操作系统是计算机系统的核心组成部分，它的形成和发展历经了多个阶段，以满足不断增长的计算需求和资源管理效率。本文将详细探讨这些发展历程。
我们来到操作系统发展的早期阶段——人工操作阶段。在这个时期，用户需要手动完成一系列繁琐的操作，如用穿孔机在卡片或纸带上穿孔来编写源程序，然后将汇编程序或编译系统加载到计算机中。程序的执行、数据的输入和结果的输出都是在线进行的，导致资源利用率低，系统效率不高，且容易出错。此外，由于用户必须全程参与，从上机到下机的时间跨度较长。
随后，进入了管理程序阶段，这个阶段的显著特点是引入了批处理概念。操作员可以收集多用户提交的作业，统一进行处理。管理程序负责将作业从输入设备加载到磁带，然后逐个调入内存执行。管理程序还具备一些基本功能，如作业流控制、设备驱动、I/O控制、库程序和程序装配以及简单的文件管理。尽管如此，作业的执行仍然是顺序的，无法实现真正的并行性。
多道程序设计阶段标志着操作系统的一个重大进步。通过中断和通道技术，多个程序可以在主存中同时存在并交替执行，宏观上看似并行运行。这种技术提高了CPU和I/O设备的利用率，提升了系统的整体吞吐量。然而，多道程序设计也带来了问题，例如作业周转时间延长，因为每个程序需要等待其他程序执行和资源分配。为了优化多道程序设计，需要考虑程序的数量（道数），以平衡CPU利用率和I/O等待时间。
多道程序设计的实施不仅涉及CPU的管理和调度，还包括存储保护、程序浮动以及系统资源的管理，以防止程序之间的干扰和确保系统稳定运行。随着技术的进步，多重处理系统应运而生，它们配备了多个物理CPU，能够真正实现多道程序的同时执行。多道程序设计在此类系统中至关重要，但并非必须依赖它。
操作系统从早期的人工操作逐步发展到多道程序设计和多重处理系统，实现了资源管理的自动化和效率提升。这一过程不仅反映了计算机技术的进步，也体现了对用户需求和系统性能的持续优化。随着技术的进一步发展，操作系统将继续进化，以应对更复杂的计算环境和更高的服务需求。
