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操作系統(tǒng)的發(fā)展簡史

發(fā)布時間: 2012/9/13 17:28:14

1980年代前

第一部計算機并沒有操作系統(tǒng)。這是由于早期個人電腦的建立方式（如同建造機械算盤）與效能不足以執(zhí)行如此程序。

但在1947年發(fā)明了晶體管，以及莫里斯·威爾克斯（Maurice Vincent Wilkes）發(fā)明的微程序方法，使得電腦不再是機械設(shè)備，而是電子產(chǎn)品。系統(tǒng)管理工具以及簡化硬件操作流程的程序很快就出現(xiàn)了，且成為操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

到了1960年代早期，商用電腦制造商制造了批次處理系統(tǒng)，此系統(tǒng)可將工作的建置、調(diào)度以及執(zhí)行序列化。此時，廠商為每一臺不同型號的電腦創(chuàng)造不同的操作系統(tǒng)，因此為某電腦而寫的程序無法移植到其他電腦上執(zhí)行，即使是同型號的電腦也不行。

到了1964年，IBM推出了一系列用途與價位都不同的大型電腦IBM System/360，大型主機的經(jīng)典之作。而它們都共享代號為OS/360的操作系統(tǒng)（而非每種產(chǎn)品都用量身訂做的操作系統(tǒng)）。讓單一操作系統(tǒng)適用于整個系列的產(chǎn)品是System/360成功的關(guān)鍵，且實際上IBM目前的大型系統(tǒng)便是此系統(tǒng)的后裔；為System/360所寫的應(yīng)用程序依然可以在現(xiàn)代的IBM機器上執(zhí)行！

OS/360也包含另一個優(yōu)點：永久貯存設(shè)備—硬盤驅(qū)動器的面世（IBM稱為DASD（Direct access storage device））。另一個關(guān)鍵是分時概念的建立：將大型電腦珍貴的時間資源適當(dāng)分配到所有使用者身上。分時也讓使用者有獨占整部機器的感覺；而Multics的分時系統(tǒng)是此時眾多新操作系統(tǒng)中實踐此觀念最成功的。

1963年，奇異公司與貝爾實驗室合作以PL/I語言建立的Multics，是激發(fā)1970年代眾多操作系統(tǒng)建立的靈感來源，尤其是由AT&T貝爾實驗室的丹尼斯·里奇與肯·湯普遜所建立的Unix系統(tǒng)，為了實踐平臺移植能力，此操作系統(tǒng)在1969年由C語言重寫；另一個廣為市場采用的小型電腦操作系統(tǒng)是VMS。

20世紀80年代

第一代微型計算機并不像大型電腦或小型電腦，沒有裝設(shè)操作系統(tǒng)的需求或能力；它們只需要最基本的操作系統(tǒng)，通常這種操作系統(tǒng)都是從ROM讀取的，此種程序被稱為監(jiān)視程序（Monitor）。

1980年代，家用電腦開始普及。通常此時的電腦擁有8-bit處理器加上64KB內(nèi)存、屏幕、鍵盤以及低音質(zhì)喇叭。而80年代早期最著名的套裝電腦為使用微處理器6510（6502芯片特別版）的Commodore C64。此電腦沒有操作系統(tǒng)，而是以一8KB只讀內(nèi)存BIOS初始化彩色屏幕、鍵盤以及軟驅(qū)和打印機。它可用8KB只讀內(nèi)存BASIC語言來直接操作BIOS，并依此撰寫程序，大部分是游戲。此BASIC語言的解釋器勉強可算是此電腦的操作系統(tǒng)，當(dāng)然就沒有內(nèi)核或軟硬件保護機制了。此電腦上的游戲大多跳過BIOS層次，直接控制硬件。

早期最著名的磁盤啟動型操作系統(tǒng)是CP/M，它支持許多早期的微電腦，且被MS-DOS大量抄襲其功能。

最早期的IBM PC其架構(gòu)類似C64。當(dāng)然它們也使用了BIOS以初始化與抽象化硬件的操作，甚至也附了一個BASIC解釋器！但是它的BASIC優(yōu)于其他公司產(chǎn)品的原因在于他有可攜性，并且兼容于任何符合IBM PC架構(gòu)的機器上。這樣的PC可利用Intel-8088處理器（16-bit寄存器）尋址，并最多可有1MB的內(nèi)存，然而最初只有640KB。軟式磁盤機取代了過去的磁帶機，成為新一代的儲存設(shè)備，并可在他512KB的空間上讀寫。為了支持更進一步的文件讀寫概念，磁盤操作系統(tǒng)（Disk Operating System，DOS）因而誕生。此操作系統(tǒng)可以合并任意數(shù)量的磁區(qū)，因此可以在一張磁盤片上放置任意數(shù)量與大小的文件。文件之間以檔名區(qū)別。IBM并沒有很在意其上的DOS，因此以向外部公司購買的方式取得操作系統(tǒng)。

