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计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，可以扩充硬件功能，提供软件运行环境，实现了应用软件和硬件设备的连接。
硬件系统是指计算机的物理设备本身，如处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备等。
- CPU由控制器和运算器两部分组成：控制器是计算机的控制中心，负责指令的执行；而运算器是计算机的数据加工和处理场所，用来完成算术和逻辑运算。
- 存储器分为内部存储器和外部存储器两种，内部存储器也称内存或主存；外部存储器包括磁盘，光盘和U盘等，需要经过l/O设备控制器才可被CPU访问。
- 输入输出设备也叫外围设备或IO设备，一般由机械部分和控制电路部分组成。
软件通常分为两大类，系统软件和应用软件。
从不同的角度观察操作系统，其作用是不同的。从系统的角度观察，操作系统是资源管理者；而从用户的角度观察，操作系统则是用户与计算机硬件系统之间的接口。
作为资源管理者，操作系统在资源管理过程中要完成如下工作：①监控资源状态②分配资源③回收资源④保护资源。
操作系统提供的用户接口有两类，作业级接口和程序级接口。
操作系统是直接控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程，便于用户使用的程序的集合。可以看出，操作系统的主要目标有两点：①方便用户使用②尽可能使系统中的各种资源得到充分的利用。
一、人工操作方式
二、单道批处理系统
三、多道程序系统
多道程序设计的主要思想：在内存中同时存放若干道用户作业，这些作业交替的运行，当一个作业由于I/O操作未完成而暂时无法继续运行时，系统就把CPU切换到另一个作业，从而使另一个作业在系统中运行。
四、现代操作系统
按同时使用操作系统的用户数目，可把操作系统分为单用户操作系统和多用户操作系统。根据操作系统所依赖硬件的规模，可分为大型机、中型机、小型机和微型机操作系统。还有适应于不同的环境的批处理系统、分时系统和实时系统。随着技术的发展，又出现了网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统和智能卡操作系统等。
批处理系统的基本特征是具有成批处理作业的能力，批处理系统的主要目标是提高系统的处理能力即作业的吞吐量，同时也兼顾作业的周转时间，根据处理方式不同，可分为单道批处理系统和多道批处理系统。
在批处理系统中采用多道程序设计技术，大大提高了CPU和I/O设备的利用率。特征：多个程序交替占用CPU；执行完成的先后顺序与调入的先后顺序没有对应关系；要经过作业调度和进程调度。
批处理系统的出现，虽然大大提高了计算机系统的资源利用率和吞吐量，但却是以脱机方式运行的，用户与程序之间不能交互运行，因此分时系统应运而生。
分时系统允许多个用户通过终端以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。在分时系统中实现分时的基本方法是设立一个时间分享单位 —— 时间片，CPU每运行一个时间片就产生一个时钟中断，中断后控制转向操作系统，由系统把被中断的用户程序的现场保护后，转向另一个用户程序执行。根据实现方法的不同，分时系统分为单道分时系统和多道分时系统。
分时系统的特点：
- 交互性：用户通过终端与系统进行人机对话，这是分时系统的主要属性。
- 同时性：多个用户同时在各自的终端上上机，共享CPU和其他资源，充分发挥系统的效率。
- 独立性：由于采用时间片轮转方式使一台计算机同时为多个终端服务，使用户感觉是在独自使用一台计算机。
- 及时性：用户请求能够在要求时间内得到响应。
响应时间是分时系统的重要指标，是从用户发出终端命令到系统做出响应之间的时间间隔。分时系统中时间片的选择是一个复杂而关键的任务，时间片不宜选的过大，否则会造成响应时间过长；时间片也不宜选的过小，否则会造成频繁的调入调出，从而影响系统的效率。
根据实时系统使用任务的不同，分为实时控制系统和实时信息处理系统。设计时首先考虑实时性和可靠性。
同时具有批处理、分时和实时处理能力的操作系统，称为多模式操作系统。在多模式操作系统中，不同任务之间采用优先级调度算法，实时任务具有最高优先级，分时任务次之，批处理任务的优先级最低。在这种系统中，作业分为前台作业与后台作业，实时作业、分时作业为前台作业，批处理作业为后台作业，前台作业优先于后台作业执行。
微机操作系统是配置在微机上的操作系统。按照微机的字长来划分，可将其分为8位，16位，32位和64位微机操作系统，但更常见的是按用户数和任务数进行划分，可分为单用户单任务操作系统和单用户多任务操作系统（典型代表Windows）。
网络操作系统除具有通常操作系统所具备的处理器管理、存储管理、设备管理和信息管理的功能外，还应提供以下功能：①网络通信②资源共享③网络服务。
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功能：
- 处理器管理。主要功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度；
- 存储器管理。主要功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充；
- I/O设备管理。主要功能：缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备；
- 信息管理（文件管理）。主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件共享、文件保护；
- 用户接口。操作系统的用户接口分作业控制级接口和程序级接口两类。
特性：
1.并发性 2.共享性 3.虚拟性 4.异步性。
操作系统是一个复杂的系统软件，在开发操作系统过程中，必须采用正确的结构模型和设计方法，才能减少错误的发生，方便调试，缩短研制周期，而且便于维护。
一、整体式模型
整体式模型是操作系统最早采用的一种结构设计方法，它采用模块化程序设计技术，每个模块间可以互相调用。
缺点：扩充困难，系统的可靠性降低。
二、层次式模型
这一模型首先把一个要实现的大型软件划分为从低到高的若干个层次，并且规定高一层的软件只能调用低层软件。
主要优点：保证系统的正确性，易扩充和易维护性；主要缺点：由于分层是单向依赖的，这就必须在相邻层之间建立层次间的通信机制，操作系统每执行一个功能，通常要穿越多个层次，这无疑会增加系统的通信开销，从而造成系统效率的下降。
三、客户/服务器系统模型
客户服务器（C/S）模式在20世纪90年代已风靡全球，不论是局域网、企业网还是因特网都广泛采用了客户/服务器模式。其基本思想是把操作系统划分为若干进程，每个进程实现单独的一种服务。它实际上是一种网络工作模式，网络中的各个站点可分为以下两大类，服务器和客户。主要优点：简化了基本操作系统，提高了可靠性，适合分布式系统环境。
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