1.2.1 手工操作階段(此階段無操作系統(tǒng))

　　用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要人工干預(yù)，如程序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，人機(jī)矛盾(速度和資源利用)越來越大，必須尋求新的解決辦法。

　　手工操作階段有兩個(gè)突出的缺點(diǎn)：①用戶獨(dú)占全機(jī)，雖然不會(huì)出現(xiàn)因資源已被其他用戶占用而等待的現(xiàn)象，但資源利用率低。②CPU等待手工操作，CPU的利用不充分。

　　唯一的解決辦法就是用高速的機(jī)器代替相對(duì)較慢的手工操作來對(duì)作業(yè)進(jìn)行控制。

　　1.2.2 批處理階段(操作系統(tǒng)開始出現(xiàn))

　　為了解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，出現(xiàn)了批處理系統(tǒng)。按發(fā)展歷 程又分為單道批處理系統(tǒng)、多道批處理系統(tǒng)(多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)出現(xiàn)以后)。

　　1. 單道批處理系統(tǒng)

　　系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的，但內(nèi)存中始終保持一道作業(yè)。單道批處理系統(tǒng)是在解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備速率不匹配的矛盾中形成的。單道批處理系統(tǒng)的主要特征如下：

　　1) 自動(dòng)性。在順利的情況下，磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)運(yùn)行，而無須人工干預(yù)。

　　2) 順序性。磁帶上的各道作業(yè)順序地進(jìn)入內(nèi)存，各道作業(yè)的完成順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順 序在正常情況下應(yīng)完全相同，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。

　　3) 單道性。內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進(jìn)入內(nèi)存 運(yùn)行，當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)，才換入其后繼程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。

　　此時(shí)面臨的問題是：每次主機(jī)內(nèi)存中僅存放一道作業(yè)，每當(dāng)它在運(yùn)行期間(注意這里是“運(yùn)行時(shí)”而不是“完成后”)發(fā)出輸入/輸出請(qǐng)求后，高速的CPU便處于等待低速的I/O完成的狀態(tài)。 為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，引入了多道程序技術(shù)。

　　2. 多道批處理系統(tǒng)

　　多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存并允許它們?cè)贑PU中交替地運(yùn)行，這些程序 共享系統(tǒng)中的各種硬/軟件資源。當(dāng)一道程序因I/O請(qǐng)求而暫停運(yùn)行時(shí)，CPU便立即轉(zhuǎn)去運(yùn)行另一道程序。它不采用某些機(jī)制來提高某一技術(shù)方面的瓶頸問題，而讓系統(tǒng)的各個(gè)組成部分都盡量去“忙”，因此切換任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間很少，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部件之間的并行工作，使其整體在單位時(shí) 間內(nèi)的效率翻倍。

　　當(dāng)然，多道批處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)要比單道系統(tǒng)復(fù)雜很多，因?yàn)橐浞掷酶鞣N資源，就 要涉及各種資源的調(diào)度問題。

　　多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是多道、宏觀上并行、微觀上串行。

　　1) 多道,計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放多道相互獨(dú)立的程序。

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

　　3) 微觀上串行。內(nèi)存中的多道程序輪流占有CPU交替執(zhí)行。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要解決下列問題：

　　1) 如何分配處理器。

　　2) 多道程序的內(nèi)存分配問題。

　　3) I/O設(shè)備如何分配。

　　4) 如何組織和存放大量的程序和數(shù)據(jù)，以方便用戶使用并保證其安全性與一致性。

　　在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)就形成了多道批處理操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)把用戶提交的 作業(yè)成批地送入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，然后由作業(yè)調(diào)度程序自動(dòng)地選擇作業(yè)運(yùn)行。

　　優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高，多道程序共享計(jì)算機(jī)資源，從而使各種資源得到充分利用;系統(tǒng)吞吐量大，CPU和其他資源保持“忙碌”狀態(tài)。缺點(diǎn)：用戶響應(yīng)的時(shí)間較長(zhǎng);不提供人機(jī)交互能力， 用戶既不能了解自己的程序的運(yùn)行情況，又不能控制計(jì)算機(jī)。

　　1.2.3 分時(shí)操作系統(tǒng)

