計算機作業系統發展史簡介

　　作業系統並不是與計算機硬體一起誕生的，它是在人們使用計算機的過程中，為了滿足兩大需求：提高資源利用率、增強計算機系統性能，伴隨著計算機技術本身及其應用的日益發展，而逐步地形成和完善起來的。接下來是小編為大家收集的，希望能幫到大家。

　　

　　最初的電腦並沒有作業系統，人們通過各種操作按鈕來控制計算機，後來出現了組合語言，操作人員通過有孔的紙帶將程式輸入電腦進行編譯。這些將語言內建的電腦只能由操作人員自己編寫程式來執行，不利於裝置、程式的共用。為了解決這種問題，就出現了作業系統，這樣就很好實現了程式的共用，以及對計算機硬體資源的管理。

　　作業系統技術的發展

　　手工操作***無作業系統***

　　1946年第一臺計算機誕生--20世紀50年代中期，還未出現作業系統，計算機工作採用手工操作方式。

　　程式設計師將對應於程式和資料的已穿孔的紙帶***或卡片***裝入輸入機，然後啟動輸入機把程式和資料輸入計算機記憶體，接著通過控制檯開關啟動程式針對資料執行;計算完畢，印表機輸出計算結果;使用者取走結果並卸下紙帶***或卡片***後，才讓下一個使用者上機。

　　手工操作方式兩個特點：

　　***1***使用者獨佔全機。不會出現因資源已被其他使用者佔用而等待的現象，但資源的利用率低。

　　***2***CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。 

　　20世紀50年代後期，出現人機矛盾：手工操作的慢速度和計算機的高速度之間形成了尖銳矛盾，手工操作方式已嚴重損害了系統資源的利用率***使資源利用率降為百分之幾，甚至更低***，不能容忍。唯一的解決辦法：只有擺脫人的手工操作，實現作業的自動過渡。這樣就出現了成批處理。

　　批處理系統

　　批處理系統：載入在計算機上的一個系統軟體，在它的控制下，計算機能夠自動地、成批地處理一個或多個使用者的作業***這作業包括程式、資料和命令***。

　　聯機批處理系統

　　首先出現的是聯機批處理系統，即作業的輸入/輸出由CPU來處理。

　　主機與輸入機之間增加一個儲存裝置——磁帶，在運行於主機上的監督程式的自動控制下，計算機可自動完成：成批地把輸入機上的使用者作業讀入磁帶，依次把磁帶上的使用者作業讀入主機記憶體並執行並把計算結果向輸出機輸出。完成了上一批作業後，監督程式又從輸入機上輸入另一批作業，儲存在磁帶上，並按上述步驟重複處理。

　　監督程式不停地處理各個作業，從而實現了作業到作業的自動轉接，減少了作業建立時間和手工操作時間，有效克服了人機矛盾，提高了計算機的利用率。

　　但是，在作業輸入和結果輸出時，主機的高速CPU仍處於空閒狀態，等待慢速的輸入/輸出裝置完成工作： 主機處於“忙等”狀態。

　　離線批處理系統

　　為克服與緩解：高速主機與慢速外設的矛盾，提高CPU的利用率，又引入了離線批處理系統，即輸入/輸出脫離主機控制。

　　這種方式的顯著特徵是：增加一臺不與主機直接相連而專門用於與輸入/輸出裝置打交道的衛星機。

　　其功能是：

　　***1***從輸入機上讀取使用者作業並放到輸入磁帶上。

　　***2***從輸出磁帶上讀取執行結果並傳給輸出機。

　　這樣，主機不是直接與慢速的輸入/輸出裝置打交道，而是與速度相對較快的磁帶機發生關係，有效緩解了主機與裝置的矛盾。主機與衛星機可並行工作，二者分工明確，可以充分發揮主機的高速計算能力。

　　離線批處理系統:20世紀60年代應用十分廣泛，它極大緩解了人機矛盾及主機與外設的矛盾。IBM-7090/7094：配備的監督程式就是離線批處理系統，是現代作業系統的原型。不足：每次主機記憶體中僅存放一道作業，每當它執行期間發出輸入/輸出***I/O***請求後，高速的CPU便處於等待低速的I/O完成狀態，致使CPU空閒。

