【未配备操作系统的计算机系统】
人工操作方式
早期的操作方式是利用事先穿孔的纸带,装入纸带输入机将纸带上的程序与数据输入计算机,再启动计算机,只有当程序运行完毕并取走运算结果后,才允许下一个用户上机
人工操作的方式严重降低了计算机资源的利用率,出现了所谓的人机矛盾,即用户独占全机、CPU 等待人工操作
脱机输入/输出方式
为解决人机矛盾,后出现了脱机 I/O 技术,即事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机,在一台外围机的处理下,将纸带上的数据、程序输入到磁带上,当 CPU 需要时,再调入内存
脱机 I/O 技术在一定程度上,减少了 CPU 的空闲时间并提高了 I/O 速度
【单道批处理系统】
为实现作业的连续处理,需要将一批作业以脱机方式输入到磁带上,并在系统中配上监督程序,在监督程序的控制下,使得作业能一个接一个地连续处理
虽然系统对作业的处理是成批进行的,但内存中始终保持一道作业,仍然存在 I/O 设备与 CPU 速度不匹配的情况
【多道批处理系统】
对于单道批处理操作系统来说,其可以连续的运行多个程序,减少了程序切换时的 CPU 等待时间,但其问题在于:当执行 I/O 操作时,CPU 是空闲的,这极大的增加了 CPU 的等待时间
为解决资源利用率与系统吞吐量低下的问题,出现了多道批处理系统
多道批处理系统是将多个程序同时加载到内存中,当其中正在运行的程序执行 I/O 操作时,CPU 可以继续执行其他的程序,而当 I/O 操作结束后,之前的程序继续执行
多道批处理系统虽然内存中存在多个程序,但同样一个时间内只有一个程序被执行,其他没有被执行的程序存入后备队列中,等待调度程序调用
多道批处理系统具有多道性、无序性、调度性等特点,其资源利用率高、系统吞吐量大、平均运行时间长,但由于后备队列需要内存管理,调度程序需要设备管理等问题,增加了系统的负载
【分时系统】
对于多道批处理系统来说,其人机交互性极差,为满足用户对交互性的需求,由此形成了一种新型 OS —— 分时系统
所谓分时系统是指,在一台主机上连接了多个配有显示器与键盘终端,并由此组成的系统,该系统允许多个用户同时通过自己的终端,以交互式使用计算机,共享主机资源
分时系统实现了多用户连接主机、请求轮转进内存、快速响应处理等功能,其最大特点是采用时间片轮转方式来处理服务请求
所谓时间片,是指分配给进程运行的一段时间,根据时间片的定义,由此有了用户响应时间(RT),即:
【实时系统】
随着计算机的发展,计算机需要一种能及时计算的系统,即系统的正确性不仅由计算的逻辑结果来确定,还取决于产生结果的时间
简单来说,就是将时间作为关键参数,其必须对接收到的某些信号做出实时的反应
由此我们可得到实时系统的定义:系统能及时响应外部事件的请求,在规定时间内完成对事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行
常见是实时系统有:工业控制系统、信息查询系统、武器控制系统、嵌入式系统等
【其他操作系统】
除上述的操作系统外,目前主流的操作系统还有网络操作系统、分布式操作系统、个人操作系统等
网络操作系统,是指将网络中的各主机结合起来,统一有效地使用各计算机,实现计算机间的数据传输,其充分利用了网络资源共享的特点,令数据在多台主机间有效通信
分布式操作系统,在整个体系中每台主机地位同等,各主机间资源共享,没有主机和从机的概念,同时,任意两台主机间可交换信息,任意台主机可以构成一个子系统,在处理任务时,各主机协同、并行完成,具有分布性、并行性的特点
个人操作系统,是目前最流行的操作系统,如常见的 Windows、MacOS、Linux 的各发型版等