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我们在前几期的文章中给大家简单介绍了操作系统的一些应用知识与类型等内容，而本文我们就继续来学习一下，操作系统都有哪些发展阶段。

1、推动操作系统发展的动力

操作系统的形成迄今已有50多年的时间，在短短的50多年中，操作系统取得巨大的进展，其主要动力可以归结为以下4个方面。

1).不断提高计算机资源利用率的需要：人们千方百计地提高计算机系统中各种资源的利用率，这就推动了人们不断发展操作系统的功能

2).方便用户操作：人们想方设法改善用户的上机和调试程序的条件，随之便形成了允许人机交互的分时系统，或称为多用户系统。

3).硬件的不断更新换代：计算机硬件在不断的更新，从电子管到晶体管，到集成电路，到大规模集成电路，计算机的性能不断提高，从而推动了操作系统的性能和功能的不断改进和完善。

4).计算机体系结构的不断发展：计算机体系结构的发展也不断地推动着操作系统的发展，并产生了新的操作系统。

2、操作系统的形成

操作系统从无到有，从小到大，从弱到强，其发展大致经历了以下几个阶段。

1).无操作系统

无操作系统的计算机系统，其资源管理和控制由人工负责，它采用两种方式：人工操作方式和脱机输入输出方式。

(1)人工操作方式

这种人工操作方式的特点是：

用户独占全机。一台计算机的全部资源只能由一个用户独占。

CPU等待人工操作。

人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，此即为所谓的人机矛盾。随着计算机CPU速度的提高，人工操作的低速率与计算机主机运行的快速运算之间速度不匹配的矛盾日趋严重。

(2)脱机输入输出方式

为了解决CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，50年代末出现了脱机输入输出技术。简单地说，脱机输入输出方式是指程序和数据的输入输出是在外围机的控制下，而不是在主机的控制下完成的。

脱机输入输出技术减少了计算机主机的空闲等待时间，提高了I/O设备的处理速度。此外，如果输入输出是在主机的控制下完成的，则称为联机输入输出。

2).批处理系统

批处理系统主要采用了批处理技术。批处理技术是计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。批处理系统有单道批处理系统和多道批处理系统两种形式。

(1)单道批处理系统

单道批处理系统是20世纪50年代GeneralMotors研究室在IBM701计算机上实现的一个操作系统。由于系统对作业的处理都是成批地进行的，且在内存中始终只保持一道作业，故称单道批处理系统。

单道批处理系统的特点是：

自动性。磁盘(带)上的一批作业能自动地逐个执行，无需人工干预。。

顺序性。磁盘(带)上的作业是顺序地进入内存的，先调入内存的作业先完成。

单道性。内存中仅有一个程序运行。

单道批处理系统大大减少了人工操作的时间，提高了机器的利用率。但是，在单道批处理作业运行时，主存中仅存放了一道程序，每当程序发出I/O请求时，CPU便处于等待I/O完成状态，致使CPU空闲，特别是I/O设备的低速性降低了CPU的利用率。

(2)多道批处理系统

多道批处理系统是在20世纪60年代设计的。为了改善CPU的利用率，提高机器的使用效率，在单道批处理系统中引入了多道程序设计技术，形成了多道批处理系统，它使CPU与外设可以并行工作。多道程序设计技术是指同时把多个作业放入内存并允许它们交替执行，共享系统中的各类资源，当某个程序因某种原因而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。

多道批处理系统的特点是：

多道性。在内存中可以同时驻留多道程序，并允许它们并发执行，从而有效地提高了资源的利用率和系统的吞吐量。

无序性。多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的先后顺序没有严格的对应关系，即先进入内存的作业不一定先完成，后进入内存的作业不一定后完成。

调度性。作业从提交给系统开始直至完成，需要经过两次调度：一是作业调度，二是进程调度。

多道批处理系统的优点是：

资源利用率高。由于在内存中的多道程序共享资源，使资源尽可能处于忙碌状态，从而提高了资源的利用率。

系统吞吐量大。系统吞吐量是指系统在单位时间内所完成的工作总量。多道批处理系统能提高系统吞吐量的原因可归结为：一，CPU和其他资源保持“忙碌”状态;二，仅当作业完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。