1980年微軟公司利用騙術(shù)取得了與IBM的合約，并且收購了一家公司出產(chǎn)的操作系統(tǒng)，在將之修改后以MS-DOS的名義出品，此操作系統(tǒng)可以直接讓程序操作BIOS與文件系統(tǒng)。到了Intel-80286處理器的時代，才開始實作基本的儲存設(shè)備保護措施。MS-DOS的架構(gòu)并不足以滿足所有需求，因為它同時只能執(zhí)行最多一個程序（如果想要同時執(zhí)行程式，只能使用TSR的方式來跳過OS而由程序自行處理多任務(wù)的部份），且沒有任何內(nèi)存保護措施。對驅(qū)動程序的支持也不夠完整，因此導(dǎo)致諸如音效設(shè)備必須由程序自行設(shè)置的狀況，造成不兼容的情況所在多有。某些操作的效能也是可怕地糟糕。許多應(yīng)用程序因此跳過MS-DOS的服務(wù)程序，而直接存取硬件設(shè)備以取得較好的效能。雖然如此，但MS-DOS還是變成了IBM PC上面最常用的操作系統(tǒng)（IBM自己也有推出DOS，稱為IBM-DOS或PC-DOS）。MS-DOS的成功使得微軟成為地球上最賺錢的公司之一。

而1980年代另一個崛起的操作系統(tǒng)異數(shù)是Mac OS，此操作系統(tǒng)緊緊與麥金塔電腦捆綁在一起。此時一位施樂帕羅奧托研究中心員工Dominik Hagen訪問了蘋果電腦的史蒂夫·喬布斯，并且向他展示了此時施樂發(fā)展的圖形化使用者界面。蘋果電腦驚為天人，并打算向施樂購買此技術(shù)，但因帕羅奧托研究中心并非商業(yè)單位而是研究單位，因此施樂回絕了這項買賣。在此之后蘋果一致認為個人電腦的未來必定屬于圖形使用者界面，因此也開始發(fā)展自己的圖形化操作系統(tǒng)�，F(xiàn)今許多我們認為是基本要件的圖形化接口技術(shù)與規(guī)則，都是由蘋果電腦打下的基礎(chǔ)（例如下拉式菜單、桌面圖標(biāo)、拖曳式操作與雙點擊等）。但正確來說，圖形化使用者界面的確是施樂創(chuàng)始的。

20世紀90年代

Apple I電腦，蘋果電腦的第一代產(chǎn)品。延續(xù)80年代的競爭，1990年代出現(xiàn)了許多影響未來個人電腦市場深厚的操作系統(tǒng)。由于圖形化使用者界面日趨繁復(fù)，操作系統(tǒng)的能力也越來越復(fù)雜與巨大，因此強韌且具有彈性的操作系統(tǒng)就成了迫切的需求。此年代是許多套裝類的個人電腦操作系統(tǒng)互相競爭的時代。

上一年代于市場崛起的蘋果電腦，由于舊系統(tǒng)的設(shè)計不良，使得其后繼發(fā)展不力，蘋果電腦決定重新設(shè)計操作系統(tǒng)。經(jīng)過許多失敗的項目后，蘋果于1997年釋出新操作系統(tǒng)——MacOS的測試版，而后推出的正式版取得了巨大的成功。讓原先失意離開蘋果的Steve Jobs風(fēng)光再現(xiàn)。

除了商業(yè)主流的操作系統(tǒng)外，從1980年代起在開放原碼的世界中，BSD系統(tǒng)也發(fā)展了非常久的一段時間，但在1990年代由于與AT&T的法律爭端，使得遠在芬蘭赫爾辛基大學(xué)的另一股開源操作系統(tǒng)——Linux興起。Linux內(nèi)核是一個標(biāo)準(zhǔn)POSIX內(nèi)核，其血緣可算是Unix家族的一支。Linux與BSD家族都搭配GNU計劃所發(fā)展的應(yīng)用程序，但是由于使用的許可證以及歷史因素的作弄下，Linux取得了相當(dāng)可觀的開源操作系統(tǒng)市占率，而BSD則小得多。

