操作系统发展历史的详细信息
基本介绍中文名:操作系统发展史阶段1:人工操作阶段2:批处理系统阶段3:联机批处理系统人工操作、批处理系统、多道程序系统、分时系统、实时系统、通用操作系统、系统开发、人工操作1946第一台计算机诞生了——50年代中期，还没有操作系统，计算机工作都是人工完成的。程序员将程序和数据对应的穿孔纸带(或卡片)装入输入机，然后启动输入机将程序和数据输入计算机内存，再通过控制台开关启动程序对数据运行；计算结束后，打印机输出计算结果；用户获取结果并卸载纸带(或卡片),然后让下一个用户使用计算机。手动操作手动操作模式有两个特点:(1)用户独占整机。不会因为资源已经被其他用户占用而出现等待现象，但是资源利用率低。(2)CPU等待手动操作。CPU没有得到充分利用。？20世纪50年代末，出现了人机矛盾:手工操作速度慢与计算机速度快之间的尖锐矛盾。人工操作严重损害了系统资源的利用率(将资源利用率降低到百分之几甚至更低)，是不能容忍的。唯一的解决办法:只有摆脱人工操作，实现工作的自动过渡。就这样，批量加工出现了。批处理系统批处理系统:装在电脑上的系统软件。在它的控制下，计算机可以自动地、批量地处理一个或多个用户的作业(包括程序、数据和命令)。在线批处理系统是第一个在线批处理系统，即作业的输入/输出由CPU处理。在主机和输入机之间加了一个存储设备，磁带。在运行于主机上的监控程序的自动控制下，计算机能自动地将输入机上的用户作业成批读入磁带，将磁带上的用户作业依次读入主机存储器，执行它们，并将计算结果输出到输出机上。完成最后一批作业后，管理程序从输入机输入另一批作业，保存在磁带上，重复上述步骤。监控程序不断处理各种作业，实现了作业间的自动转移，减少了作业建立和人工操作的时间，有效地克服了人机矛盾，提高了计算机的利用率。然而，在作业输入和结果输出期间，主机的高速CPU仍然处于空闲状态，等待慢速输入/输出设备完成工作:主机处于“忙碌”状态。为了克服和缓解高速主机和慢速外设之间的矛盾，提高CPU的利用率，引入了离线批处理系统，即输入/输出与主机控制分离。这种方法的显著特点是增加了一个不直接与主机相连，而是专门用来处理输入输出设备的卫星机。它的功能是(1)从输入机中读取用户的作业并放在输入带上。(2)从输出磁带上读取执行结果，并发送到输出机。这样，主机不直接处理速度慢的输入/输出设备，而是处理速度相对较快的磁带机，有效缓解了主机与设备之间的矛盾。主机和卫星计算机可以并行工作，分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。离线批处理系统:在20世纪60年代得到广泛应用，极大地缓解了人机矛盾和主机与外设的矛盾。IBM-7090/7094:管理程序是脱机批处理系统，它是现代操作系统的原型。不足:主机内存中一次只存储一个作业，在其运行过程中每次发出输入输出(I/O)请求时，高速CPU都处于等待低速I/O完成的状态，导致CPU空闲。为了提高CPU的利用率，引入了多程序系统。多道程序系统多道程序技术所谓多道程序技术，是指允许多个程序同时进入内存运行。即同时将多个程序放入内存，让它们在CPU中交替运行，从而可以享受系统中的各种软硬件资源。当一个程序由于I/O请求而挂起时，CPU会立即切换到另一个程序。单通道程序的运行过程:程序A计算时I/O空闲，程序A I/O运行时CPU空闲(程序B也一样)；b只有在A的工作完成后才能进入内存开始工作。两者是串联的，全部完成需要时间=T1+T2。？多程序运行过程:A、B两个程序同时存储在内存中，在系统的控制下可以在CPU上交替运行。当A程序因为请求I/O操作而放弃CPU时，B程序可以占用CPU运行，这样CPU就不再空闲，正在进行I/O操作的I/O设备也不空闲。显然，CPU和I/O设备都很忙。& ltT1+T2 .