为什么要有操作系统
现代计算机系统是由一个或者多个处理器，主存，磁盘，打印机，键盘，鼠标显示器，网络接口以及各种其他输入输出设备组成的复杂系统，每位程序员不可能掌握所有系统实现的细节，并且管理优化这些部件是一件挑战性极强的工作。所以，我们需要为计算机安装一层软件，成为操作系统，任务就是用户程序提供一个简单清晰的计算机模型，并管理以上所有设备。所以，操作系统是一个用来协调、管理和控制计算机硬件和软件资源的系统程序，它位于硬件和应用程序之间。
操作系统的历史
2.1 真空管与穿孔卡片（无操作系统）
万能程序员们将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。
注意点：
1 程序员需要在墙上的计时表上预约时间
2 同一时刻只有一个程序在内存中被CPU调用运行（串行的）
优点：程序员在申请的时间段内独享整个资源，即时的调试自己的程序，如果有bug可以当场处理，
缺点：这对于计算机提供商来说是一种浪费（你买一台电脑4000块，那 一年中你用365比只用1天，肯定是省成本的，物尽其用）
2.2 晶体管和批处理系统
一代计算机的问题：
人机交互太多了（输入—>计算—>输出 输入—>计算—>输出 输入—>计算—>输出 ）
解决办法：
把一堆人的输入攒成一大波输入，然后顺序计算（这是有问题的，但是第二代计算没有解决）再把计算结果攒成一大波输出，这就是批处理系统
操作系统前身：
在收集了大约一个小时的批量作业之后，这些卡片被读入磁带，然后磁带被送到机房里并装到磁带上。然后磁带被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（此乃现代操作系统的前身），它负责从磁带上读入第一个作业（job，一个或一组程序）并运行，其输出写到第二个磁带上，而且不打印。每个作业结束后，操作系统自动的从磁带上读入下一个作业并且运行。当一整批的作业全部结束后，操作员去下输入和输出磁带，讲输入磁带换成下一批作业，并且把输出磁带拿到一台1041机器上进行脱机（不与主计算机联机）打印
优点：批处理
缺点： 1 图的中间还有俩小人 2 仍然是顺序计算
2.3 集成电路芯片和多道程序设计
针对二代计算机的两个主要问题
开发出SPOOLING技术：
卡片被拿到机房后能够很快的将作业从卡片读入磁盘，于是任何时刻当一个作业结束时，操作系统就能将一个作业从磁带读出，装进空出的内存区域运行，当采用了这种技术后，就不在需要IBM1401机了，也不必将磁带搬来搬去了（中间俩小人失业了），强化了操作系统的功能
开发多道程序设计，用于解决顺序执行的问题：
在7094机上（程序运行的机器），若当前作业因等待磁带或等待其他IO操作而暂停，CPU就处于休闲状态直至IO操作完成，对于CPU密集的科学计算，IO操作少，浪费时间不明显，对于商业数据处理，IO等待能到达80%～90%，所以必须解决CPU浪费的现象。
解决方案：将内存分为几个部分，每一部分存放不同的作业，如图1-5所示。当一个作业等待IO完成时，另一个作业可以使用CPU，内存中放足够的作业，则CPU的利用率能接近100%
此时的第三代计算机适合大型科学计算和繁忙的商务数据处理，但，本质上其仍是一个批处理系统。虽然解决了诸如以上问题，但多个作业必须在全部运行结束后，才能得到结果，从一个作业的提交到运算结果取回往往长达数小时。想象一个场景：A君
B君 C君
三个程序员同时在调试程序，一旦A君写错一个逗号，那么可能需要半天的时间才能看到结果，因为B君C君的结果也同时运算出来了。时间必然要长。一言以蔽之：大家一起存作业，大家一起去数据（磁带）。许多程序员怀念第一代独享的计算机，可以即时调试自己的程序。为了满足程序员们很快可以得到响应，出现了分时操作系统
分时操作系统：多个联机终端+多道技术
20个客户端同时加载到内存，有17在思考，3个在运行，cpu就采用多道的方式处理内存中的这3个程序，由于客户提交的一般都是简短的指令而且很少有耗时长的，所以计算机能够为许多用户提供快速的交互式服务，所有的用户都以为自己独享了计算机资源
2.4 个人计算机
随着大规模集成电路的发展，每平方厘米的硅片芯片上可以集成数千个晶体管，个人计算机的时代就此到来。
内核态与用户台
在程序状态字（Program Status Word, PSW）寄存器中有一个二进制位控制CPU的两种工作模式（内核态和用户态）。在内核态运行时，CPU可以执行指令集中的每一条指令，操作系统在内核态下运行，从而可以访问整个硬件。用户程序在用户态下运行，仅允许执行整个指令集中的一个子集。一般而言，在用户态中有关I/O和内存保护的所有指令都是禁止的。为了从操作系统中获得服务，用户程序使用系统调用（system call）陷入内核，TRAP（陷阱）指令把用户态切换成内核态，并启用OS，当有关工作完成之后，在系统调用后面的指令把控制权返回给用户程序。
参考：http://blog.csdn.net/debugingstudy/article/details/12668389
