计算机基础-day2

为何要有操作系统？

首先要说明一下操作系统是什么？

操作系统是协调、管理、控制计算机硬件和为应用程序提供接口的控制软件，操作系统向下连接硬件，向上承载应用程序。

由于硬件不论种类还是工作流程都是繁杂的，程序员无法对所有的硬件极其工作流程都详细掌握，所以需要一种系统软件来对硬件进行统筹管理，操作系统可以完成程序员无法搞定的驱使硬件工作的操作、能够统筹管理硬件资源进行共享，使人们方便的使用硬件资源。

操作系统的位置

操作系统在本质上也是软件（系统软件），但是区别于普通应用软件，操作系统能够直接管理计算机硬件资源，操作系统由系统调用和内核两部分构成。

操作系统整体位于计算机硬件和应用程序之间，内核部分向下连接、管理、控制计算机硬件，系统调用向上为应用程序提供相应的系统调用接口。

操作系统的功能

操作系统实现的功能主要可以理解为两类

隐藏底层硬件繁杂的调用接口，提供良好的系统级调用接口：

　　通过操作系统提供的调用接口，应用开发人员无需再考虑如何调用硬件服务的细节，通过操作系统之上的应用，如UI、Shell等，平常的用户也无需考虑底层硬件是如何工作的，方便使用。

应用程序对硬件资源的调用变无序为有序：

　　一般来讲，一套计算机硬件之上会运行多个应用程序，多个应用程序并没有对硬件资源使用的优先级，很容易产生资源请求冲突，而操作系统可以有效的解决这个问题，能够将不同的应用程序的资源请求序列化，防止冲突产生。

操作系统的发展

第一代计算机（1940-1955）：真空管和穿孔卡片

　　第一代计算机以“埃尼亚克（ENIAC）”为代表，采用真空管作为基础原件制作，当时的计算机还没有操作系统的概念，输入和输出设备主要使用穿孔卡片，系统软件非常原始，所有的程序设计都是由纯粹的机器语言编写，同一时刻只能有一个程序运行在内存中被cpu调用，当有多个程序时候，采用串行的方式，即执行完一个程序后才能执行下一个程序。

第二代计算机（1955-1965）：晶体管和批处理系统

　　采用半导体晶体管作为基础原件制作，这个时代被称为“大型机时代”，大型机时代有了操作系统的概念和低级的汇编编程语言，但是当时需要人力和计算机相结合。第一代计算机的人机交互是1对1的方式，即同一时刻一个人独占计算机资源，编程时候能够及时的进行程序bug的排除，而大型机时代把一堆人的程序攒到一块顺序计算，将所有输出一块输出，依旧是串行的方式，由于按批次执行，无法及时调试程序，极大影响软件开发效率。

第三代计算机（1965-1980）：集成电路芯片和多道程序设计

　　集成电路计算机，以IBM-360为代表，采用中小规模集成电路来构成计算机的主要功能部件，操作系统日渐完善，无需人力干涉，编程语言进入了高级语言的时代。为了解决第二代计算机串行处理的问题，第三代计算机广泛的应用了多道技术，以及后来的分时操作系统。

　　多道技术：是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行，主要实现方式为时间上的复用和空间上的复用。

　　　　时间上的复用：当一个程序等待I/O时，其他程序可以使用CPU资源

　　　　空间上的复用：将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，同一时间就有了多道程序

　　分时操作系统：把计算机与许多终端用户连接起来，分时操作系统将系统处理时间与内存空间按一定的时间间隔，轮流地切换给各终端用户的程序使用。由于时间间隔很短，每个用户的感觉就像他独占计算机一样，有效的增加资源的使用率。

第四代计算机（1980-至今）：微型机

　　采用大规模和超大规模集成电路作为基本电子元件，从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段，到1993年，Intel公司推出了64位Pentium或称P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，以及后来的酷睿等。