計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程

　　操作系統(tǒng)并不是和計(jì)算機(jī)硬件一起誕生的，下面由學(xué)習(xí)啦小編為大家整理了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)展歷程的相關(guān)知識，希望對大家有幫助!

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程一、手工操作(無操作系統(tǒng))

　　1946年第一臺計(jì)算機(jī)誕生--20世紀(jì)50年代中期，還未出現(xiàn)操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工作采用手工操作方式。

　　程序員將對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)的已穿孔的紙帶(或卡片)裝入輸入機(jī)，然后啟動輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，接著通過控制臺開關(guān)啟動程序針對數(shù)據(jù)運(yùn)行;計(jì)算完畢，打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果;用戶取走結(jié)果并卸下紙帶(或卡片)后，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。

　　手工操作方式兩個(gè)特點(diǎn)：(1)用戶獨(dú)占全機(jī)。不會出現(xiàn)因資源已被其他用戶占用而等待的現(xiàn)象，但資源的利用率低。(2)CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。

　　20世紀(jì)50年代后期，出現(xiàn)人機(jī)矛盾：手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成了尖銳矛盾，手工操作方式已嚴(yán)重?fù)p害了系統(tǒng)資源的利用率(使資源利用率降為百分之幾，甚至更低)，不能容忍。唯一的解決辦法：只有擺脫人的手工操作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動過渡。這樣就出現(xiàn)了成批處理。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程二、批處理系統(tǒng)

　　批處理系統(tǒng)：加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計(jì)算機(jī)能夠自動地、成批地處理一個(gè)或多個(gè)用戶的作業(yè)(這作業(yè)包括程序、數(shù)據(jù)和命令)。

　　聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)

　　首先出現(xiàn)的是聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)，即作業(yè)的輸入/輸出由CPU來處理。

　　主機(jī)與輸入機(jī)之間增加一個(gè)存儲設(shè)備——磁帶，在運(yùn)行于主機(jī)上的監(jiān)督程序的自動控制下，計(jì)算機(jī)可自動完成：成批地把輸入機(jī)上的用戶作業(yè)讀入磁帶，依次把磁帶上的用戶作業(yè)讀入主機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行并把計(jì)算結(jié)果向輸出機(jī)輸出。完成了上一批作業(yè)后，監(jiān)督程序又從輸入機(jī)上輸入另一批作業(yè)，保存在磁帶上，并按上述步驟重復(fù)處理。

　　監(jiān)督程序不停地處理各個(gè)作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了作業(yè)到作業(yè)的自動轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)建立時(shí)間和手工操作時(shí)間，有效克服了人機(jī)矛盾，提高了計(jì)算機(jī)的利用率。

　　但是，在作業(yè)輸入和結(jié)果輸出時(shí)，主機(jī)的高速CPU仍處于空閑狀態(tài)，等待慢速的輸入/輸出設(shè)備完成工作： 主機(jī)處于“忙等”狀態(tài)。

　　脫機(jī)批處理系統(tǒng)

　　為克服與緩解：高速主機(jī)與慢速外設(shè)的矛盾，提高CPU的利用率，又引入了脫機(jī)批處理系統(tǒng)，即輸入/輸出脫離主機(jī)控制。

　　這種方式的顯著特征是：增加一臺不與主機(jī)直接相連而專門用于與輸入/輸出設(shè)備打交道的衛(wèi)星機(jī)。

　　其功能是：

　　(1)從輸入機(jī)上讀取用戶作業(yè)并放到輸入磁帶上。

　　(2)從輸出磁帶上讀取執(zhí)行結(jié)果并傳給輸出機(jī)。

　　這樣，主機(jī)不是直接與慢速的輸入/輸出設(shè)備打交道，而是與速度相對較快的磁帶機(jī)發(fā)生關(guān)系，有效緩解了主機(jī)與設(shè)備的矛盾。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作，二者分工明確，可以充分發(fā)揮主機(jī)的高速計(jì)算能力。

　　脫機(jī)批處理系統(tǒng):20世紀(jì)60年代應(yīng)用十分廣泛，它極大緩解了人機(jī)矛盾及主機(jī)與外設(shè)的矛盾。IBM-7090/7094：配備的監(jiān)督程序就是脫機(jī)批處理系統(tǒng)，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的原型。