多道程序技术不仅充分利用了CPU，而且提高了I/O设备和内存的利用率，从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量(单位时间内处理作业(程序)的数量)，最终提高了整个系统的效率。多通道程序在单处理器系统中运行的特点:(1)多通道:几个独立的程序同时存储在计算机内存中；(2)宏观并行:同时进入系统的几个程序都在运行过程中，即已经开始各自运行，但还没有运行完；(3)微观串行:其实每个程序都是轮流使用CPU，交替运行的。多程序系统的出现标志着操作系统的逐渐成熟，作业调度管理、处理器管理、内存管理、外部设备管理、文件系统管理等功能相继出现。多通道批处理系统在20世纪60年代中期，多通道编程技术被引入到前面提到的批处理系统中，形成了多通道批处理系统(简称批处理系统)。它有两个特点:(1)多通道:系统可以同时容纳多个作业。这些作业放在外部存储器中形成备份队列。系统按照一定的调度原则从备份作业队列中选择一个或多个作业在内存中一次运行，备份作业的结束、退出和进入由系统自动实现，从而在系统中形成一个自动切换的、连续的作业流。(2)批处理:在系统运行过程中，不允许用户与作业进行交互，即一旦作业进入系统，用户不能直接干预作业的运行。批处理系统的目标是提高系统资源的利用率和吞吐量，以及作业流的自动化。批处理系统的一个重要缺点是不提供人机交互能力，给用户使用计算机带来不便。虽然用户垄断了整机的资源，直接控制了程序的运行，但他们总能知道程序的运行情况。但是这种工作模式效率极低，因为它垄断了整机。？一个新的目标:既要保证电脑的效率，又要方便用户使用电脑。20世纪60年代中期，计算机技术和软件技术的发展使这种追求成为可能。？分时系统由于CPU速度的不断提高和分时技术的采用，一台计算机可以同时连接多个用户终端，每个用户都可以像独占机器一样在自己的终端上在线使用计算机。分时技术:将处理器的运行时间分成很短的时间片，根据时间片将处理器依次分配给每个在线操作。如果一个作业不能在分配给它的时间片内完成计算，该作业就被暂时中断，处理器被交给另一个作业继续运行，直到下一轮。因为电脑速度很快，所以作业运行也很快，给每个用户的印象都是自己一个人有一台电脑。并且每个用户可以通过自己的终端向系统发送各种操作控制命令，在全人机交互的情况下完成作业的操作。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在线使用计算机。特点:(1)复用。几个用户同时使用一台计算机。微观上，用户依次使用电脑；宏观上，用户是并行工作的。(2)互动性。用户还可以根据系统对请求的回应结果向系统提出新的请求。这种使用户能够与系统进行人机对话的工作模式，与批处理系统有明显的区别，所以分时系统也叫交互系统。(3)独立性。用户可以独立操作，互不干扰。该系统确保了每个用户程序的完整性，不会被混淆或破坏。(4)时效性。系统可以及时响应用户的输入。分时系统性能的主要指标之一是混响时间，是指从终端到系统应答所需的时间。分时系统的主要目标是及时响应用户，即用户不会等待太长时间来处理每个命令。分时系统可以同时容纳几十甚至几百个用户。由于内存空间有限，往往采用交换(也称交换)的存储方式。即不“转”的操作放在磁盘上，一旦“转”就转移到内存；时间片用完之后，作业被保存回磁盘(俗称“滚入”和“滚出”)，这样同一个存储区域就可以依次为多个用户服务。多用户分时系统是最常用的一种计算机操作系统。多通道批处理系统和分时系统虽然可以获得满意的资源利用率和系统混响时间，但不能满足实时控制和实时信息处理的需要。这样就产生了一个实时系统，即系统能够及时呼应随机的外部事件，在严格的时间范围内完成对事件的处理。实时系统通常被用作特定应用中的控制设备。实时系统可以分为两类:(1)实时控制系统。