操作系统是计算机科学的基础组成部分，它管理和协调计算机硬件与软件资源，提供用户与计算机硬件之间的接口。在本章中，我们将深入探讨操作系统的核心概念，包括其目标、作用，以及批处理系统和分时系统的区别。操作系统的四大目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性。方便性体现在操作系统通过提供用户友好的界面使得用户可以方便地操作计算机。有效性则关注提高系统资源的利用率，例如通过优化处理机、存储器、I/O设备和文件管理来提升系统性能。可扩充性意味着操作系统应易于添加新功能和模块。开放性则强调遵循标准，增强软硬件兼容性。操作系统的主要作用之一是作为用户与计算机硬件之间的接口。用户可以通过命令行、系统调用或图形用户界面与操作系统交互，获取其服务。此外，操作系统还扮演着计算机系统资源管理者的角色，负责处理机的分配和控制、存储器的管理、I/O设备的分配和操作以及文件的管理。接下来，我们讨论批处理系统。单道批处理系统在内存中只有一道程序，导致资源利用率低且不能充分利用并发处理能力。计算CPU利用率的公式是CPU利用率等于有效工作时间除以总时间。相比之下，多道批处理系统允许多个程序同时在内存中运行，显著提高了资源利用率和系统吞吐量，但延长了平均周转时间，并缺乏交互性。分时系统与批处理系统不同，它具有多路性、独立性、及时性和交互性。多路性允许多个用户通过终端同时使用系统。独立性确保每个用户的操作互不影响。及时性确保用户请求能快速响应，而交互性则让用户能够与系统进行实时交互。实时系统又分为周期性和非周期性任务，以及硬实时和软实时任务，前者对截止时间的要求更为严格。分时系统和实时系统的比较主要在于多路性、独立性、及时性和交互性的具体应用和要求。分时系统更注重用户体验，实时系统则强调满足严格的控制截止时间，可靠性要求更高。操作系统是计算机系统的心脏，它通过优化资源管理和提供用户接口来提升系统的整体性能和可用性。理解这些基本概念对于理解和设计操作系统至关重要，也是软件工程和计算机科学教育中的基础内容。