　　不足：每次主機(jī)內(nèi)存中僅存放一道作業(yè)，每當(dāng)它運(yùn)行期間發(fā)出輸入/輸出(I/O)請求后，高速的CPU便處于等待低速的I/O完成狀態(tài)，致使CPU空閑。

　　為改善CPU的利用率，又引入了多道程序系統(tǒng)。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程三、多道程序系統(tǒng)

　　多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)所謂多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存并運(yùn)行。即同時(shí)把多個(gè)程序放入內(nèi)存，并允許它們交替在CPU中運(yùn)行，它們共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源。當(dāng)一道程序因I/O請求而暫停運(yùn)行時(shí)，CPU便立即轉(zhuǎn)去運(yùn)行另一道程序。

　　單道程序的運(yùn)行過程：

　　在A程序計(jì)算時(shí)，I/O空閑， A程序I/O操作時(shí)，CPU空閑(B程序也是同樣);必須A工作完成后，B才能進(jìn)入內(nèi)存中開始工作，兩者是串行的，全部完成共需時(shí)間=T1+T2。

　　多道程序的運(yùn)行過程：

　　將A、B兩道程序同時(shí)存放在內(nèi)存中，它們在系統(tǒng)的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上運(yùn)行：當(dāng)A程序因請求I/O操作而放棄CPU時(shí)，B程序就可占用CPU運(yùn)行，這樣 CPU不再空閑，而正進(jìn)行A I/O操作的I/O設(shè)備也不空閑，顯然，CPU和I/O設(shè)備都處于“忙”狀態(tài)，大大提高了資源的利用率，從而也提高了系統(tǒng)的效率，A、B全部完成所需時(shí)間<<T1+T2。

　　多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)不僅使CPU得到充分利用，同時(shí)改善I/O設(shè)備和內(nèi)存的利用率，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量(單位時(shí)間內(nèi)處理作業(yè)(程序)的個(gè)數(shù))，最終提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

　　單處理機(jī)系統(tǒng)中多道程序運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)：

　　(1)多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序;

　　(2)宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢;

　　(3)微觀上串行：實(shí)際上，各道程序輪流地用CPU，并交替運(yùn)行。

　　多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)漸趨成熟的階段，先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機(jī)管理、存儲器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。

　　多道批處理系統(tǒng)

　　20世紀(jì)60年代中期，在前述的批處理系統(tǒng)中，引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后形成多道批處理系統(tǒng)(簡稱：批處理系統(tǒng))。

　　它有兩個(gè)特點(diǎn)：

　　(1)多道：系統(tǒng)內(nèi)可同時(shí)容納多個(gè)作業(yè)。這些作業(yè)放在外存中，組成一個(gè)后備隊(duì)列，系統(tǒng)按一定的調(diào)度原則每次從后備作業(yè)隊(duì)列中選取一個(gè)或多個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，運(yùn)行作業(yè)結(jié)束、退出運(yùn)行和后備作業(yè)進(jìn)入運(yùn)行均由系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成一個(gè)自動轉(zhuǎn)接的、連續(xù)的作業(yè)流。

　　(2)成批：在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不允許用戶與其作業(yè)發(fā)生交互作用，即：作業(yè)一旦進(jìn)入系統(tǒng)，用戶就不能直接干預(yù)其作業(yè)的運(yùn)行。

　　批處理系統(tǒng)的追求目標(biāo)：提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，以及作業(yè)流程的自動化。批處理系統(tǒng)的一個(gè)重要缺點(diǎn)：不提供人機(jī)交互能力，給用戶使用計(jì)算機(jī)帶來不便。雖然用戶獨(dú)占全機(jī)資源，并且直接控制程序的運(yùn)行，可以隨時(shí)了解程序運(yùn)行情況。但這種工作方式因獨(dú)占全機(jī)造成資源效率極低。

　　一種新的追求目標(biāo)：既能保證計(jì)算機(jī)效率，又能方便用戶使用計(jì)算機(jī)。 20世紀(jì)60年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展使這種追求成為可能。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程四、分時(shí)系統(tǒng)