用于飞机飞行和导弹发射的自动控制时，要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，及时控制飞机或导弹，或通过显示终端向决策者提供相关信息。当用于控制轧钢、石油化工等工业生产过程时，也要求计算机及时处理各种传感器送来的数据，然后控制相应的执行器。(2)实时信息处理系统。当它用于预订飞机票、查询航班、航线、票价等事项时，或用于银行系统、信息检索系统时，都要求计算机对终端设备发出的服务请求及时给予正确的回答。这种对回声时效性的要求比第一种略弱。实时操作系统的主要特点:(1)及时回显。每一个接收、分析、处理和传递信息的过程都必须在严格的时限内完成。(2)可靠性高。需要采取冗余措施，双机系统的前后工作也包括必要的安全措施。通用操作系统有三种基本类型:多通道批处理系统、分时系统和实时系统。通用操作系统:具有各种操作特性的操作系统。可以同时具备多通道批量处理、分时处理和实时处理功能，也可以具备其中两种以上的功能。例如:实时处理+批处理=实时批处理系统。首先保证实时任务优先，中间进行批处理作业。实时任务通常被称为前台作业，批处理作业被称为后台作业。再比如:分时处理+批处理=分时批处理系统。即把时间不关键的作业放到“后台”(批处理)，需要频繁交互的作业放在“前台”(分时)处理，处理器优先处理“前台”的作业。从60年代中期开始，国际上开发了一些大型通用操作系统。这些系统试图以不同的应用范围和操作方法来实现功能完整和适应各种环境的目标。然而，这些系统过于复杂和庞大，不仅付出了巨大的代价，而且在解决其可靠性、可维护性和可理解性方面也遇到了很大的困难。相比之下，UNIX操作系统是个例外。这是一个通用的多用户分时交互式操作系统。它首先建立了一个精益的核心，但其功能堪比许多大型操作系统，可以在核心层之外支持庞大的软件系统。它得到了快速的应用和推广，并不断得到改进，对现代操作系统产生了巨大的影响。至此，操作系统的基本概念、功能、基本结构和组成已经形成并逐步完善。系统开发进入20世纪80年代，随着大规模集成电路技术的飞速发展和微处理器的出现和发展，掀起了计算机开发和普及的浪潮。一方面迎来了个人电脑时代，同时向计算机网络、分布式处理、超级计算机、智能化方向发展。由此，操作系统得到了进一步的发展，如:个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。个人电脑操作系统个人电脑上的操作系统是一个具有在线交互的单用户操作系统，其在线交互功能与一般分时系统提供的功能非常相似。因为是个人的，所以有些功能会简单很多。然而，由于个人计算机的普及，对提供更方便友好的用户界面和丰富功能的文件系统的需求将变得越来越迫切。网络操作系统计算机网络:通过通信设施将地理上分散的、自治的计算机系统连接起来，实现信息交换、资源共享、互操作和协同处理的系统。网络操作系统:在原有的计算机操作系统上，根据网络架构的各种协议标准，增加网络管理模块，包括:通信、资源共享、系统安全和各种网络应用服务。从表面上看，分布式操作系统和计算机网络系统没有太大区别。分散操作系统还通过通信网络将地理上分散的数据处理系统或具有自治功能的计算机系统互联起来，实现信息交换、资源共享和协作完成任务。-硬件连接是相同的。但也有如下一些明显的区别:(1)分布式系统需要统一的操作系统来实现系统操作的统一性。(2)分布式操作系统管理分布式系统中的所有资源，负责整个系统的资源分配与调度、任务划分、信息传递和控制协调，并为用户提供统一的接口。(3)通过该接口，用户可以实现所需的操作和使用系统资源。至于操作要在哪台计算机上执行，或者要使用哪些计算机资源，都是由操作系统来完成的，用户不需要知道。这就是所谓的系统透明。(4)分散式系统强调分散计算和处理，因此对多机协作和系统重构、鲁棒性和容错性有更高的要求。希望系统具有更短的响应时间、高吞吐量和高可靠性。