　　為改善CPU的利用率，又引入了多道程式系統。

　　多道程式系統

　　多道程式設計技術

　　所謂多道程式設計技術，就是指允許多個程式同時進入記憶體並執行。即同時把多個程式放入記憶體，並允許它們交替在CPU中執行，它們共享系統中的各種硬、軟體資源。當一道程式因I/O請求而暫停執行時，CPU便立即轉去執行另一道程式。

　　單道程式的執行過程：

　　在A程式計算時，I/O空閒， A程式I/O操作時，CPU空閒***B程式也是同樣***;必須A工作完成後，B才能進入記憶體中開始工作，兩者是序列的，全部完成共需時間=T1+T2。

　　多道程式的執行過程：

　　將A、B兩道程式同時存放在記憶體中，它們在系統的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上執行：當A程式因請求I/O操作而放棄CPU時，B程式就可佔用CPU執行，這樣 CPU不再空閒，而正進行A I/O操作的I/O裝置也不空閒，顯然，CPU和I/O裝置都處於“忙”狀態，大大提高了資源的利用率，從而也提高了系統的效率，A、B全部完成所需時間<<T1+T2。

　　多道程式設計技術不僅使CPU得到充分利用，同時改善I/O裝置和記憶體的利用率，從而提高了整個系統的資源利用率和系統吞吐量***單位時間內處理作業***程式***的個數***，最終提高了整個系統的效率。

　　單處理機系統中多道程式執行時的特點：

　　***1***多道：計算機記憶體中同時存放幾道相互獨立的程式;

　　***2***巨集觀上並行：同時進入系統的幾道程式都處於執行過程中，即它們先後開始了各自的執行，但都未執行完畢;

　　***3***微觀上序列：實際上，各道程式輪流地用CPU，並交替執行。

　　多道程式系統的出現，標誌著作業系統漸趨成熟的階段，先後出現了作業排程管理、處理機管理、儲存器管理、外部裝置管理、檔案系統管理等功能。

　　多道批處理系統

　　20世紀60年代中期，在前述的批處理系統中，引入多道程式設計技術後形成多道批處理系統***簡稱：批處理系統***。

　　它有兩個特點：

　　***1***多道：系統內可同時容納多個作業。這些作業放在外存中，組成一個後備佇列，系統按一定的排程原則每次從後備作業佇列中選取一個或多個作業進入記憶體執行，執行作業結束、退出執行和後備作業進入執行均由系統自動實現，從而在系統中形成一個自動轉接的、連續的作業流。

　　***2***成批：在系統執行過程中，不允許使用者與其作業發生互動作用，即：作業一旦進入系統，使用者就不能直接干預其作業的執行。

　　批處理系統的追求目標：提高系統資源利用率和系統吞吐量，以及作業流程的自動化。批處理系統的一個重要缺點：不提供人機互動能力，給使用者使用計算機帶來不便。

　　雖然使用者獨佔全機資源，並且直接控制程式的執行，可以隨時瞭解程式執行情況。但這種工作方式因獨佔全機造成資源效率極低。

　　一種新的追求目標：既能保證計算機效率，又能方便使用者使用計算機。 20世紀60年代中期，計算機技術和軟體技術的發展使這種追求成為可能。

　　分時系統

　　由於CPU速度不斷提高和採用分時技術，一臺計算機可同時連線多個使用者終端，而每個使用者可在自己的終端上聯機使用計算機，好象自己獨佔機器一樣。

　　分時技術：把處理機的執行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理機分配給各聯機作業使用。

　　若某個作業在分配給它的時間片內不能完成其計算，則該作業暫時中斷，把處理機讓給另一作業使用，等待下一輪時再繼續其執行。由於計算機速度很快，作業執行輪轉得很快，給每個使用者的印象是，好象他獨佔了一臺計算機。而每個使用者可以通過自己的終端向系統發出各種操作控制命令，在充分的人機互動情況下，完成作業的執行。

