1.2 操作系统的发展与分类
知识图谱
一、手工操作阶段（此阶段无操作系统）
穿孔纸带是早期计算机的输入和输出设备，它将程序和数据转换二进制数码：带孔为1，无孔为0，经过光电扫描输入电脑。然后人们在运行程序时就将打满小孔的纸带输入到计算机。计算机上的所有工作都需要用户干预，人机矛盾越来越大，因此必须寻找新的解决方案。
手工操作阶段有两个突出的缺点：
- 用户独占全机，资源利用率低，但是不会出现其它用户占据资源的情况；
- CPU 等待手工操作，CPU 的利用不充分。
二、批处理阶段（操作系统开始出现）
为了解决人机矛盾以及 CPU 和 I/O 设备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统。按发展例程又可以分为单道批处理系统和多道批处理系统。
1. 单道批处理系统
单道批处理系统对作业的处理是批量进行的，但是内存中始终仅存在一道作业。
单道批处理系统的主要特征有以下几个：
- 自动性：正常情况下磁带上的作业能够自动逐个运行，无需人工干预；
- 顺序性：磁带上的各道作业完成顺序和它们进入内存的顺序相同；
- 单道性：内存中仅有一条作业在运行。
单道批处理系统面临的问题是：主机内存中仅存放一条批处理任务，每当它在运行期间发出输入/输出请求后，高速的 CPU 便会进入等待低速的 I/O 设备的状态。
2. 多道批处理系统
多道程序设计技术运行多个程序同时进入内存中并且在 CPU 上交替运行，这些程序可以共享系统中的所有资源。
当一个程序因为 I/O 请求而暂停时，CPU 便可立即转去运行另外的程序。它不采用某种机制来提高某一方面的瓶颈问题，而让系统的各个组成部分都尽量进入使用状态。虽然切换任务会花费一定的时间，但是可以实现系统间各个部件的并行工作，使整体在单位时间内的效率翻倍。
多道批处理系统有着以下特点：
- 多道：计算机内存中同时放入多道相互独立的程序；
- 宏观上并行：进入内存中的所有程序都处于运行状态；
- 微观上串行：内存中的多道程序轮流占用 CPU，交替执行。
多道程序设计技术的实现需要解决下面几个问题：
- 如何分配处理器？
- 多道程序的内存如何分配？
- I/O 设备如何分配？
- 如何组织和存放大量的程序和数据？
多道批处理系统的优缺点：
- 优点：
- 资源利用率高；
- 系统吞吐量大。
- 缺点：
- 用户响应时间长；
- 不提供人机交互。
三、分时操作系统
分时技术：把处理机的运行时间分为很短的时间片，按时间片轮流把处理机分给各联机作业使用；如果某个作业在分配给他的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。此时处理机让给另一个作业使用。
在操作系统中采用分时技术便形成了分时系统。分时操作系统允许多个用户通过终端同时共享同一台主机，用户可以同时与主机交互而互不干扰。因此实现分时系统最关键的问题就是如何使用户能与自己的作业交互。
分时操作系统同样支持多道程序设计，但它不同于多道批处理系统，分时操作系统允许人机交互，而多道批处理系统不允许人机交互。
分时操作系统有如下特征：
- 同时性：同时性又称多路性，指允许多个终端用户同时使用一台计算机；
- 交互性：用户能够通过终端采用人机对话的方式直接控制计算机；
- 独立性：系统中多个用户可以彼此独立地操作，互不影响；
- 及时性：用户请求能在短时间内得到回应。
四、实时操作系统
为了能够在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需要时间片排队，诞生了实时操作系统。
这里地时间限制分为两种情况：
- 硬实时系统：某个动作必须绝对地在规定的时刻（或者规定的时间范围）发生；
- 软实时系统：任务能够接受偶尔违反时间规定且不会引起任何永久性的损坏。
实时操作系统的特点主要是及时性和可靠性。
五、网络操作系统和分布式计算机系统
网络操作系统把计算机网络中的各台计算机有机地结合起来形成一个整体，提供一种统一、经济而有效地使用各台计算机地方法，实现各台计算机之间数据地相互传送。网络操作系统地主要特点是网络中各种资源的共享以及各台计算机之间的通信。
分布式计算机系统是由多台计算机组成并满足下列条件的系统：
- 系统中任意两台计算机通过通信方式交换信息；
- 系统中的每台计算机都具有同等的地位，没有主从之分；
- 每台计算机上的资源为所有用户共享；
- 系统中任意台计算机都可以构成一个子系统，并且可以重构；
- 任何工作都可以分布在几台计算机上，由它们并行、协同完成。
用于管理分布式计算机系统的操作系统称为分布式计算机系统，其和网络操作系统的本质不同是：同一任务由分布式操作系统中的若干计算机协调完成。
分布式计算机系统主要特点为分布性和并行性。
六、个人计算机操作系统
个人计算机系统是目前使用最为广泛的系统，常见的有 Windows、Linux、Mac OS等。
参考资料：王道考研——操作系统