操作系统的发展与分类

Xherlock

2022 年 02 月 27 日

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操作系统

# 操作系统的发展与分类

## 手工操作阶段

手打纸带，纸带上的信息输入计算机

特点：输入输出慢，处理速度快	用户独占全机、人机速度毛肚导致资源利用率极低

## 批处理阶段--单道批处理系统

引入脱机输入/输出技术（使用磁带），并监督程序负责控制作业的输入、输出（操作系统雏形）

优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升

缺点：内存中仅有一道程序运行，该程序运行结束后才能调入下一程序，CPU有大量的时间在空闲等待I/O完成，资源利用率依然很低

## 批处理阶段--多道批处理系统

每次往内存中输入多道程序，操作系统正式诞生，引入了中断技术，由操作系统负责管理这些程序的运行，各个程序并发执行

优点：多道程序并发执行，共享计算机资源，资源利用率大幅提升（原因：输入、计算、输出可以同时运行，不需等待一个工作完成才开始下一个工作），CPU和其他资源保持工作状态，系统吞吐量大

缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（提交后只能等待工作完成）

## 分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机交互

优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，相互独立

缺点：不能优先处理一些紧急任务，操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地位每个用户/作业服务一个时间片，不能区分任务的紧急性

## 实时操作系统

优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队，具有**及时性和可靠性**

可以分为硬实时系统：必须在严格规定时间内完成处理（eg：导弹控制系统、自动驾驶系统）；软实时系统：能接受偶尔违反时间规定（eg：订票系统）

## 其他几种操作系统

网络操作系统、分布式操作系统、个人计算机操作系统等

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# 操作系统的运行机制和体系结构

## 运行机制

> **指令**：CPU能识别、执行的最基本命令

* 特权指令：eg：内存清零指令（不允许用户程序使用）
* 非特权指令：eg：普通的运算指令

> **处理器状态**

* 用户态（目态）：CPU只能执行非特权指令
* 核心态（管态）：特权指令、非特权指令均可执行

【用程序状态字寄存器（PSW）中的某标志位来标识当前处理器处于什么状态，如0位用户态，1为核心态】

> **程序**

* 内核程序：操作系统的管理者，特权指令、非特权指令均可执行，运行在核心态
* 应用程序：为保证系统安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态

## 内核

内核：计算机上配置的底层软件，是最基本、核心的部分。实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。

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## 体系结构

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最后修改：2022 年 02 月 27 日

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Xherlock • 2022 年 02 月 27 日

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