张菡

摘 要：操作系统的发展与计算机技术的发展息息相关，本文主要介绍了从世界上第一台计算机诞生以来至今，操作系统發展的6个阶段，以及每个阶段中操作系统的不同特点。

关键词：操作系统;批处理;分时;实时

引言

操作系统是由于客观的需要而产生的，它伴随着计算机技术本身及其应用的日益发展而逐渐发展和不断完善。它的功能由弱到强，在计算机系统中的地位不断提高。至今，它已成为计算机系统中的核心。随着计算机的迅猛发展，操作系统经历了如下的发展过程：手工操作阶段、单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统、实时系统、现代操作系统。

1.手工操作阶段

在第一代计算机时期，构成计算机的主要元器件是电子管，计算机运算速度慢，用户直接用机器语言编制程序，并在上机时独占全部计算机资源。用户既是程序员，又是操作员。这种由一道程序独占机器且有人工操作的情况，在计算机速度较慢时是允许的，因为此时计算机所需时间相对较长，手工操作所占比例还不很大。

20世纪50年代后期，计算机的运行速度有了很大提高，从每秒几千次、几万次发展到每秒几十万次、上百万次、这时手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成矛盾，唯一的解决办法是摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡。这样就出现了批处理。

2. 单道批处理系统

将每个人要做的作业事先输入到磁带中，由专门的监督程序控制运行一个个作业，以减少CPU空闲时间的操作系统称为批处理系统。这个时期，计算机内存中只能存放一道作业，所以称为单道批处理系统。这种系统较之手工操作方式提高了计算机运行效率，但是由于CPU和外设串行执行，而CPU比外设速度快得多，因此CPU必须等待一道作业I/O读写结束后，才能执行下一道作业。

许多成功的批处理系统在20世纪50年代末至60年代初出现，典型的操作系统是FMS和IBM操作系统IBSYS。执行系统实现了主机、通道和输入输出设备的并行操作，提高了系统效率，方便用户对输入输出设备的使用。但这时计算机系统运行的特征是单道顺序地处理作业，即用户作业仍然是一道一道作业顺序处理。因此会出现两种情况：对于以计算为主的作业，输入输出少，外设空闲;对于以输入输出为主的作业，又会造成主机空闲。这样总的来说，计算机资源使用效率不高。因此操作系统进入了多道程序阶段。

3. 多道批处理系统

在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了多道批处理系统。要处理的许多作业存放在外部存储器中，形成作业队列，等待运行。到需要调入作业时，将由操作系统中的作业调度程序对外存中的一批作业，根据其对资源的要求和一定的调度原则，调几个作业进入内存，让它们交替运行。当某个作业完成后，再调入一个或几个作业。采用这种处理方式，在内存中总是同时存在几道程序，系统资源得到比较充分的利用。

在多道程序系统中，要解决这样一些技术问题：

（1）并行运行的程序要共享计算机系统的硬件和软件资源，既有对资源的竞争，又必须相互同步。因此同步与互斥机制成为操作系统设计中的重要问题。

（2）随着多道程序的增加，出现了内存不够用的问题，提高内存的使用效率也成为关键。因此出现了覆盖技术、兑换技术、虚拟技术等内存管理技术。

（3）由于多道程序存在于内存，为了保证系统程序存储区和各用户程序存储区的安全可靠，提出了内存保护要求。

4.分时操作系统

批处理方式的好处是计算机效率高，但用户十分留恋手工操作阶段的联机工作方式，独占计算机，并直接控制程序运行。但独占计算机方式会造成资源效率低。既能保证计算机效率，又能方便用户使用，成为一种新追求。20世纪60年代中期，计算机技术和软件技术的发展使这种追求成为可能。由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，每个用户在自己终端上联机使用计算机，好像自己独占计算机一样。

分时技术，就是把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。由于计算机速度很快，作业运行轮转得很快，给每个用户的印象是好像他独占一台计算机。

5.实时操作系统

当计算机技术被用于工业控制领域后，要求计算机必须及时响应生产现场或用户的实时要求，并以足够快的速度进行处理，这时出现了实时操作系统。实时操作系统是以在允许的时间范围内做出响应为特征。它要求计算机对于外来信息能以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许时间范围内做出快速响应，实时操作系统在嵌入式计算中得到了越来越广泛的应用。

6.现代操作系统

网络的出现促进了网络操作系统和分布式操作系统的发展，合起来称为分布式系统。这种系统把多台计算机虚拟成一台计算机，把一个复杂的任务划分成若干个子任务分配给多台计算机执行。

参考文献：

[1]陈向群，向勇，王雷等.Windows操作系统原理（2版）[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]吴旭光，何军红.嵌入式操作系统原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]张尧学等.计算机操作系统教程[M].北京：清华大学出版社，2013.