　　具有上述特徵的計算機系統稱為分時系統，它允許多個使用者同時聯機使用計算機。 特點：

　　***1***多路性。若干個使用者同時使用一臺計算機。微觀上看是各使用者輪流使用計算機;巨集觀上看是各使用者並行工作。

　　***2***互動性。使用者可根據系統對請求的響應結果，進一步向系統提出新的請求。這種能使使用者與系統進行人機對話的工作方式，明顯地有別於批處理系統，因而，分時系統又被稱為互動式系統。

　　***3***獨立性。使用者之間可以相互獨立操作，互不干擾。系統保證各使用者程式執行的完整性，不會發生相互混淆或破壞現象。

　　***4***及時性。系統可對使用者的輸入及時作出響應。分時系統效能的主要指標之一是響應時間，它是指：從終端發出命令到系統予以應答所需的時間。

　　分時系統的主要目標：對使用者響應的及時性，即不至於使用者等待每一個命令的處理時間過長。

　　分時系統可以同時接納數十個甚至上百個使用者，由於記憶體空間有限，往往採用對換***又稱交換***方式的儲存方法。即將未“輪到”的作業放入磁碟，一旦“輪到”，再將其調入記憶體;而時間片用完後，又將作業存回磁碟***俗稱“滾進”、“滾出“法***，使同一儲存區域輪流為多個使用者服務。

　　多使用者分時系統是當今計算機作業系統中最普遍使用的一類作業系統。

　　實時系統

　　雖然多道批處理系統和分時系統能獲得較令人滿意的資源利用率和系統響應時間，但卻不能滿足實時控制與實時資訊處理兩個應用領域的需求。於是就產生了實時系統，即系統能夠及時響應隨機發生的外部事件，並在嚴格的時間範圍內完成對該事件的處理。

　　實時系統在一個特定的應用中常作為一種控制裝置來使用。

　　實時系統可分成兩類：

　　***1***實時控制系統。當用于飛機飛行、導彈發射等的自動控制時，要求計算機能儘快處理測量系統測得的資料，及時地對飛機或導彈進行控制，或將有關資訊通過顯示終端提供給決策人員。當用於軋鋼、石化等工業生產過程控制時，也要求計算機能及時處理由各類感測器送來的資料，然後控制相應的執行機構。

　　***2***實時資訊處理系統。當用於預定飛機票、查詢有關航班、航線、票價等事宜時，或當用於銀行系統、情報檢索系統時，都要求計算機能對終端裝置發來的服務請求及時予以正確的回答。此類對響應及時性的要求稍弱於第一類。

　　實時作業系統的主要特點：

　　***1***及時響應。每一個資訊接收、分析處理和傳送的過程必須在嚴格的時間限制內完成。

　　***2***高可靠性。需採取冗餘措施，雙機系統前後臺工作，也包括必要的保密措施等。

　　通用作業系統

　　作業系統的三種基本型別：多道批處理系統、分時系統、實時系統。

　　通用作業系統：具有多種型別操作特徵的作業系統。可以同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，或其中兩種以上的功能。

　　例如：實時處理+批處理=實時批處理系統。首先保證優先處理實時任務，插空進行批處理作業。常把實時任務稱為前臺作業，批作業稱為後臺作業。

　　再如：批處理+分時處理=分時批處理系統。即：時間要求不強的作業放入“後臺”***批處理***處理，需頻繁互動的作業在“前臺”***分時***處理，處理機優先執行“前臺”作業。

　　從上世紀60年代中期，國際上開始研製一些大型的通用作業系統。這些系統試圖達到功能齊全、可適應各種應用範圍和操作方式變化多端的環境的目標。但是，這些系統過於複雜和龐大，不僅付出了巨大的代價，且在解決其可靠性、可維護性和可理解性方面都遇到很大的困難。

