張菡

摘 要：操作系統(tǒng)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，本文主要介紹了從世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)至今，操作系統(tǒng)發(fā)展的6個(gè)階段，以及每個(gè)階段中操作系統(tǒng)的不同特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng);批處理;分時(shí);實(shí)時(shí)

引言

操作系統(tǒng)是由于客觀的需要而產(chǎn)生的，它伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善。它的功能由弱到強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位不斷提高。至今，它已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心。隨著計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了如下的發(fā)展過(guò)程：手工操作階段、單道批處理系統(tǒng)、多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、現(xiàn)代操作系統(tǒng)。

1.手工操作階段

在第一代計(jì)算機(jī)時(shí)期，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要元器件是電子管，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度慢，用戶直接用機(jī)器語(yǔ)言編制程序，并在上機(jī)時(shí)獨(dú)占全部計(jì)算機(jī)資源。用戶既是程序員，又是操作員。這種由一道程序獨(dú)占機(jī)器且有人工操作的情況，在計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)是允許的，因?yàn)榇藭r(shí)計(jì)算機(jī)所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，手工操作所占比例還不很大。

20世紀(jì)50年代后期，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有了很大提高，從每秒幾千次、幾萬(wàn)次發(fā)展到每秒幾十萬(wàn)次、上百萬(wàn)次、這時(shí)手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成矛盾，唯一的解決辦法是擺脫人的手工操作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)過(guò)渡。這樣就出現(xiàn)了批處理。

2. 單道批處理系統(tǒng)

將每個(gè)人要做的作業(yè)事先輸入到磁帶中，由專門(mén)的監(jiān)督程序控制運(yùn)行一個(gè)個(gè)作業(yè)，以減少CPU空閑時(shí)間的操作系統(tǒng)稱為批處理系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中只能存放一道作業(yè)，所以稱為單道批處理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)較之手工操作方式提高了計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率，但是由于CPU和外設(shè)串行執(zhí)行，而CPU比外設(shè)速度快得多，因此CPU必須等待一道作業(yè)I/O讀寫(xiě)結(jié)束后，才能執(zhí)行下一道作業(yè)。

許多成功的批處理系統(tǒng)在20世紀(jì)50年代末至60年代初出現(xiàn)，典型的操作系統(tǒng)是FMS和IBM操作系統(tǒng)IBSYS。執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、通道和輸入輸出設(shè)備的并行操作，提高了系統(tǒng)效率，方便用戶對(duì)輸入輸出設(shè)備的使用。但這時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的特征是單道順序地處理作業(yè)，即用戶作業(yè)仍然是一道一道作業(yè)順序處理。因此會(huì)出現(xiàn)兩種情況：對(duì)于以計(jì)算為主的作業(yè)，輸入輸出少，外設(shè)空閑;對(duì)于以輸入輸出為主的作業(yè)，又會(huì)造成主機(jī)空閑。這樣總的來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)資源使用效率不高。因此操作系統(tǒng)進(jìn)入了多道程序階段。

3. 多道批處理系統(tǒng)

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系統(tǒng)。要處理的許多作業(yè)存放在外部存儲(chǔ)器中，形成作業(yè)隊(duì)列，等待運(yùn)行。到需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，將由操作系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度程序?qū)ν獯嬷械囊慌鳂I(yè)，根據(jù)其對(duì)資源的要求和一定的調(diào)度原則，調(diào)幾個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，讓它們交替運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)作業(yè)完成后，再調(diào)入一個(gè)或幾個(gè)作業(yè)。采用這種處理方式，在內(nèi)存中總是同時(shí)存在幾道程序，系統(tǒng)資源得到比較充分的利用。

在多道程序系統(tǒng)中，要解決這樣一些技術(shù)問(wèn)題：

（1）并行運(yùn)行的程序要共享計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，既有對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)，又必須相互同步。因此同步與互斥機(jī)制成為操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。

（2）隨著多道程序的增加，出現(xiàn)了內(nèi)存不夠用的問(wèn)題，提高內(nèi)存的使用效率也成為關(guān)鍵。因此出現(xiàn)了覆蓋技術(shù)、兌換技術(shù)、虛擬技術(shù)等內(nèi)存管理技術(shù)。

（3）由于多道程序存在于內(nèi)存，為了保證系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)和各用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的安全可靠，提出了內(nèi)存保護(hù)要求。

4.分時(shí)操作系統(tǒng)

批處理方式的好處是計(jì)算機(jī)效率高，但用戶十分留戀手工操作階段的聯(lián)機(jī)工作方式，獨(dú)占計(jì)算機(jī)，并直接控制程序運(yùn)行。但獨(dú)占計(jì)算機(jī)方式會(huì)造成資源效率低。既能保證計(jì)算機(jī)效率，又能方便用戶使用，成為一種新追求。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。由于CPU速度不斷提高和采用分時(shí)技術(shù)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)連接多個(gè)用戶終端，每個(gè)用戶在自己終端上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，好像自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣。

分時(shí)技術(shù)，就是把處理機(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。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)用戶的印象是好像他獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

5.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)被用于工業(yè)控制領(lǐng)域后，要求計(jì)算機(jī)必須及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或用戶的實(shí)時(shí)要求，并以足夠快的速度進(jìn)行處理，這時(shí)出現(xiàn)了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是以在允許的時(shí)間范圍內(nèi)做出響應(yīng)為特征。它要求計(jì)算機(jī)對(duì)于外來(lái)信息能以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控對(duì)象允許時(shí)間范圍內(nèi)做出快速響應(yīng)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在嵌入式計(jì)算中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

6.現(xiàn)代操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)的發(fā)展，合起來(lái)稱為分布式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)把多臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬成一臺(tái)計(jì)算機(jī)，把一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)劃分成若干個(gè)子任務(wù)分配給多臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行。

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