　　所謂分時(shí)技術(shù)，是指把處理器的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理器分配給各聯(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)停止運(yùn)行， 把處理器讓給其他作業(yè)使用，等待下一輪再繼續(xù)運(yùn)行。由于計(jì)算機(jī)速度很快，作業(yè)運(yùn)行輪轉(zhuǎn)得也 很快，因此給每個(gè)用戶的感覺就像是自己獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

　　分時(shí)操作系統(tǒng)是指多個(gè)用戶通過終端同時(shí)共享一臺(tái)主機(jī)，這些終端連接在主機(jī)上，用戶可以 同時(shí)與主機(jī)進(jìn)行交互操作而互不干擾。因此，實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己 的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令， 再將結(jié)果返回用戶。分時(shí)系統(tǒng)也是支持多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，但它不同于多道批處理系統(tǒng)。多道 批處理是實(shí)現(xiàn)作業(yè)自動(dòng)控制而無須人工干預(yù)的系統(tǒng)，而分時(shí)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的系統(tǒng)，這使得 分時(shí)系統(tǒng)具有與批處理系統(tǒng)不同的特征。分時(shí)系統(tǒng)的主要特征如下：

　　1) 同時(shí)性。同時(shí)性也稱多路性，指允許多個(gè)終端用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)與若干臺(tái)終端相連接，終端上的這些用戶可以同時(shí)或基本同時(shí)使用計(jì)算機(jī)。

　　1) 交互性。用戶能夠方便地與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，即用戶通過終端采用人機(jī)對(duì)話的方式直 接控制程序運(yùn)行，與同程序進(jìn)行交互。

　　2) 獨(dú)立性。系統(tǒng)中多個(gè)用戶可以彼此獨(dú)立地進(jìn)行操作，互不干擾，單個(gè)用戶感覺不到別人 也在使用這臺(tái)計(jì)算機(jī)，好像只有自己?jiǎn)为?dú)使用這臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣。

　　3) 及時(shí)性。用戶請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式使一臺(tái)計(jì)算 機(jī)同時(shí)為多個(gè)終端服務(wù)，使用戶能夠?qū)ο到y(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)感到滿意。

　　雖然分時(shí)操作系統(tǒng)較好地解決了人機(jī)交互問題，但在一些應(yīng)用場(chǎng)合，需要系統(tǒng)能對(duì)外部的信息在規(guī)定的時(shí)間(比時(shí)間片的時(shí)間還短)內(nèi)做出處理(比如飛機(jī)訂票系統(tǒng)或?qū)椫茖?dǎo)系統(tǒng))，因 此，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　1.2.4 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　為了能在某個(gè)時(shí)間限制內(nèi)完成某些緊急任務(wù)而不需要時(shí)間片排隊(duì)，誕生了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這 里的時(shí)間限制可以分為兩種情況：若某個(gè)動(dòng)作必須絕對(duì)地在規(guī)定的時(shí)刻(或規(guī)定的時(shí)間范圍)發(fā) 生，則稱為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，如飛行器的飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)必須提供絕對(duì)保證，讓某個(gè)特定的動(dòng)作在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。若能夠接受偶爾違反時(shí)間規(guī)定且不會(huì)引起任何永久性的損害，則稱為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，如飛機(jī)訂票系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng)。

　　在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)處理完接收的事件。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是及時(shí)性和可靠性。

　　1.2.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來，提供一種統(tǒng)一、經(jīng)濟(jì)而有效的使用各臺(tái)計(jì)算機(jī)的方法，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的互相傳送。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共享及各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信。

　　分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成并滿足下列條件的系統(tǒng)：系統(tǒng)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信方式交換信息;系統(tǒng)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都具有同等的地位，即沒有主機(jī)也沒有從機(jī);每臺(tái)計(jì)算機(jī)上的資源為所有用戶共享;系統(tǒng)中的任意臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)，并且還能重構(gòu);任何工作都可以分布在幾臺(tái)計(jì)算機(jī)上，由它們并行工作、協(xié)同完成。用于管理分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)稱為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：分布性和并行性。分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的本質(zhì)不同是，分布式操作系統(tǒng)中的若干計(jì)算機(jī)相互協(xié)同完成同一任務(wù)。

　　1.2.6 個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是目前使用最廣泛的操作系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于文字處理、電子表格、游戲中，常見的有Windows> Linux和Macintosh等。此外，還有嵌入式操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、 智能手機(jī)操作系統(tǒng)等。