　　相比之下，UNIX作業系統卻是一個例外。這是一個通用的多使用者分時互動型的作業系統。它首先建立的是一個精幹的核心，而其功能卻足以與許多大型的作業系統相媲美，在核心層以外，可以支援龐大的軟體系統。它很快得到應用和推廣，並不斷完善，對現代作業系統有著重大的影響。

　　至此，作業系統的基本概念、功能、基本結構和組成都已形成並漸趨完善。

　　作業系統的進一步發展

　　進入20世紀80年代，大規模積體電路工藝技術的飛躍發展，微處理機的出現和發展，掀起了計算機大發展大普及的浪潮。一方面迎來了個人計算機的時代，同時又向計算機網路、分散式處理、巨型計算機和智慧化方向發展。於是，作業系統有了進一步的發展，如：個人計算機作業系統、網路作業系統、分散式作業系統等。

　　個人計算機作業系統

　　個人計算機上的作業系統是聯機互動的單使用者作業系統，它提供的聯機互動功能與通用分時系統提供的功能很相似。

　　由於是個人專用，因此一些功能會簡單得多。然而，由於個人計算機的應用普及，對於提供更方便友好的使用者介面和豐富功能的檔案系統的要求會愈來愈迫切。

　　網路作業系統

　　計算機網路：通過通訊設施，將地理上分散的、具有自治功能的多個計算機系統互連起來，實現資訊交換、資源共享、互操作和協作處理的系統。

　　網路作業系統：在原來各自計算機作業系統上，按照網路體系結構的各個協議標準增加網路管理模組，其中包括：通訊、資源共享、系統安全和各種網路應用服務。

　　分散式作業系統

　　表面上看，分散式系統與計算機網路系統沒有多大區別。分散式作業系統也是通過通訊網路，將地理上分散的具有自治功能的資料處理系統或計算機系統互連起來，實現資訊交換和資源共享，協作完成任務。——硬體連線相同。

　　但有如下一些明顯的區別：

　　***1***分散式系統要求一個統一的作業系統，實現系統操作的統一性。

　　***2***分散式作業系統管理分散式系統中的所有資源，它負責全系統的資源分配和排程、任務劃分、資訊傳輸和控制協調工作，併為使用者提供一個統一的介面。

　　***3***使用者通過這一介面，實現所需要的操作和使用系統資源，至於操作定在哪一臺計算機上執行，或使用哪臺計算機的資源，則是作業系統完成的，使用者不必知道，此謂：系統的透明性。

　　***4***分散式系統更強調分散式計算和處理，因此對於多機合作和系統重構、堅強性和容錯能力有更高的要求，希望系統有：更短的響應時間、高吞吐量和高可靠性。

　　具體作業系統的發展

　　隨著計算技術和大規模積體電路的發展，微型計算機迅速發展起來。從20世紀70年代中期開始出現了計算機作業系統。1976年，美國DIGITAL RESEARCH軟體公司研製出8位的CP/M作業系統。這個系統允許使用者通過控制檯的鍵盤對系統進行控制和管理，其主要功能是對檔案資訊進行管理，以實現硬碟檔案或其他裝置檔案的自動存取。此後出現的一些8位作業系統多采用CP/M結構。

　　DOS作業系統

　　計算機作業系統的發展經歷了兩個階段。第一個階段為單使用者、單任務的作業系統，繼CP/M作業系統之後，還出現了C-DOS、M-DOS、TRS-DOS、S-DOS和MS-DOS等磁碟作業系統。

　　其中值得一提的是MS-DOS，它是在IBM-PC及其相容機上執行的作業系統，它起源於SCP86-DOS，是1980年基於8086微處理器而設計的單使用者作業系統。後來，微軟公司獲得了該作業系統的專利權，配備在IBM-PC機上，並命名為PC-DOS。1981年，微軟的MS-DOS 1.0版與IBM的PC面世，這是第一個實際應用的16位作業系統。微型計算機進入一個新的紀元。1987年，微軟釋出MS-DOS 3.3版本，是非常成熟可靠的DOS版本，微軟取得個人作業系統的霸主地位。

