奔騰”。Pentium Pro芯片中集成了550萬個晶體管，主頻分150 MHz～200 MHz多個版本。片內(nèi)集成了3條平行的指令執(zhí)行通道，相當(dāng)于3個CPU并行工作，并用超流水線技術(shù)將流水線的深度提高到了14級。P6處理器內(nèi)置16 KB一級高速緩存，并將256 KB或512 KB的二級高速緩存芯片與CPU內(nèi)核芯片同時封裝在一個外殼中，縮短了CPU和二級高速緩存之間的線路走線距離。同時，P6處理器開始使用亂序執(zhí)行和分支預(yù)測技術(shù)，這使下一條指令不一定要等到前一條指令執(zhí)行完畢后才可以開始。所有這些技術(shù)使這種CPU在運行32位指令系統(tǒng)時的執(zhí)行效率明顯高于上一代Pentium。

隨著CPU和操作系統(tǒng)的發(fā)展，多媒體技術(shù)開始流行，表明依靠浮點處理器已經(jīng)不能滿足多媒體音頻和視頻信號的實時處理任務(wù)了。1997年初，Intel公司在Pentium Pro芯片上增加了專用于多媒體處理的57條指令和8個64位專用寄存器，命名為Pentium MMX。Pentium MMX使用了450萬個晶體管，最高主頻達(dá)到了233 MHz。

1997年5月，Intel公司又向市場推出了Pentium II芯片，中文名稱為“奔騰II代”。Pentium II內(nèi)集成了750萬個晶體管，最高主頻達(dá)到了300 MHz，也具有MMX的功能。這種處理器將二級高速緩存移到芯片外，以提高芯片成品率。為了照顧低端市場，1998年Intel公司推出了除去二級高速緩存的Pentium II簡化版，命令為Celeron處理器。由于其缺乏片內(nèi)二級高速緩存，對速度的影響非常巨大，使Celeron處理器的實際性能非常低。1998年4月，Intel公司又把128 KB二級高速緩存加回到Celeron處理器中，命名為Celeron A處理器。Celeron A的主頻從300 MHz開始。

1999年，Intel公司推出集成了950萬個晶體管，主頻為450 MHz～500 MHz，外頻為100 MHz的Pentium III處理器。這種處理器新增了SSE指令集，提供70條全新的指令，可以大大提高3D運算、動畫片、影像與音效等功能，增強了視頻處理和語音識別的功能。這套指令集主要為瀏覽WWW網(wǎng)頁而設(shè)計。Pentium III處理器在芯片內(nèi)集成了64 KB的一級緩存，并將512 KB的二級緩存安裝在外殼卡盒內(nèi)。

2000年11月，Intel公司發(fā)布集成4 200萬個晶體管的Pentium 4處理器，主頻達(dá)到了1.4 GHz，系統(tǒng)總線速度為400 MHz，流水線的深度提高到20級，并增加了SSE2指令集，提供144條新指令用于提高攝像、多媒體、3D圖像和密集運算等方面的速度。時至今日，Intel公司已經(jīng)發(fā)布了主頻超過2 GHz的Pentium 4處理器。

從第一塊微處理器誕生至今，處理器技術(shù)發(fā)展出不少新的體系結(jié)構(gòu)。從微處理器的指令系統(tǒng)來看，有兩種分支走向，一種是CISC；一種是RISC。CISC即復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機。從PC誕生以來，人們一直沿用CISC指令集方式。它的指令不等長，指令的條數(shù)比較多，編程和設(shè)計處理器時都較為麻煩。在CISC之后，人們發(fā)明了RISC，即精簡指令系統(tǒng)。這種指令系統(tǒng)采用等長的指令，且指令數(shù)較少，通過簡化指令可以讓計算機的結(jié)構(gòu)更為簡單，進(jìn)而提高運算速度。

Intel的80x86系列處理器看起來屬于CISC體系，但實際上，從Pentium處理器開始，都已不是單純的CISC體系了。因為它們引入了很多RISC體系里的先進(jìn)技術(shù)來大幅度提高性能。但是，好馬也得配好鞍——沒有軟件支持的CPU再快也不是好CPU。為了兼容已有的軟件，80x86系列處理器也不得不背上沉重的歷史包袱。如CPU的位長還是停留在32位；在寄存器、運行模式與內(nèi)存管理模式等方面還是繼承了早期的80386模式；80386以后的處理器雖然增加了不少新指令，但大多用于多媒體擴展，其中很少有和操作系統(tǒng)密切相關(guān)的指令。所以，如果不涉及3D及密集運算方面的運算，僅從操作系統(tǒng)的角度看，這些處理器只能算是一個快速的80386處理器而已。
 



