想象一下，如果你的电脑只有一个单核CPU，那么他在一个时间内只能执行一个任务。

那你一定会感到疑惑：“不对呀，我用电脑都是很多东西一起运行，听着歌、玩着游戏、同时还在和队友语音沟通……要是只能执行一个任务，那我是怎么做到那么多事情一起运行？”

或者你有没有想过，为什么什么电子产品，都一定要一个操作系统？电脑有Windows，Linux；手机有iOS，Android……

操作系统是硬件之上的第一层架构。如果没有操作系统，无论你是想要编程，还是想让计算机做任何你想做的事情，你都要直接面对计算机硬件。想象一下上古的电脑，想要完成输入输出，你就需要去拨动一个个真实地机械开关，完成你0101的二进制输入。

可以理解为，操作系统把用户最常用的操作都打包好了，你只需要调用就行。比如你想复制一段文字，你选中了文字，右键单击“复制”，计算机的用户界面捕获到了你使用了“复制”操作，就会发送指令给操作系统，让操作系统对你选中的文字做“复制”操作。这时候的操作系统就已经将你的“复制”操作打包在自己身体里，只要发现你有这个需求，就直接调用这个操作。

同样的，所有的软件都是在操作系统上执行的。这有点像是一辆汽车，设计师已经把油门系统，刹车系统，空调系统等等整合好了。作为驾驶员，你只要操纵油门刹车等等这一类已经设计好的部分，就可以开发出漂移，倒车等等驾驶技术。

好了，对操作系统已经有一定了解了，那操作系统是怎么样让你感觉到，CPU是在同时做很多事情呢？这就不妨从操作系统的演进来说。

操作系统经历了【联机】-【脱机】-【单通道】-【多通道】-【分时】-【实时】的演进历程，我们的电子产品操作系统就是【分时】阶段的产物。

在【联机】阶段，我们要用计算机，就要通过纸带，在计算机旁输入信息，等它运算完了，输出完了信息后，才轮到下一个人。换句话说，人对计算机是“独占”的——输入和输出信息的编辑，都是要占着计算机，所以计算机的CPU利用率很低，在输入输出阶段都是闲着的。

那“输入输出”那么耗时，能不能把“编辑”的操作分开来，让输入输出时不独占计算机？

于是出现了【脱机】。人在输入输出时，是各自使用“外围机”；当输入完后，外围机再将数据传至主机。这样在输入输出阶段，人对主机不再是独占的了，可以通过外围机实现多人同时输入。

现在的任务执行方式，依旧是一个任务一个任务来完成的，一个纸袋（或者磁带、磁盘）只完成一个任务。就是说，每完成一个任务，我都需要人工退磁带，再重新塞入新的磁带。如果能够把任务都集合成一个磁带，那不就省去了中间人工操作的耗时？

于是出现了【单通道】。将多个任务集成在一个承载物上，由操作系统来监督，每完成一个任务，就开始完成下一个任务，效率再一次提升。

单通道也有缺陷：输入设备、处理器、输出设备，三个设备只有一个在运行，另外两个都是空闲状态。就是说，

输入设备完成了任务A的输入，将任务A传给处理器，输入设备需要等到处理器和输出设备都完成了A后，才开始处理任务B。如果将A传递给处理器后，输入设备可以立刻处理任务B，那效率又能再提升好几倍。

于是出现了【多通道】。流水线式的处理方式，让每个环节都保持运转状态，减少闲置时间，效率再次提升。

效率是起来了，但你应该总感觉哪里不对——这个过程完全没有交互性，机器没有给你交互的机会！如果你想临时加入一个紧急的任务，对不起，后头排队去吧您。它本质上还是一件一件事情在完成，依旧不会给你“这个机器在同时做好多事情”的感觉。

于是【分时系统】诞生了。想象一下，你的CPU每秒会停1000次，就是说每执行0.001秒，就会停下手头的任务，看看有没有啥新的事情发生。如果你电脑只是在放歌，没其他操作，那你的CPU每次停下来都会发现“咦没啥别的事”，那么在这下一个“时间片”里就继续放歌了；如果在这个瞬间，你在键盘上敲了一个键，CPU就会在下一个“时间片”来解决你的输入请求，直至下次暂停。

是不是很震惊！“我的妈，我的CPU原来是一下做这件事，一下做那件事，而且我还完全没感觉卡顿？”

因为时间片可以分得很细，所以你的交互请求都能被很快相应；同时因为CPU的主频很高，所以每个时间片内的算力都很足，意味着你感受不到多任务切换运行的卡顿。基本我们接触到的民用操作系统，都是【分时】系统，Windows，Linux，iOS，Android……you name it.

又因为分时系统频繁地切换任务，切换本身存在性能损耗，所以理论上来说，执行效率是不比【多通道】系统高的。

（所以为什么有时多核CPU听起来好叼，用起来还不如主频高的单核CPU？一是因为分时系统的特性，而是多核还会存在“任务分配至多核同时运行”的调度消耗）

【分时】明白了，那【实时】又是什么？

举个例子，每辆车都有行车电脑，负责车辆各个系统的运行调度；而车的ABS系统，能够在检测到车轮抱死时，发送信号给行车电脑，行车电脑则会发送指令，让刹车松开。

如果你是汽车工程师，你会用Windows作为行车电脑的操作系统吗……

不说Windows本身可能会蓝屏，会时不时自动升级的毛病，分时系统的特点，决定了资源调度是有延迟的。如果用的Windows系统，ABS在发送抱死信息后，行车电脑需要在存储系统中找到“松开刹车”的指令传给刹车系统；可能在CPUcache里没找到，要去内存找；内存也没有，要去硬盘找……那就完了，硬盘的寻址时间是毫秒级别的，等数据找到了，传到了刹车系统上，可能已经过了几十上百毫秒了，这对行车安全是致命的。

或者说，对所有工业控制来说，都是无法接受的。飞机的液压控制、可乐的灌装控制……you name it.

所以【实时】系统，就是确保请求能快速响应，资源能快速调度的系统。

以上，就是操作系统的简述和演变过程。