相較于MS-DOS的架構(gòu)，Linux除了擁有傲人的可移植性（相較于Linux，MS-DOS只能運行在Intel CPU上），它也是一個分時多進程內(nèi)核，以及良好的內(nèi)存空間管理（普通的進程不能存取內(nèi)核區(qū)域的內(nèi)存）。想要存取任何非自己的內(nèi)存空間的進程只能通過系統(tǒng)調(diào)用來達成。一般進程是處于使用者模式（User mode）底下，而執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時會被切換成內(nèi)核模式（Kernel mode），所有的特殊指令只能在內(nèi)核模式執(zhí)行，此措施讓內(nèi)核可以完美管理系統(tǒng)內(nèi)部與外部設(shè)備，并且拒絕無權(quán)限的進程提出的請求。因此理論上任何應(yīng)用程序執(zhí)行時的錯誤，都不可能讓系統(tǒng)崩潰（Crash）。

另一方面，微軟對于更強力的操作系統(tǒng)呼聲的回應(yīng)便是Windows NT于1993年的面世。

1983年開始微軟就想要為MS-DOS建構(gòu)一個圖形化的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，稱為Windows（有人說這是比爾·蓋茨被蘋果的Lisa電腦上市所刺激）。

一開始Windows并不是一個操作系統(tǒng)，只是一個應(yīng)用程序，其背景還是純MS-DOS系統(tǒng)，這是因為當(dāng)時的BIOS設(shè)計以及MS-DOS的架構(gòu)不甚良好之故。

在1990年代初，微軟與IBM的合作破裂，微軟從OS/2（早期為命令行模式，后來成為一個很成功但是曲高和寡的圖形化操作系統(tǒng)）項目中抽身，并且在1993年7月27日推出Windows NT 3.1，一個以O(shè)S/2為基礎(chǔ)的圖形化操作系統(tǒng)。

并在1995年8月15日推出Windows 95。

直到這時，Windows系統(tǒng)依然是建立在MS-DOS的基礎(chǔ)上，因此消費者莫不期待微軟在2000年所推出的Windows 2000上，因為它才算是第一個脫離MS-DOS基礎(chǔ)的圖形化操作系統(tǒng)。

Windows NT系統(tǒng)的架構(gòu)為：在硬件階層之上，有一個由微內(nèi)核直接接觸的硬件抽象層（HAL），而不同的驅(qū)動程序以模塊的形式掛載在內(nèi)核上執(zhí)行。因此微內(nèi)核可以使用諸如輸入輸出、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、信息安全機制與虛擬內(nèi)存等功能。而系統(tǒng)服務(wù)層提供所有統(tǒng)一規(guī)格的函數(shù)調(diào)用庫，可以統(tǒng)一所有副系統(tǒng)的實作方法。例如盡管POSIX與OS/2對于同一件服務(wù)的名稱與調(diào)用方法差異甚大，它們一樣可以無礙地實作于系統(tǒng)服務(wù)層上。在系統(tǒng)服務(wù)層之上的副系統(tǒng)，全都是使用者模式，因此可以避免使用者程序執(zhí)行非法行動。

DOS副系統(tǒng)將每個DOS程序當(dāng)成一進程執(zhí)行，并以個別獨立的MS-DOS虛擬機器承載其運行環(huán)境。另外一個是Windows 3.1 NT 模擬系統(tǒng)，實際上是在Win32副系統(tǒng)下執(zhí)行Win16程序。因此達到了安全掌控為MS-DOS與早期Windows系統(tǒng)所撰寫之舊版程序的能力。然而此架構(gòu)只在Intel 80386處理器及后繼機型上實作。且某些會直接讀取硬件的程序，例如大部分的Win16游戲，就無法套用這套系統(tǒng)，因此很多早期游戲便無法在Windows NT上執(zhí)行。

Windows NT有3.1．3.5．3.51與4.0版。

Windows 2000是Windows NT的改進系列（事實上是Windows NT 5.0）、Windows XP（Windows NT 5.1）以及Windows Server 2003（Windows NT 5.2）、Windows Vista（Windows NT 6.0）、Windows 7(Windows NT 6.1）也都是立基于Windows NT的架構(gòu)上。

