计算机基础及发展 part2

一.为什么有操作系统？

一台电脑的基本设备是硬件，诸如：CPU、I/O设备、主存、显示器、打印机等等。

如果软件编程者需要参考如此多的硬件参数来进行编程的话，基本上就不可能再书写代码了。

那么为了有效的解决这个问题，则出现了“操作系统”。操作系统能有效的处理管理硬件以及加以优化的繁琐工作，并且提供一个发展软件的参考接口来给工程师开发软件。

二.操作系统的位置

操作系统本身也是一个程序软件，就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。

操作系统是由操作系统的内核（运行内核态，管理操作系统的整个硬件资源）以及系统调用(运行用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口)来组成的。

三.操作系统的功能

1.为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象

例如:操作系统提供了文件的这个抽象概念，对文件的操作其实就是对磁盘的操作，有了文件我们无需再考虑关于磁盘的读写控制

注意：操作系统提供给应用程序的该抽象是简单，清晰，优雅的。为何要提供该抽象呢？

硬件厂商需要为操作系统提供自己的硬件驱动程序（设备驱动，这也就是为何我们使用声卡，就必须安装声卡驱动），厂商为了节略成本或者兼容旧的硬件，它们的驱动程序是复杂的丑陋的。

操作系统就是为了隐藏这些丑陋的信息，从而为用户提供更好的接口.

2.管理硬件资源（无序变有序）

现代的操作系统运行同时运行多道程序，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。

例如：

同一台计算机上同时运行三个程序，它们三个想在同一时刻在同一台计算机上输出结果，那么开始的几行可能是程序1的输出，接着几行是程序2的输出，然后又是程序3的输出，最终将是一团糟（程序之间是一种互相竞争资源的过程）

操作系统将打印机的结果送到磁盘的缓冲区，在一个程序完全结束后，才将暂存在磁盘上的文件送到打印机输出，同时其他的程序可以继续产生更多的输出结果（这些程序的输出没有真正的送到打印机），这样，操作系统就将由竞争产生的无序变得有序化。

四：操作系统的发展

第一代计算机：真空管与穿孔卡片

特点：
    没有操作系统的概念
    所有的程序设计都是由纯粹的机器语言编写的

第二代计算机：晶体管与批处理系统

特点：

设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工，计算机被锁在专用空调房间中，由专业操作人员运行，这便是‘大型机’。

有了操作系统的概念，下图就是最早期的操作系统：是人力与计算机结合的系统，需要人参与。

有了程序设计语言：FORTRAN语言或汇编语言，写到纸上，然后穿孔打成卡片，再讲卡片盒带到输入室，交给操作员，然后喝着咖啡等待输出接口

第三代计算机：集成电路芯片与多道程序设计

第三代计算机广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术：多道技术。

第四代计算机：个人计算机

略

五：多道技术

多道技术中的多道是指多个程序，多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如CPU）的有序调度问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间的复用和空间上的复用。

时间上的复用：当一个程序在等待I/O时，另一个程序可以使用CPU.如果内存中可以同时存放足够多的作业，则cpu的利用率可以接近100%，类似于我们小学数学所学的统筹方法。

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