　　由于CPU速度不斷提高和采用分時(shí)技術(shù)，一臺計(jì)算機(jī)可同時(shí)連接多個(gè)用戶終端，而每個(gè)用戶可在自己的終端上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，好象自己獨(dú)占機(jī)器一樣。

　　分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。

　　若某個(gè)作業(yè)在分配給它的時(shí)間片內(nèi)不能完成其計(jì)算，則該作業(yè)暫時(shí)中斷，把處理機(jī)讓給另一作業(yè)使用，等待下一輪時(shí)再繼續(xù)其運(yùn)行。由于計(jì)算機(jī)速度很快，作業(yè)運(yùn)行輪轉(zhuǎn)得很快，給每個(gè)用戶的印象是，好象他獨(dú)占了一臺計(jì)算機(jī)。而每個(gè)用戶可以通過自己的終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令，在充分的人機(jī)交互情況下，完成作業(yè)的運(yùn)行。

　　具有上述特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)系統(tǒng)，它允許多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)。特點(diǎn)：

　　(1)多路性。若干個(gè)用戶同時(shí)使用一臺計(jì)算機(jī)。微觀上看是各用戶輪流使用計(jì)算機(jī);宏觀上看是各用戶并行工作。

　　(2)交互性。用戶可根據(jù)系統(tǒng)對請求的響應(yīng)結(jié)果，進(jìn)一步向系統(tǒng)提出新的請求。這種能使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話的工作方式，明顯地有別于批處理系統(tǒng)，因而，分時(shí)系統(tǒng)又被稱為交互式系統(tǒng)。

　　(3)獨(dú)立性。用戶之間可以相互獨(dú)立操作，互不干擾。系統(tǒng)保證各用戶程序運(yùn)行的完整性，不會發(fā)生相互混淆或破壞現(xiàn)象。

　　(4)及時(shí)性。系統(tǒng)可對用戶的輸入及時(shí)作出響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)之一是響應(yīng)時(shí)間，它是指：從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)予以應(yīng)答所需的時(shí)間。

　　分時(shí)系統(tǒng)的主要目標(biāo)：對用戶響應(yīng)的及時(shí)性，即不至于用戶等待每一個(gè)命令的處理時(shí)間過長。分時(shí)系統(tǒng)可以同時(shí)接納數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)用戶，由于內(nèi)存空間有限，往往采用對換(又稱交換)方式的存儲方法。即將未“輪到”的作業(yè)放入磁盤，一旦“輪到”，再將其調(diào)入內(nèi)存;而時(shí)間片用完后，又將作業(yè)存回磁盤(俗稱“滾進(jìn)”、“滾出“法)，使同一存儲區(qū)域輪流為多個(gè)用戶服務(wù)。

　　多用戶分時(shí)系統(tǒng)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中最普遍使用的一類操作系統(tǒng)。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程五、實(shí)時(shí)系統(tǒng)

　　雖然多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)能獲得較令人滿意的資源利用率和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，但卻不能滿足實(shí)時(shí)控制與實(shí)時(shí)信息處理兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求。于是就產(chǎn)生了實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，并在嚴(yán)格的時(shí)間范圍內(nèi)完成對該事件的處理。

　　實(shí)時(shí)系統(tǒng)在一個(gè)特定的應(yīng)用中常作為一種控制設(shè)備來使用。實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分成兩類：

　　(1)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。當(dāng)用于飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射等的自動控制時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能盡快處理測量系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)，及時(shí)地對飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行控制，或?qū)⒂嘘P(guān)信息通過顯示終端提供給決策人員。當(dāng)用于軋鋼、石化等工業(yè)生產(chǎn)過程控制時(shí)，也要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)處理由各類傳感器送來的數(shù)據(jù)，然后控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　(2)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。當(dāng)用于預(yù)定飛機(jī)票、查詢有關(guān)航班、航線、票價(jià)等事宜時(shí)，或當(dāng)用于銀行系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)時(shí)，都要求計(jì)算機(jī)能對終端設(shè)備發(fā)來的服務(wù)請求及時(shí)予以正確的回答。此類對響應(yīng)及時(shí)性的要求稍弱于第一類。