1.1.2  Windows的歷史

Win32指的是32位的Windows系操作系統(tǒng)。Microsoft公司有一系列的Windows操作系統(tǒng)，下面先簡單介紹Windows的歷史。

談到Windows的歷史就不能不談MS-DOS的歷史。MS-DOS的技術(shù)源自CP/M操作系統(tǒng)。1973年，第一個8位磁盤操作系統(tǒng)CP/M出現(xiàn)，這種操作系統(tǒng)有較好的層次結(jié)構(gòu)，它利用BIOS隔離硬件和操作系統(tǒng)的其他模塊，有很好的可移植性和易用性。在此基礎(chǔ)上，西雅圖計算機公司于1978年開始開發(fā)QDOS，此后又成功研制出16位微型機的實驗性操作系統(tǒng)86-DOS。

也正是在這段時期，IBM公司正在開發(fā)基于8086處理器的IBM PC，急需一個配套的操作系統(tǒng)，但和CP/M開發(fā)者之間的談判不是很順利，于是Microsoft乘虛而入。Microsoft沒有足夠的時間開發(fā)新的操作系統(tǒng)，于是找到了西雅圖計算機公司，雙方達(dá)成了由Microsoft經(jīng)銷86-DOS操作系統(tǒng)的協(xié)議。以86-DOS操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，Microsoft很快開發(fā)出MS-DOS 1.0版本。1981年8月，MS-DOS 1.0和IBM PC一起發(fā)布。

MS-DOS 1.0還不支持硬盤和分層目錄結(jié)構(gòu)，文件管理中繼承了CP/M操作系統(tǒng)的許多功能，但僅支持單面軟盤。到了1983年，為了支持帶硬盤的PC/XT計算機，經(jīng)過較大地改造并吸取了UNIX的很多優(yōu)點后，MS-DOS升級到2.0版本，可以支持32 MB大小的硬盤分區(qū)。1984年，MS-DOS升級到3.0版本，開始支持1.2 MB軟盤，用于PC/AT計算機。1986年，為了支持3.5英寸軟盤，MS-DOS升級到3.2版本。

1987年，為了兼容IBM和PS/2個人計算機，MS-DOS升級到3.3版，這也是最流行的DOS版本。1990年，Microsoft推出MS-DOS 5.0，開始支持2.88 MB的軟盤，并可以把部分系統(tǒng)代碼放到高端內(nèi)存運行，空出低端內(nèi)存供應(yīng)用程序使用，同時將磁盤單個分區(qū)的支持容量提高到了2 GB。

一直到MS-DOS的最后版本6.22為止，絕大多數(shù)的PC上運行的就是這個字符界面的操作系統(tǒng)。當(dāng)時要想玩轉(zhuǎn)DOS，必須有專業(yè)計算機知識，不然“Bad command or filename”之類的提示隨處可見，對此一般用戶還真會不知所措。所以，雖然“界面簡陋卻令人興奮”的Windows 1.0于1985年11月正式發(fā)布時，還是為沉悶的屏幕帶來了一絲清新，畢竟它使非專業(yè)的人員使用計算機變得容易。在增強了鍵盤和鼠標(biāo)接口后，1987年微軟又推出了Windows 2.0版。由于當(dāng)時的硬件和DOS功能的限制，Windows并不實用，所以這兩個版本并不成功。Windows 2.0版發(fā)布不久，Intel公司的80386處理器發(fā)布，Microsoft推出使用80386處理器V86模式的Windows 2.1，即Windows/286。

在接下來的時間里，基于Intel 80x86微處理器的IBM兼容機已經(jīng)快速普及，這給Microsoft開發(fā)新的Windows系統(tǒng)提供了發(fā)展空間和市場。Microsoft公司對Windows的內(nèi)存管理和圖形界面做了重大改進(jìn)，在1990年5月份推出了Windows 3.0，可以支持Intel 80286/386/486微處理器的保護(hù)模式，并可以訪問達(dá)16 MB的內(nèi)存。Windows 3.0一面世便在商業(yè)上取得了驚人的成功，從而一舉奠定了Microsoft在操作系統(tǒng)上的壟斷地位。1992年4月，Microsoft推出了更穩(wěn)定的Windows 3.1，可以支持True Type字體。Windows 3.1是16位Windows中最流行的版本。

