操作系统的发展与分类

世界上第一台通用电子计算机

【1946年2月14日】，世界上第一台通用电子计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国研制成功，发明人是美国人莫克利（John W.Mauchly）和艾特克（J.Presper Eckert）。

• 由1.8万个【电子管】组成，所以又被称为电子管计算机
• 占地170平方米，重达30吨
• 耗电功率约150千瓦，5000次运算/秒
• 缺点：“三高”
  • 体积很大
  • 耗电量高
  • 发热量大

操作系统的发展阶段

• 手工操作阶段
  • 人工操作方式
  • 脱机输入/输出方式
• 批处理阶段
  • 单通道批处理系统
  • 多通道批处理系统
• 分时操作系统
• 实时操作系统
• 微机操作系统的发展

1. 手工操作阶段（无操作系统的计算机系统）

人工操作方式

• 纸带打孔输入/输出
• 用户独占全机
• CPU等待人工操作

人工操作一下，CPU执行一下，效率很低

脱机输入/输出方式

• 解决了人机矛盾
• 减少了CPU的空闲时间
• 提高了I/O速度
• 一次只能执行一个程序

先将要执行的作业输入到磁带上，然后再让CPU执行，CPU运行完将结果输出到另外一个磁带上

2. 批处理阶段：同时处理多道程序

• 单道批处理系统（OS前身）
  • 自动性
  • 顺序性
  • 单道性
  • 内存中只有一道程序
  • CPU需要等待I/O完成

同时将多个程序输入到磁带中，CPU按顺序处理并将结果输出，监督程序（Monitor）来区分多个程序之间的界限，监督程序（Monitor）完成了调度管理，其实此时就是操作系统的前身

多道批处理系统

• 提高CPU利用率
• 提高内存和I/O设备利用率
• 增加系统吞吐量
• 平均周转时间长
• 无人机交互

调度程序将多个任务同时放入内存供CPU计算：调度程序将第一个调度程序读入内存，CPU开始计算，同时调度程序继续读入第二道程序

单道批处理系统与多道批处理系统对比

• 单道批处理系统：主要解决CPU、内存和I/O设备利用率不足的问题
• 多道批处理系统：主要解决I/O操作时CPU闲置问题
  

3. 分时操作系统（Time Sharing System）

一台主机连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

• 为什么需要分时系统？
  • 人机交互
  • 共享主机
  • 便于用户上机
• 关键问题
  • 及时接收
  • 及时处理（作业提前进入内存，并能够与用户交互）

分时系统的特征

• 多路性：时间片轮转机制
• 独立性：用户彼此独立
• 及时性：用户能在短时间内获得响应
• 交互性：用户可以请求多种服务

分时系统的缺点

• 作业/用户优先级相同，不能优先处理紧急任务
• 只有及时性（在可接受的时间段内作出响应），没有实时性

4. 实时操作系统（Real Time System）

系统能即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。

• 应用需求
  • 实时控制
  • 实时信息处理
• 实时任务
  • 周期/非周期性实时任务（根据周期性）
  • 硬/软实时任务（根据截至时间）

实时、分时操作系统对比

5. 个人计算机（微机）操作系统的发展

• 单用户单任务
  • CP/M、MS-DOS
  • 单用户多任务
  • Windows1.0-XP
• 多用户多任务
  • UNIX OS：Solaris、Linux、Mac
  • MS-DOS：Windows 10/11

6. 网络操作系统和分布式计算机系统

网络操作系统

• 资源共享
• 远程通信

如：各种云服务

分布式操作系统

• 分布性
• 并行性

如：鸿蒙

7. 推动操作系统发展的主要动力

1. 提高硬件资源利用率
2. 提高任务处理效率
3. 提高系统响应速度
4. 多用户共用同一台计算机的要求
5. 实时控制、信息处理、任务处理
6. 易用化，降低个人电脑使用门槛
7. 共享资源、远程通信
8. 分布式并行计算处理大规模计算任务