　　從1981年問世至今，DOS經歷了7次大的版本升級，從1.0版到現在的7.0版，不斷地改進和完善。但是，DOS系統的單使用者、單任務、字元介面和16位的大格局沒有變化，因此它對於記憶體的管理也侷限在640KB的範圍內。

　　作業系統新時代

　　計算機作業系統發展的第二個階段是多使用者多道作業和分時系統。其典型代表有UNIX、XENIX、OS/2以及Windows作業系統。分時的多使用者、多工、樹形結構的檔案系統以及重定向和管道是UNIX的三大特點。

　　OS/2

　　OS/2採用圖形介面，它本身是一個32位系統，不僅可以處理32位OS/2系統的應用軟體，也可以執行16位DOS和Windows軟體。它將多工管理、圖形視窗管理、通訊管理和資料庫管理融為一體。

　　Windows

　　Windows是Microsoft公司在1985年11月釋出的第一代視窗式多工系統，它使PC機開始進入了所謂的圖形使用者介面時代。Windows 1.x版是一個具有多視窗及多工功能的版本，但由於當時的硬體平臺為PC/XT，速度很慢，所以Windows 1.x版本並未十分流行。1987年底，Microsoft公司又推出了MS-Windows 2.x版，它具有視窗重疊功能，視窗大小也可以調整，並可把擴充套件記憶體和擴充記憶體作為磁碟快取記憶體，從而提高了整臺計算機的效能，此外它還提供了眾多的應用程式。

　　1990年，Microsoft公司推出了Windows 3.0，它的功能進一步加強，具有強大的記憶體管理，且提供了數量相當多的Windows應用軟體，因此成為38***86微機新的作業系統標準。隨後，Windows發表3.1版，而且推出了相應的中文版。3.1版較之3.0版增加了一些新的功能，受到了使用者歡迎，是當時最流行的Windows版本。1995年，Microsoft公司推出了Windows 95。在此之前的Windows都是由DOS引導的，也就是說它們還不是一個完全獨立的系統，而Windows 95是一個完全獨立的系統，並在很多方面做了進一步的改進，還集成了網路功能和即插即用功能，是一個全新的32位作業系統。1998年，Microsoft公司推出了Windows 95的改進版Windows 98，Windows 98的一個最大特點就是把微軟的Internet瀏覽器技術整合到了Windows 95裡面，使得訪問Internet資源就像訪問本地硬碟一樣方便，從而更好地滿足了人們越來越多的訪問Internet資源的需要。Windows 98已經成為目前實際使用的主流作業系統。

　　從微軟1985年推出Windows 1.0以來，Windows系統從最初執行在DOS下的Windows 3.x，到現在風靡全球的Windows 9x/Me/2000/NT/XP，幾乎成為了作業系統的代名詞。

　　UNIX

　　UNIX作業系統，是美國AT&T公司於1971年在PDP-11上執行的作業系統。具有多使用者、多工的特點，支援多種處理器架構，最早由肯·湯普遜***Kenneth Lane Thompson***、丹尼斯·裡奇***Dennis MacAlistair Ritchie***和Douglas McIlroy於1969年在AT&T的貝爾實驗室開發。

　　目前它的商標權由國際開放標準組織***The Open Group***所擁有。

　　UNIX系統自1969年踏入計算機世界以來已30多年。雖然目前市場上面臨某種作業系統***如 Windows NT***強有力的競爭，但是它仍然是膝上型電腦、PC、PC伺服器、中小型機、工作站、大巨型機及群集、SMP、MPP上全系列通用的作業系統，至少到目前為止還沒有哪一種作業系統可以擔此重任。而且以其為基礎形成的開放系統標準***如 POSIX***也是迄今為止唯一的作業系統標準，即使是其競爭對手或者目前還尚存的專用硬體系統***某些公司的大中型機或專用硬體***上執行的作業系統，其介面也是遵循 POSIX或其它類 UNIX標準的。從此意義上講，UNIX就不只是一種作業系統的專用名稱，而成了當前開放系統的代名詞。