而本年代漸漸增長并越趨復(fù)雜的嵌入式設(shè)備市場也促使嵌入式操作系統(tǒng)的成長。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常都有一個使用的繪圖設(shè)備的圖形化使用者界面，并附加如鼠標(biāo)或觸控面版等有別于鍵盤的輸入設(shè)備。舊的OS或效能導(dǎo)向的服務(wù)器通常不會有如此親切的接口，而是以命令行接口（CLI）加上鍵盤為輸入設(shè)備。以上兩種接口其實都是所謂的殼，其功能為接受并處理使用者的指令（例如按下一按鈕，或在命令提示列上鍵入指令）。

選擇要安裝的操作系統(tǒng)通常與其硬件架構(gòu)有很大關(guān)系，只有Linux與BSD幾乎可在所有硬件架構(gòu)上執(zhí)行，而Windows NT僅移植到了DEC Alpha與MIPS Magnum。

在1990年代早期，個人電腦的選擇就已被局限在Windows家族、類Unix家族以及Linux上，而以Linux及Mac OS X為最主要的另類選擇，直至今日。

大型機與嵌入式系統(tǒng)使用很多樣化的操作系統(tǒng)。大型主機近期有許多開始支持Java及Linux以便共享其他平臺的資源。嵌入式系統(tǒng)近期百家爭鳴，從給Sensor Networks用的Berkeley Tiny OS到可以操作Microsoft Office的Windows CE都有。

2000年以后

至2005年為止，用于通用計算機上的分布的操作系統(tǒng)主要兩個家族：類Unix家族和微軟Windows家族。而主機系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)使用多樣的系統(tǒng)，并且很多和Windows、Unix都沒有直接的聯(lián)系。類Unix家族包括多個組織的操作系統(tǒng)，其中有幾個主要的子類包括System V、BSD和Linux。這里'Unix'是一個商標(biāo)，開發(fā)組織允許使用操作系統(tǒng)在一個定義前提下自由地開發(fā)。這名字是通用大型設(shè)置操作系統(tǒng)類似組織 Unix。Unix系統(tǒng)運行在從巨型機到嵌入式系統(tǒng)的多種機器架構(gòu)上。Unix主要使用于重要的商務(wù)服務(wù)器系統(tǒng)以及學(xué)院和工程環(huán)境中的工作站之上。和 AT&T Unix不同，自由軟件比如Linux和BSD逐步開始流行，并且開始進入桌面操作系統(tǒng)領(lǐng)域。和一些Unix操作系統(tǒng)不同，像惠普公司的HPUX和IBM 公司的AIX是設(shè)計僅運行在客戶購買的設(shè)備上，其中有一些特殊的（比如SUN公司的Solaris）可以運行在客戶購買設(shè)備和基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PC上。 APPLE公司的Mac OS X是一個BSD特例，以取代早期小型市場上的蘋果公司Mac OS，眾多流行的Unix操作系統(tǒng)正在走向一體。微軟公司的Windows操作系統(tǒng)家族起源于早期的IBM PC環(huán)境中的MS-DOS，現(xiàn)在版本是基于新的Windows NT內(nèi)核，第一次是在OS/2中制定。和Unix不同，Windows只能運行在32位和64位的x86 CPU（如Intel或者AMD的芯片）上，盡管早期有版本運行于DEC Alpha，MIPS 和 PowerPC體系結(jié)構(gòu)。今天Windows是一個流行的操作系統(tǒng)，在全球桌面市場中占有90%左右的份額，同時在中低端服務(wù)器市場也有廣泛的應(yīng)用，如 Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

大型機系統(tǒng)，比如IBM公司的Z/OS，和嵌入式操作系統(tǒng)比如QNX、eCOs和PalmOS都是和Unix和Windows無關(guān)的操作系統(tǒng)，而 Windows CE、Windows NT Embedded 4.0和Windows XP Embedded都是和Windows相關(guān)的。

老的操作系統(tǒng)停留在市場包括類似IBM Windows的OS/2．來自惠普的VMS(以前的DEC);蘋果公司的Mac OS操作系統(tǒng)、非Unix先驅(qū)蘋果公司Mac OS X，以及AmigaOS，第一個圖形用戶界面的操作系統(tǒng)，包括對于普通用戶的高級的多媒體能力。

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