多道批处理系统的不足是：

平均周转时间长。在批处理系统中，由于作业要排队，要经过两次调度依次进行处理，因而作业的周转时间长。

无序性。多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的先后顺序没有严格的对应关系，即先进入内存的作业不一定先完成，后进入内存的作业不一定后完成。

3).分时系统

(1)分时系统的产生

推动分时系统形成和发展的主要动力是用户的需要。具体地说，用户的需要表现在以下几个方面：

人机交互:对于程序员来说，他希望能方便地上机输入、调试、修改程序。

共享主机:用户希望在用机时能够像自己独占计算机一样，不仅可以随时与计算机交互，而且感觉不到其他用户在使用该计算机。

便于用户上机:用户希望能通过自己的终端直接将作业传送到机器上进行处理，并能对自己的作业进行控制。

分时系统恰是为了满足上述的用户需要所形成的一种新型操作系统。

分时系统是指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户以分时方式共享主机中的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互的方式使用计算机。

所谓分时技术就是把处理器的运行时间划分成很短的时间片，根据时间片轮流把处理器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，则该作业被暂时中断，把处理器让给下一个作业使用，被中断作业等待下一轮时再继续运行。由于计算机的速度很快，作业轮换运行的速度也很快，这样给每个用户的感觉就像是自己独占了一台计算机一样。

(2)分时系统实现中的关键问题

及时接收：要及时接收用户键入的命令或数据并不困难，只需在系统中配置一个多路卡。此外，还需为每个终端配置一个缓冲区，用来暂存用户键入的命令。

及时处理：人机交互的关键是使用户键入自己的命令后，能及时地控制或修改自己的作业。为此，要让所有的用户作业直接进入主存，在不长的时间内(如3s)使每个作业运行一次，从而使用户的作业得到及时处理。

(3)分时系统的特征

多路性。允许在一台主机上同时连接多台终端，系统按分时原则为每个用户服务，提高了资源的利用率。

独立性。每个用户占用一个终端，彼此独立操作、互不影响。因此，每个用户会感觉到自己独自占用了主机。

及时性。用户的请求能在很短的时间内获得响应，此时的时间间隔是根据人们能接受的等待时间来确定的，通常为2～3s。

交互性。用户可以通过终端与系统进行广泛的对话。

4).实时系统

(1)实时系统的概念

实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

(2)实时系统的类型

根据控制对象的不同，实时系统分为实时控制系统和实时信息处理系统。

①实时控制系统

实时控制系统是指以计算机为中心的生产过程控制系统和武器控制系统，又称计算机控制系统。系统要求能及时采集现场数据，并对采集的数据进行及时处理，进而自动控制相应的执行机构，使某些参数能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。

实时控制系统如飞机自动驾驶系统、火箭飞行控制系统、导弹制导系统等。

②实时信息处理系统

实时信息处理系统是指对信息进行实时处理的系统。在该系统中，计算机能及时接收从远程终端发来的服务请求，根据用户提出的问题对信息进行检索和处理，并在很短的时间内向用户做出正确应答。

实时信息处理系统有机票订购系统、情报检索系统等。

(3)实时系统的特征

多路性。多路性是指系统能对多个现场进行数据采集，并对多个对象或多个执行机构进行控制。

独立性。独立性是指信息的采集和对象的控制操作互不干扰。

交互性。交互性是指用户可访问系统中某些特定的专用服务程序，其交互性弱于分时系统。

及时性。及时性是以控制对象所要求的开始时间和截止时间来确定的，实时系统的及时性高于分时系统，一般为秒级、毫秒级，甚至微秒级。

可靠性。可靠性是指采用多级容错技术来保证系统的安全性和数据的安全性。其可靠性高于分时系统。

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