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

　　(1)及時(shí)響應(yīng)。每一個(gè)信息接收、分析處理和發(fā)送的過程必須在嚴(yán)格的時(shí)間限制內(nèi)完成。

　　(2)高可靠性。需采取冗余措施，雙機(jī)系統(tǒng)前后臺工作，也包括必要的保密措施等。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程六、通用操作系統(tǒng)

　　操作系統(tǒng)的三種基本類型：多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

　　通用操作系統(tǒng)：具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng)?？梢酝瑫r(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。

　　例如：實(shí)時(shí)處理+批處理=實(shí)時(shí)批處理系統(tǒng)。首先保證優(yōu)先處理實(shí)時(shí)任務(wù)，插空進(jìn)行批處理作業(yè)。常把實(shí)時(shí)任務(wù)稱為前臺作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺作業(yè)。

　　再如：分時(shí)處理+批處理=分時(shí)批處理系統(tǒng)。即：時(shí)間要求不強(qiáng)的作業(yè)放入“后臺”(批處理)處理，需頻繁交互的作業(yè)在“前臺”(分時(shí))處理，處理機(jī)優(yōu)先運(yùn)行“前臺”作業(yè)。

　　從上世紀(jì)60年代中期，國際上開始研制一些大型的通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)試圖達(dá)到功能齊全、可適應(yīng)各種應(yīng)用范圍和操作方式變化多端的環(huán)境的目標(biāo)。但是，這些系統(tǒng)過于復(fù)雜和龐大，不僅付出了巨大的代價(jià)，且在解決其可靠性、可維護(hù)性和可理解性方面都遇到很大的困難。相比之下，UNIX操作系統(tǒng)卻是一個(gè)例外。這是一個(gè)通用的多用戶分時(shí)交互型的操作系統(tǒng)。它首先建立的是一個(gè)精干的核心，而其功能卻足以與許多大型的操作系統(tǒng)相媲美，在核心層以外，可以支持龐大的軟件系統(tǒng)。它很快得到應(yīng)用和推廣，并不斷完善，對現(xiàn)代操作系統(tǒng)有著重大的影響。

　　至此，操作系統(tǒng)的基本概念、功能、基本結(jié)構(gòu)和組成都已形成并漸趨完善。

　　計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程七、操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

　　進(jìn)入20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的飛躍發(fā)展，微處理機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，掀起了計(jì)算機(jī)大發(fā)展大普及的浪潮。一方面迎來了個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代，同時(shí)又向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理、巨型計(jì)算機(jī)和智能化方向發(fā)展。于是，操作系統(tǒng)有了進(jìn)一步的發(fā)展，如：個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)是聯(lián)機(jī)交互的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機(jī)交互功能與通用分時(shí)系統(tǒng)提供的功能很相似。由于是個(gè)人專用，因此一些功能會簡單得多。然而，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的應(yīng)用普及，對于提供更方便友好的用戶接口和豐富功能的文件系統(tǒng)的要求會愈來愈迫切。

　　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通信設(shè)施，將地理上分散的、具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：在原來各自計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)增加網(wǎng)絡(luò)管理模塊，其中包括：通信、資源共享、系統(tǒng)安全和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。

　　分布式操作系統(tǒng)

　　表面上看，分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有多大區(qū)別。分布式操作系統(tǒng)也是通過通信網(wǎng)絡(luò)，將地理上分散的具有自治功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)。——硬件連接相同。

　　但有如下一些明顯的區(qū)別：

　　(1)分布式系統(tǒng)要求一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性。

　　(2)分布式操作系統(tǒng)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源，它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸和控制協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面。

　　(3)用戶通過這一界面，實(shí)現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源，至于操作定在哪一臺計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，或使用哪臺計(jì)算機(jī)的資源，則是操作系統(tǒng)完成的，用戶不必知道，此謂：系統(tǒng)的透明性。

　　(4)分布式系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)分布式計(jì)算和處理，因此對于多機(jī)合作和系統(tǒng)重構(gòu)、堅(jiān)強(qiáng)性和容錯能力有更高的要求，希望系統(tǒng)有：更短的響應(yīng)時(shí)間、高吞吐量和高可靠性。