1993年5月，Microsoft發(fā)布了具備安全性和穩(wěn)定性特征的32位操作系統(tǒng)Windows NT 3.11，主要針對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器市場?！癗T”代表“新技術(shù)”（New Technology）。NT 3.11是Windows系列中使用32位編程模式的第一個版本。它充分利用80386及以上處理器的平面地址空間和保護(hù)模式等新技術(shù)，并可以移植到Alpha，MIPS和Power PC等不同的處理器平臺上運行。

隨后，Microsoft借Windows東風(fēng)，于1995年8月推出新一代操作系統(tǒng)Windows 95(又名Chicago)。Windows 95實現(xiàn)了很友好的用戶界面，支持即插即用功能，支持主流多媒體設(shè)備和DirectX編程接口，成為Microsoft發(fā)展史上的一個里程碑，也是操作系統(tǒng)發(fā)展史上的一個里程碑。從此，Windows 9x便取代了Windows 3.x和MS-DOS操作系統(tǒng)，成為個人計算機平臺的主流操作系統(tǒng)。

1998年Microsoft又發(fā)布了使用更方便的Windows 98。本來Windows 98是Microsoft最后一款基于Win 9x內(nèi)核的操作系統(tǒng)，并打算將下一代的操作系統(tǒng)建立在更加穩(wěn)定的Windows NT內(nèi)核上，也就是Windows NT 5.0。但是在開發(fā)過程中，Microsoft意識到基于NT內(nèi)核的系統(tǒng)不可能提供足夠的多媒體支持，于是繼續(xù)開發(fā)了基于Win 9x內(nèi)核的Windows Me。雖然其性能并不比Windows 98有很大提高，但在操作界面上有了更人性化的改進(jìn)。

在操作系統(tǒng)的分類上，Microsoft根據(jù)家庭個人用戶和商業(yè)辦公用戶的不同需求，分別提供Window 9x和Windows NT系列，Windows 9x注重用戶界面及其他易用性特征，而NT系列則在純32位內(nèi)核的穩(wěn)定性和可靠性等企業(yè)級特征上下功夫；另一方面，特別針對不同規(guī)模商業(yè)用戶的需求，Windows NT系列分為工作站版和服務(wù)器版等多個版本。在Windows 9x系列上，從Windows 95 OSR2版起，Microsoft先后發(fā)布了Windows 98，Windows 98 SE和Windows Me 3個面向家庭和個人用戶的PC操作系統(tǒng)，并把IE瀏覽器集成在PC操作系統(tǒng)中；而在商用操作系統(tǒng)領(lǐng)域，繼Windows NT 3.11之后，Microsoft相繼發(fā)布了Windows NT 3.5和4.0兩代操作系統(tǒng)，并在NT 4.0上采用了Windows 95式的用戶界面。2000年，微軟發(fā)布采用純32位內(nèi)核并照顧了家庭消費類應(yīng)用軟件的Windows NT 5.0，即Windows 2000。至此，Microsoft的兩個系列操作系統(tǒng)終于開始統(tǒng)一。

為了利用MS-DOS時代大量的應(yīng)用程序，保持向下的兼容性，Windows 9x的內(nèi)核模塊還有許多地方使用16位程序，但在編程上，支持32位的編程模式。Windows NT系列和Windows 9x系列操作系統(tǒng)都支持Win32 API（Application Programming Interface），即Windows 32位應(yīng)用程序編程接口，Win32 API為應(yīng)用程序提供了大量的系統(tǒng)功能調(diào)用，通過Win32 API調(diào)用Windows系統(tǒng)相當(dāng)于在MS-DOS中通過中斷方式調(diào)用系統(tǒng)功能。就像DOS匯編程序中隨處可見的INT 21h指令一樣，Windows應(yīng)用程序中Win32 API也隨處可見。