　　UNIX系統的轉折點是1972年到1974年，因UNIX用C語言寫成，把可移植性當成主要的設計目標。1988年開放軟體基金會成立後，UNIX經歷了一個輝煌的歷程。成千上萬的應用軟體在UNIX系統上開發並施用於幾乎每個應用領域。UNIX從此成為世界上用途最廣的通用作業系統。UNIX不僅大大推動了計算機系統及軟體技術的發展，從某種意義上說，UNIX的發展對推動整個社會的進步也起了重要的作用。

　　Linux

　　Linux是目前全球最大的一個自由軟體，它是一個可與UNIX和Windows相媲美的作業系統，具有完備的網路功能。Linux最初由芬蘭人Linus Torvalds開發，其源程式在Internet網上公佈以後，引起了全球電腦愛好者的開發熱情，許多人下載該源程式並按自己的意願完善某一方面的功能，再發回到網上，Linux也因此被雕琢成為一個全球最穩定的、最有發展前景的作業系統。

　　從發展前景上看，Linux取代UNIX和Windows還為時過早，但一個穩定性、靈活性和易用性都非常好的軟體，肯定會得到越來越廣泛的應用。

　　Mac OS

 

　　1984年，蘋果釋出了System 1，這是一個黑白介面的，也是世界上第一款成功的圖形化使用者介面作業系統。System 1含有桌面、視窗、圖示、游標、選單和捲動欄等專案。其中令如今的電腦使用者最覺稚嫩而有趣的是建立一個新的資料夾的方法——磁碟中有一個Empty Folder***空資料夾***，建立一個資料夾的方法就是把這個空資料夾改名;接著，系統就自動又出現了一個Empty Folder，這個空資料夾就可以用於再次建立新檔案夾了。當時的蘋果作業系統沒有今天的AppleTalk網路協議、桌面影象、顏色、QuickTime等豐富多彩的應用程式，同時，資料夾中也不能巢狀資料夾。實際上，System 1中的資料夾是假的，所有的檔案都直接放在根目錄下，檔案根據系統的一個表被對應在各自的資料夾中，資料夾的形式只是為了方便使用者在桌面上操作檔案罷了。

　　在隨後的十幾年風風雨雨中，蘋果作業系統歷經了System 1到6，到7.5.3的巨大變化，蘋果作業系統從單調的黑白介面變成8色、16色、真彩色，在穩定性、應用程式數量、介面效果等各方面，蘋果都在向人們展示著自己日益成熟和長大的笑臉。從7.6版開始，蘋果作業系統更名為Mac OS，此後的Mac OS 8和Mac OS 9，直至Mac OS 9.2.2以及今天的Mac OS 10.3，採用的都是這種命名方式。

　　2000年1月，Mac OS X正式釋出，之後則是10.1和10.2。蘋果為Mac OS X投入了大量的熱情和精力，而且也取得了初步的成功。2002年，蘋果電腦公司的建立者之一，蘋果公司現任執行總裁Steve Jobs親自主持了一個儀式：將一個Mac OS 9的產品包裝盒放到了一個棺材中，正式宣佈Mac OS X時代的全面來臨!

　　從蘋果的作業系統進化史上來看，Mac OS Panther***以下簡稱Panther***似乎只是蘋果作業系統一次常規性的升級，可是，事實果真如此嗎?在下結論以前，先讓我們一起來看一個事實：2003年的WWDC***蘋果全球開發商大會***，這一歷來在5月中下旬舉行的會議，因為要為開發商提供Panther Developer Preview***開發商預覽版***，而專門推遲到了6月!一個月的等待並沒有讓使用者失望，在每年都令無數蘋果迷期盼的Jobs主題演講中，我們聽到了比以往多得多的掌聲。

　　2003年10月24日，Mac OS X 10.3正式上市;11月11日，蘋果又迅速釋出了Mac OS X 10.3的升級版本Mac OS X 10.3.1。或許在本文發表之際，Panther就可以升級到10.3.2了。蘋果公司宣稱：“Mac OS Panther擁有超過150種創新功能，讓你感覺就像擁有一臺全新的蘋果電腦”。