作業系統的演進

一、早期系統：人工操作，安排工作順序與除錯
缺點：Set-up time 和CPU idle 太長。


二、簡單的監督程式(Simple Monitor)
(1) 解決Set-up time 和CPU idle 太長
a. 將操作員與使用者分開
b. 同類型的工作一起處理(Batch processing)：電腦等待時間縮短，有空閒即可執行批次檔

(2) 考量CPU在工作轉移的閒置
Automatic Job Sequence 可讓一個工作自動轉移至另一個工作(控制權轉讓)

(3) Resident Monitor 包含4大部分：
a. Automatic Job Sequence：有一系列的指令(Common)，逐步完成工作(Job Sequence)
b. Control Card/ Common Instruction：可解譯控制與指令
c. Device drive：協調與執行 I/O 運作
d. Interrupt and Trap Vectors：當發生中斷與設陷阱偵測到錯誤時，尋找對應的例行維修程序 (Service Routine)

缺點：CPU還是經常處於閒置狀態，常等待I/O運作。

buffering and spooling

I/O-bound Job:
此類工作需要大量 I/O operation，但僅須少量 CPU computation，其工作效能取決於 I/O device 速度。若在 buffering 中 CPU 被迫等待，因為 input buffer 是空的，或是 output buffer 是滿的。
CPU-bound Job:
此類工作需要大量 CPU computation ，但僅須少量 I/O operation，其工作效能取決於 CPU 速度。若在 buffering 中 I/O device 被迫等待，因為 input buffer 是滿的，或是 output buffer 是空的。

buffering 與 spooling 存在的目的，皆為解決 CPU 與 I/O 需互相等待而導致執行效率變慢的問題。

buffering
是記憶體中的一個空間，將 I/O 的資料先收集至 buffer 中，待達至 CPU 可運算的資料量時，CPU 再將資料由 buffer 中一次取出計算，在 CPU 開始計算的同時， I/O則可繼續收集資料，達到 CPU 與 I/O可同時運行的目的。

spooling (simultaneous peripheral operations on-line)
是將磁碟機視為一個大 buffer，資料讀取與寫入時，不直接讀取，而由磁碟機中讀取。 例如有很多筆資料要交給印表機輸出時，可將待印資料的清單放在一個表格中，印表機印完依筆資料後，可直接至表格讀取下一比待印資料，而 CPU 把待印資料的清單放在表格中後，可以去做別的計算，I/O也可繼續執行。

buffering 與 spooling 的不同，在於spooling 可允許某個工作的 CPU 計算 (computation) 與另一個工作的 I/O 操作 (operation) 同步執行 (overlay execution)，而 buffering 只允許許某個工作的 CPU 計算與 I/O操作 同步執行。

Bare Machine & Extenden Machine

Bare Machine: 完全由硬體 (HW) component 所組成的，其上無任何輔助的 system SW 存在。

Extenden Machine: 在 Bare Machine 上加入輔助 user 使用及 user program 執行系統 SW (如: OS compiler, linked loader, etc.)。

什麼是作業系統?

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作業系統(Operation Sysrtem)扮演電腦硬體與使用者之溝通介面。
其存在目的:
1. 協助使用者(user)易於使用電腦。
2. 提供一個讓 user program 易於執行的環境。
3. OS 作為資源(包括軟體與硬體)的協調分配者，使資源能公平且有效的被運用。
4. 監督 program 的執行，防止出錯和對電腦的不正確使用造成系統的損壞。