发展阶段
无操作系统时代（40 年代 — 50 年代中期）
- 人工操作，无 OS，用户独占全机
- 程序通过打卡（纸带/卡片）输入
- 问题：CPU 高速计算 vs 人工低速 I/O，CPU 大部分时间在等待，资源利用率极低
- 关键驱动：ENIAC（1946 年）弹道科学计算需求
单道批处理时代（50 年代）
- 监督程序 Monitor 出现：OS 雏形，常驻内存，代替人工 I/O
- 自动性：一批任务预先装好，Monitor 依次自动启动
- 单道：每次仍只执行一个任务，无并发性
- 核心概念：作业（Job）、作业步（Job Step）、作业控制语言（JCL）
- 特征：自动性、顺序性、单道
- 缺点：无共享能力，不是真正意义上的 OS（本质区别：无并发性）
- 关键驱动：减少人工干预，提高自动化程度
多道批处理时代（60 年代初）
- 硬件基础：通道技术、磁盘技术、中断技术
- 核心思想：内存中同时加载多个作业，CPU 交替执行
- 关键技术：
- Buffer（缓冲）：CPU 直接从 buffer 取数据，无需等待慢速 I/O
- 通道（Channel）：专用 I/O 处理机，负责内存和外存间的数据交换
- 中断（Interrupt）：I/O 完成后主动通知 CPU，CPU 可干别的事
- SPOOLing：把磁盘作为大缓冲区，慢速设备→磁盘→内存→CPU
- 宏观并行（多任务同时推进），微观串行（单 CPU 交替执行）
- OS 两大基本特征在此产生：并发（Concurrency）和共享（Sharing）
- 优点：资源利用率更高、吞吐量更大
- 缺点：平均周转时间变长、无交互能力
- 多道程序设计引入进程概念：为描述程序并发执行的动态过程，引入进程（Process）作为资源分配和独立运行的基本单位
分时系统时代（60 年代）
- 推动力：键盘、鼠标、显示器等交互终端出现
- 定义：交互式系统 + 多道程序设计思想的结合
- 原理：CPU 按时间片轮流服务于多个用户终端（时间片轮转）
- 特征：
- 并发：多用户同时使用计算机
- 共享：多任务共享主机资源
- 交互性：用户通过终端与系统实时交互
- 独立性：各终端互不干扰
- 及时性：可接受响应时间内反馈
- 关键驱动：人机交互需求增长
实时系统时代（60 年代）
- 定义：强调反馈实时性，用于时间要求严格的场景
- 典型场景：高铁控制、飞行控制、武器系统、医疗设备、银行系统
- 特征：
- 实时性：时间分辨度高，能及时响应中断
- 高可靠性：系统稳定性要求极高
- 专用性：定制化系统
- 多级中断机制：保障快速响应
- 剥夺式调度：实时任务可无条件剥夺非实时任务的 CPU
- 关键驱动：工业控制、航空航天等对时间约束的硬性要求
多方式（通用）操作系统时代（60-70 年代）
- 兼具批处理、分时、实时功能的通用操作系统
- 代表：Windows、Linux、UNIX
- 多种操作系统模式并存发展
分布式/网络/多机系统时代（70 年代后）
- 分布式系统：多机协同，资源共享，支撑云平台、大模型运算
- 网络系统：远程通信与资源共享
- 多机系统：多处理器架构，并行调度
- 关键驱动：网络技术发展、算力需求增长
发展趋势
- 虚拟化、云计算、嵌入式（鸿蒙/iOS）、物联网、AI 异构算力协同
- AI 时代 OS：交互方式向意图理解发展，核心角色从资源管理向任务规划演进