计算机运行模式的发展及其原因

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　　摘　要:计算机出现的半个世纪的时间里,随着操作系统地不断发展,计算机运行模式经历了巨大的变化。由最初的计算和输入输出在同一台机器上完成到采用批处理技术分离打印和计算,进而采用Spooling技术使I/ O操作和计算完全并行。为了使多个作业同时运行,实现多用户共享,在分时系统的基础上实现了虚拟主机,达到了共享资源,降低费用的目的。随着计算机性能的提高,系统能够用一部分资源来处理人-计算机界面,用户界面设计开始引起人们的注意,嵌入式系统开始走入我们的生活。

　　关键词:运行模式;批处理; Spooling技术;分时;虚拟;多道程序设计;交互

　　任何数字电子计算机都必须在其硬件平台上加载程序相应的操作系统之后,才能构成一个可以协调程序运转的计算机系统。计算机的运行模式与其操作系统息息相关, 在计算机出现的半个世纪的时间里,随着操作系统的不断发展,计算机运行模式经历了巨大的变化。以下从几个不同的角度来观察和总结计算机运行模式发生的变化及发展原因: 第一台数字计算机是英国数学家Charles Babbage设计的。尽管Babbage投入了毕生精力,但却没能让它成功地运行起来,因为当时的技术不可能达到需要的精度。当然, 这台计算机没有操作系统。此时的计算机一次只能完成一个功能(计算, I/O,用户思考/反应),程序通过卡片装入,用户在控制台前调试程序,工作效率非常低。

　　每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码,工作量大,难度高,并且容易出错,需要大量的人力和物力。由于机器处理I/O的速度远远低于计算速度,因而大量时间被浪费在输入输出的处理上,计算机的优势得不到发挥。 在一段时间的批量作业收集之后,磁带倒转后送到机房里并装到磁带机上。随后操作员装入一个特殊的程序———批处理系统。它从磁带上读入第一个作业并运行, 其输出写到第二盘磁带上而不打印。每个作业结束后,操作系统自动地从磁带上读入下一个作业并运行。当一批作业完全结束后,操作员取下输入和输出磁带,将输入磁带换成下一批作业,并把输出磁带拿到一台1401机器上进行脱机打印。整个工作过程中所使用的批处理系统就是现代操作系统的前身。

　　作业的打印和处理在不同的机器上运行, 大大提高了系统效率。批处理分为单道批处理和多道批处理。单道批处理, 即作业串行处理,促进了软件的发展。多道指某个作业占用CPU,若由于某种原因暂时不用CPU则系统让第二个作业占用CPU。多道批处理系统中允许多道程序并发执行, 与单道批处理系统相比有质的飞跃。它具备操作系统的基本功能,大大提高了资源利用率,增大了系统吞吐量。批处理操作系统使作业流程自动化,提高了系统效率和吞吐量。但同时输入与计算在同一台机器上进行,因而存在等待时间长,无交互手段,调试程序困难等缺点。用户自己不能干预自己作业的运行,一旦发现作业错误不能及时改正,并延长了开发软件时间,所以适用于成熟的程序。 卡片被拿到机房后能够很快地将一个作业从卡片读入磁盘。于是任何时刻当一个作业运行结束后,操作系统就能将一个新作业从磁盘读出,装入空出来的内存区域运行, 这种技术叫做Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line),即同时的外围设备联机操作———假脱机技术,它术,该技术同时也用于输出。