1.1.3  Win32平臺的背后——Wintel聯(lián)盟

Windows是伴隨著Intel 80x86系列處理器從弱小逐漸成為霸主的。在20世紀(jì)90年代，Intel 80x86系列處理器更新?lián)Q代最快的時期也就是Microsoft的Windows系列最紅的時期。在這個時期，Windows標(biāo)志和Intel Inside標(biāo)志幾乎是每一臺桌面PC上都有的烙印。Microsoft和Intel公司一軟一硬，完全統(tǒng)治著全球PC機的市場，成為整個PC時代的象征，被世人稱為Wintel聯(lián)盟。

從20世紀(jì)80年代起，當(dāng)時規(guī)模甚小的Microsoft和Intel正式攜手，逐步壟斷了計算機產(chǎn)業(yè)硬件與軟件的主要領(lǐng)域。每當(dāng)Microsoft推出功能更強的軟件后，Intel處理器的需求量就上升；同樣，當(dāng)Intel生產(chǎn)出速度更快的處理器后，Microsoft的軟件因有了更好的平臺而顯得更易用。Intel有多快的CPU，Microsoft就有相應(yīng)的、龐大的軟件來支持它。Microsoft的應(yīng)用程序不管有多龐大，需要多快的速度，Intel的新處理器又總能滿足它。業(yè)界也必須出奇一致地放棄原有的軟硬件平臺，轉(zhuǎn)到新平臺上去。因為，誰跟不上Wintel的步伐，誰就極有可能被淘汰出局。

Wintel聯(lián)盟不僅是針對競爭對手的聯(lián)盟，它還是迫使用戶升級的同盟。在升級的循環(huán)中，多數(shù)用戶往往為了一個應(yīng)用而被迫升級整個系統(tǒng)。Intel有多快的CPU，Microsoft 就有多花哨、多龐大的操作系統(tǒng)與之相配合。操作系統(tǒng)的升級即意味著應(yīng)用軟件的全面升級，而應(yīng)用軟件的升級則意味著用戶整個系統(tǒng)必須升級。如果用戶還在原有的系統(tǒng)上工作，那么就再也得不到新軟件的支持了，因為，所有的應(yīng)用軟件公司都不愿意在過時的操作系統(tǒng)上投資開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。大家都有體會，運行Windows 95很快的Pentium II/250把Windows 98一裝上去，立刻慢了下來，等到升級到了Pentium III/450，Windows 98運行起來很快了，Windows 2000又出來了，“快速”的PIII又成了老牛。在又一輪的升級下，CPU爬到了1 GHz以上，等到Windows 2000運行起來很舒暢了，再試一下Windows XP，用戶升級的欲望又出來了！讓客戶口袋里的銀子永遠(yuǎn)不會有滿的一天。

時鐘走過2000年，Wintel聯(lián)盟已呈衰減之勢。Sun，IBM，Oracle，Linux，壟斷和司法部等名詞讓Microsoft感到頭痛；AMD的速龍和鉆龍?zhí)幚砥饕沧孖ntel手忙腳亂。Microsoft和Intel在利益上的沖突也越來越公開化，整個業(yè)界都感受到了Wintel聯(lián)盟將土崩瓦解的氣息。

不管業(yè)界風(fēng)起云涌也好，一片死寂也好，Intel 80x86平臺和Windows是桌面計算機上最流行的配置已是不爭的事實。為了自由和創(chuàng)新，我們可以去學(xué)習(xí)Linux，但在更多的時候，學(xué)會Win32編程是不得已的選擇，即使是全世界的計算機中只剩50%在運行Windows。Windows程序員仍然有廣闊的用武之地，這也算是無奈之際給自己一個理由吧！

 

       


1.2 Windows的特色


對于使用者來說，關(guān)于Windows的特色毋須多言，下面的幾個特點足以使它廣泛流行：

● 圖形用戶界面（GUI，Graphic User Interface的縮寫詞）——Windows最重要的特色，用戶由此擺脫了字符界面操作系統(tǒng)必須死記的鍵盤命令和令人一頭霧水的屏幕提示，改為以鼠標(biāo)為主可以直接和屏幕上所見即所得的東西進(jìn)行交流。

● 一致的用戶界面——使初學(xué)者便于使用，大部分的Windows程序界面看起來都是差不多的，都有菜單和標(biāo)題欄等，掌握一個程序后就很容易嘗試新的程序。