整理自：中国大学MOOC——操作系统原理第一章（田丽华）
目录
1 操作系统简介
1.1 为什么要有操作系统？
计算机硬件（裸机）难以使用。
- 用户几乎不可能使用裸机
- 计算机硬件只能识别0、1二值机器码
- 机器码直接性差，容易出错，难以交流
- 因此，通常在计算机硬件上会覆盖一层软件，以方便用户使用计算机
1.2 什么是操作系统？
（1）第一层理解
- CPU是计算机硬件的核心，是计算机系统的心脏
- 操作系统则是计算机软件的核心，是计算机系统的大脑
- 操作系统是整个计算机系统的控制中心，是计算机系统中首要的、最重要的、最复杂的系统软件
（2）第二层理解
- 操作系统是管理计算机硬件的程序
- 在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序
（3）第三层理解
操作系统是硬件之上的第一层软件，是对硬件的首次扩充，又是其他软件运行的基础。
关于系统部件
①Hardware 硬件：提供基本的运算资源
②Operating system 操作系统：在各种应用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用。
③Applications programs 应用程序：定义解决用户问题的资源使用方式（编译、数据库、视频游戏、事务程序等）
④Users 用户：人，机、其他计算机。
1.3 操作系统的目标是什么？
- 执行用户程序并使用户问题更容易解决。
- 使计算机系统更易使用。
- 以一种有效的方式使用硬件。
1.4 操作系统的其他定义
Resource allocator资源分配者：manages and allocator resources管理和分配资源。
Control program 控制程序：ontrols the execution of user programs and operations of I/O devices。控制用户程序的运行和I/O设备的操作。
Kernel 内核：the one program running all the time（all else being application programs）在全时运行的一个程序（其他的是应用程序）。
1.5 操作系统有什么作用？
（1）计算机硬件、软件资源的管理者
（2）用户使用计算机硬件、软件的接口
2 操作系统的发展
2.1 发展动力
①资源利用角度：为提高计算机资源的利用率和系统性能，从单道道多道、集中到分布、从专用到泛在等
②用户角度：方便用户，人机交互
③技术角度：物理器件发展，CPU位宽度（指令和数据）、快速外存、光器件等、以及计算机体系结构的不断发展：单处理机，多处理机、多核、计算机网络
2.2 发展过程
操作系统类型发展：无操作系统→简单批处理系统→多道程序批处理系统→分时系统→实时系统→嵌入式系统→并行系统→分布式系统
（1）手工操作方式
工作方式 编程语言：机器语言；I/O：纸带或卡片
缺点：用户独占全机，设备利用率低；CPU等待用户（手工装入/卸下卡片）
（2）单道批处理系统（50-60年代）
工作原理：a.把一批作业以脱机输入方式输入到磁带;
b.利用磁带把任务分类编成作业顺序执行
c.每批作业由专门的监督程序（monitor）自动依次处理
运行特征：a.顺序性：磁带上各道作业是顺序进入内存，各作业的完成顺序与他们进入内存的顺序相同
b.单道性：内存中仅有一道程序运行
c.自动性
优点：减少了CPU的空闲时间，提高了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量。
缺点：CPU和I/O忙闲不均。
（3）多道批处理系统（60年代-70年代）
多道含义：内存中同时存放几个作业，使之都处于执行的开始点和结束点之间多个作业共享CPU、内存、外设等资源。
多道目的：利用多道批处理提高资源的利用率。
60年代通道和中断技术的出现，解决了输入输出等待计算的问题。
①通道：是一种专门的部件，负责外部设备与内存之间的信息的传输。
②中断：指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即终止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完
后，主机又回到原来工作点继
续工作。
由上图可知：
在内存中同时有多个作业，CPU在其中切换。
只要系统中总是存在可执行的作业，CPU就永远不会因无事可干而闲着。
多道通过组织作业使得CPU总是在执行其中一个作业，从而提高了CPU的利用率。
多道程序批处理的运行特征：
①多道性：内存中同时驻留多道程序并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统的吞吐量。
②无序性：作业的完成顺序与它进入内存的顺序之间无严格的对应关系
③调度性：作业调度、进程调度
多道程序批处理的优缺点：
①优点：资源利用率高（CPU，内存，I/O设备）
系统的吞吐量大
②缺点：无交互能力，用户响应时间长
作业平均周转时间长
（4）分时系统（70年代中期至今）
1.分时系统是在多道的基础上用户的新需求（多任务多用户，交互服务）。
2.分时：指多个用户分享使用同一台计算机，分时共享硬件和软件资源。
3.实现方式：
①多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。有用
户输入时由CPU执行，
处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入－－时走时停。
②前台和后台程序分时：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互－－现在的图形用户界面(GUI)，除当前交互的程
序(输入焦点)之外，其他
程序均作为后台。
通常按时间片（time slice）分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。
4.分时系统-交互式计算
①作业直接进入内存
②每个作业一次只运行很短的时间
③分时技术：把CPU的响应时间分成若干个大小相等 （或不等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户
获得CPU（获得一个时间片） 后开始运行，当时间片到，该用户程序暂停运行， 等待下一次运行。
5.分时系统特点
人机交互性好，共享主机：多个用户同时使用
①多路性：众多联机用户可以同时使用一台计算机；
②独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机；
③交互性：用户与计算机之间进行“会话”；
④及时性：用户的请求能在很短的时间内获得相应。