2017年事业单位招聘计算机专业知识：操作系统的发展

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操作系统并不是与计算机硬件一起诞生的，它在人们使用计算机的过程中，满足了两大需求：提高资源利用率和增强计算机系统性能。
    1．手工操作
    1946年第一台计算机诞生，还未出现操作系统，计算机工作采用手工操作方式。程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机。然后，启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行。计算完毕，打印机输出计算结果，用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。
    手工操作的慢速度与计算机的高速度之间形成了尖锐的矛盾，严重损害了系统资源的利用率，解决这个问题已经刻不容缓。因此，只有摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡，即成批处理，才能解决这个问题。
    2．单道批处理系统
    通过在计算机上加载一个系统软件，在系统软件的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令），这就是“联机批处理操作系统”。
    单道批处理系统在主机与输入机之间增加一个存储设备--磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成。
    例如，成批地把输入机上的用户作业读入磁带，依次把磁带上的用户作业读入主机内存执行，并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按上述步骤重复处理。
    监督程序不停地处理各个作业，从而实现了作业到作业的自动转接，减少了作业建立时间和手工操作时间，提高了计算机利用率。
    经过一段时间的应用，高速主机与慢速外设之间又产生了新的矛盾，为了提高CPU的利用率，又引入了脱机批处理系统，即I/O脱离主机控制。
    脱机批处理系统是增加一台不与主机直接相连而专门用于与输入／输出设备打交道的卫星机。主机与卫星机可并行工作，二者分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。
    主机不是直接与慢速的I/O设备打交道的，而是与速度相对较快的磁带机发生关系，有效缓解了主机与I/O设备的矛盾。
    3．多道程序系统
    虽然，脱机批处理系统已经解决了最初系统所产生的一系列问题，并大大提高了计算机的工作效率，但每次主机内存中仅存放一道作业，每当它运行期间发出I/O请求后，高速的CPU处于等待状态，致使CPU空闲。
    为了改善CPU的利用率，又引入了多道程序系统，即允许多个程序同时进入内存并运行。同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。
    例如，将A、B两道程序同时存放在内存中，它们在系统的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上运行：当A程序因请求I/O操作而放弃CPU时，B程序就可占用CPU运行，这样CPU不再空闲，而正进行A程序的I/O操作的I/O设备也不空闲。
    显然，CPU和I/O设备都处于“忙”状态，大大提高了资源的利用率，从而也提高了系统的效率，若A和B单独执行分别用时T1和T2，则在多道程序环境下，A程序和B程序全部完成所需时间小于T1＋T2。
    4．多道批处理系统
    20世纪60年代中期，在前述的批处理系统中，引入多道程序设计技术后形成多道批处理系统。它有两个特点。
    （1）多道的特点
    该系统内可同时容纳多个作业。这些作业放在外存中，组成一个后备队列，系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业进入内存运行，运行作业结束、退出运行和后备作业进入运行均由系统自动实现，从而在系统中形成一个自动转接的、连续的作业流。
    （2）成批的特点
    在系统运行过程中，不允许用户与其作业发生交互作用，即作业一旦进入系统，用户就不能直接干预其作业的运行。
    5．分时系统
    由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机，好像自己独占机器一样。
    而分时技术是把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。
    若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一作业使用，等待下一轮时再继续其运行。而每个用户可以通过自己的终端向系统发出各种操作控制命令，在充分的人机交互情况下，完成作业的运行。
    具有上述特征的计算机系统称为分时系统，它允许多个用户同时联机使用计算机。其特点如下所述。
    （1）多路性
    若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。
    （2）交互性
    用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式，明显地有别于批处理系统，因而分时系统又被称为交互式系统。
    （3）独立性
    用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。
    （4）及时性
    系统可对用户的输入及时做出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，即从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。
    6．实时系统
    虽然多道批处理系统和分时系统能获得较令人满意的资源利用率和系统响应时间，但却不能满足实时控制与实时信息处理两个应用领域的需求。于是就产生了实时系统，即系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。
    实时系统在一个特定的应用中常作为一种控制设备来使用。实时系统又可分为两类。
    （1）实时控制系统
    当用于飞机飞行、导弹发射等的自动控制时，要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，及时地对飞机或导弹进行控制，或将有关信息通过显示终端提供给决策人员等。
    （2）实时信息处理系统
    当用于预订飞机票、查询有关航班、航线、票价等事宜时，或当用于银行系统、情报检索系统时，都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。
    7．通用操作系统
    操作系统可分为多道批处理系统、分时系统、实时系统3种基本类型，而通用操作系统是具有多种类型操作特征的操作系统。可以同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，或其中两种以上的功能。
    从20世纪60年代中期，国际上开始研制一些大型的通用操作系统。这些系统试图达到功能齐全、可适应各种应用范围和操作方式变化多端的环境的目标。但是，这些系统过于复杂和庞大，不仅付出了巨大的代价，且在解决其可靠性、可维护性和可理解性方面都遇到很大的困难。
    相比之下，UNIX操作系统确是一个例外。这是一个通用的多用户分时交互型的操作系统。它首先建立的是一个精干的核心，而其功能却足以与许多大型的操作系统相媲美，在核心层以外，可以支持庞大的软件系统。它很快得到应用和推广，并不断完善，对现代操作系统有着重大的影响。
    8．现代操作系统
    进入20世纪80年代，大规模集成电路工艺技术的飞跃发展，微处理机的出现和发展，掀起了计算机大发展大普及的浪潮。
    迎来了个人计算机的时代，同时又向计算机网络、分布式处理、巨型计算机和智能化方向发展。于是，操作系统有了进一步地分类及划分，如个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。