淺談操作系統的發展歷程

張菡

摘 要：操作系統的發展與計算機技術的發展息息相關，本文主要介紹了從世界上第一臺計算機誕生以來至今，操作系統發展的6個階段，以及每個階段中操作系統的不同特點。

關鍵詞：操作系統;批處理;分時;實時

引言

操作系統是由于客觀的需要而產生的，它伴隨著計算機技術本身及其應用的日益發展而逐漸發展和不斷完善。它的功能由弱到強，在計算機系統中的地位不斷提高。至今，它已成為計算機系統中的核心。隨著計算機的迅猛發展，操作系統經歷了如下的發展過程：手工操作階段、單道批處理系統、多道批處理系統、分時系統、實時系統、現代操作系統。

1.手工操作階段

在第一代計算機時期，構成計算機的主要元器件是電子管，計算機運算速度慢，用戶直接用機器語言編制程序，并在上機時獨占全部計算機資源。用戶既是程序員，又是操作員。這種由一道程序獨占機器且有人工操作的情況，在計算機速度較慢時是允許的，因為此時計算機所需時間相對較長，手工操作所占比例還不很大。

20世紀50年代后期，計算機的運行速度有了很大提高，從每秒幾千次、幾萬次發展到每秒幾十萬次、上百萬次、這時手工操作的慢速度和計算機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，實現作業的自動過渡。這樣就出現了批處理。

2. 單道批處理系統

將每個人要做的作業事先輸入到磁帶中，由專門的監督程序控制運行一個個作業，以減少CPU空閑時間的操作系統稱為批處理系統。這個時期，計算機內存中只能存放一道作業，所以稱為單道批處理系統。這種系統較之手工操作方式提高了計算機運行效率，但是由于CPU和外設串行執行，而CPU比外設速度快得多，因此CPU必須等待一道作業I/O讀寫結束后，才能執行下一道作業。

許多成功的批處理系統在20世紀50年代末至60年代初出現，典型的操作系統是FMS和IBM操作系統IBSYS。執行系統實現了主機、通道和輸入輸出設備的并行操作，提高了系統效率，方便用戶對輸入輸出設備的使用。但這時計算機系統運行的特征是單道順序地處理作業，即用戶作業仍然是一道一道作業順序處理。因此會出現兩種情況：對于以計算為主的作業，輸入輸出少，外設空閑;對于以輸入輸出為主的作業，又會造成主機空閑。這樣總的來說，計算機資源使用效率不高。因此操作系統進入了多道程序階段。

3. 多道批處理系統

在批處理系統中采用多道程序設計技術，就形成了多道批處理系統。要處理的許多作業存放在外部存儲器中，形成作業隊列，等待運行。到需要調入作業時，將由操作系統中的作業調度程序對外存中的一批作業，根據其對資源的要求和一定的調度原則，調幾個作業進入內存，讓它們交替運行。當某個作業完成后，再調入一個或幾個作業。采用這種處理方式，在內存中總是同時存在幾道程序，系統資源得到比較充分的利用。

在多道程序系統中，要解決這樣一些技術問題：

（1）并行運行的程序要共享計算機系統的硬件和軟件資源，既有對資源的競爭，又必須相互同步。因此同步與互斥機制成為操作系統設計中的重要問題。

（2）隨著多道程序的增加，出現了內存不夠用的問題，提高內存的使用效率也成為關鍵。因此出現了覆蓋技術、兌換技術、虛擬技術等內存管理技術。

（3）由于多道程序存在于內存，為了保證系統程序存儲區和各用戶程序存儲區的安全可靠，提出了內存保護要求。

4.分時操作系統

批處理方式的好處是計算機效率高，但用戶十分留戀手工操作階段的聯機工作方式，獨占計算機，并直接控制程序運行。但獨占計算機方式會造成資源效率低。既能保證計算機效率，又能方便用戶使用，成為一種新追求。20世紀60年代中期，計算機技術和軟件技術的發展使這種追求成為可能。由于CPU速度不斷提高和采用分時技術，一臺計算機可同時連接多個用戶終端，每個用戶在自己終端上聯機使用計算機，好像自己獨占計算機一樣。

分時技術，就是把處理機的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理機分配給各聯機作業使用。由于計算機速度很快，作業運行輪轉得很快，給每個用戶的印象是好像他獨占一臺計算機。

5.實時操作系統

當計算機技術被用于工業控制領域后，要求計算機必須及時響應生產現場或用戶的實時要求，并以足夠快的速度進行處理，這時出現了實時操作系統。實時操作系統是以在允許的時間范圍內做出響應為特征。它要求計算機對于外來信息能以足夠快的速度進行處理，并在被控對象允許時間范圍內做出快速響應，實時操作系統在嵌入式計算中得到了越來越廣泛的應用。

6.現代操作系統

網絡的出現促進了網絡操作系統和分布式操作系統的發展，合起來稱為分布式系統。這種系統把多臺計算機虛擬成一臺計算機，把一個復雜的任務劃分成若干個子任務分配給多臺計算機執行。

參考文獻：

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