操作系统的形成与发展：2019版高分笔记

2023-10-26 理论教育版权反馈

【摘要】：操作系统是由客观需要而产生的，它随着计算机技术本身及其应用的发展而逐渐发展和不断完善。操作系统是一组控制和管理计算

操作系统的发展过程其实和早期人们遇到的问题有很大关系，比如，为解决处理器和设备的速度矛盾而提出了脱机输入/输出技术，为了减少人为干预而产生了批处理技术等，由此可见，操作系统的发展是对早期计算机系统问题非常自然的解决方式。

操作系统是由客观需要而产生的，它随着计算机技术本身及其应用的发展而逐渐发展和不断完善。与计算机发展过程相对应，操作系统也经历了如下发展过程：无操作系统阶段（手工操作与脱机输入/输出）、单道批处理系统和多道批处理系统（多道程序设计）。

1.无操作系统阶段

在第一代计算机时期，构成计算机的主要元器件是电子管，计算机运行速度慢，没有操作系统，甚至没有任何软件，人们采用手工操作方式操作计算机。在手工操作方式下，用户一个接一个地轮流使用计算机，每个用户的使用过程大致如下：先将程序纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据送入计算机，接着通过控制台开关启动程序运行，当程序运行完毕后，由用户取走纸带和结果。

由此可以推断，这种操作方式具有用户独占计算机资源、资源利用率低以及CPU等待等人工操作的特点。

随着CPU速度的大幅提高，手工操作的慢速与CPU运算的高速之间出现了矛盾，这就是所谓的人机矛盾。此外，CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾也日益突出。为了缓和此矛盾，先后出现了通道技术和缓冲技术，但都未能很好地解决上述矛盾，直到后来引入脱机输入/输出技术，才获得了较为满意的效果。

脱机输入/输出技术是为了解决CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾而提出的，此技术减少了CPU的空闲等待时间，提高了I/O速度。其输入/输出方式如图1-3所示。

为解决低速输入设备与CPU速度不匹配的问题，可以将用户程序和数据在一台外围机（又称卫星机）的控制下，预先从低速输入设备（纸带机）输入到输入带上，当CPU需要这些程序和数据时，再直接从输入带高速输入到内存，从而大大加快输入速度，减少CPU等待输入的时间，这就是脱机输入技术。

图1-3 脱机输入/输出技术示意图

类似地，当程序运行完毕或告一段落，当CPU需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备（图1-3中为打印机），而是高速地把结果送到输出带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是脱机输出技术。

若输入/输出操作在主机控制下进行，则称为联机输入/输出。

采用脱机输入/输出技术后，低速I/O设备上数据的输入/输出都在外围机的控制下进行，而CPU只与高速的输入带及输出带打交道，从而有效地减少了CPU等待慢速设备输入/输出的时间。

详细说明本方法的目的在于使考生了解脱机输入/输出的模型，因为之后的缓冲区技术以及SPOOLing技术等，都是基于这种原理产生的。理解了这个模型，对之后学习类似技术有较大的帮助。

2.单道批处理系统

单道批处理系统是最早出现的一种操作系统，严格地说，它只能算作是操作系统的前身而并非是现在人们所理解的操作系统。

早期的计算机系统非常昂贵，为了能充分利用，应尽量使系统连续运行，以减少空闲时间。为此，通常是把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上，并在系统中配置监督程序（管理作业的运行，负责装入和运行各种系统程序来完成作业的自动过渡），在其控制下，先把磁带上的第一个作业传送到内存，并把运行的控制权交给第一个作业，当第一个作业处理完后又把控制权交还给监督程序，由监督程序再把第二个作业调入内存。计算机系统按这种方式对磁带上的作业自动地一个接一个进行处理，直至把磁带上的所有作业全部处理完毕，这样便形成了早期的批处理系统。

图1-4给出了单道批处理系统工作示例。