操作系统发展简史

1、操作系统是管理电脑硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统的型态非常多样，不同机器安装的 OS 可从简单到复杂，可从手机的嵌入式系统到超级电脑的大型操作系统。目前微机上常见的操作系统有 DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware 等。表中文名：操作系统常见系统：DOS、WindowsLinux、Unix 等外文名：OperatingSystem简称：OS组成部分：驱动程序、内核、接口库、外围1980 年代前第一部计算机并没有操作系统。这是由于早期个人电脑的建立方式（如同建造机械算盘）与效能不足以执行如此程序。但在 1947 年发明了

2、晶体管，以及莫里斯威尔克斯（MauriceVincentWilkes）发明的微程序方法，使得电脑不再是机械设备，而是电子产品。系统管理工具以及简化硬件操作流程的程序很快就出现了，且成为操作系统的基础。到了 1960 年代早期，商用电脑制造商制造了批次处理系统，此系统可将工作的建置、调度以及执行序列化。此时，厂商为每一台不同型号的电脑创造不同的操作系统，因此为某电脑而写的程序无法移植到其他电脑上执行，即使是同型号的电脑也不行。到了 1964 年，IBM 推出了一系列用途与价位都不同的大型电脑旧 MSystem/360,大型主机的经典之作。而它们都共享代号为 OS/360 的操作系统（而非每种产品

3、都用量身订做的操作系统）。让单一操作系统适用于整个系列的产品是 System/360 成功的关键，且实际上旧 M目前的大型系统便是此系统的后裔；为 System/360 所写的应用程序依然可以在现代的旧 M机器上执行！1963 年，奇异公司与贝尔实验室合作以 PL/I 语言建立的 Multics,是激发 1970 年代众多操作系统建立的灵感来源，尤其是由 AT&T 贝尔实验室的丹尼斯里奇与肯汤普逊所建立的 Unix 系统，为了实践平台移植能力，此操作系统在 1969 年由 C 语言重写；另一个广为市场采用的小型电脑操作系统是 VMS。20 世纪 80 年代第一代微型计算机并不像大型电脑

4、或小型电脑， 只需要最基本的操作系统，通常这种操作系统都是从序（Monitor）。1980 年代，家用电脑开始普及。通常此时的电脑拥有 8-bit 处理器加上 64KB 内存、屏幕、键盘以及低音质喇叭。而 80 年代早期最著名的套装电脑为使用微处理器 6510（6502芯片特别版）的 CommodoreC64。此电脑没有操作系统，而是以一 8KB 只读内存 BIOS 初始化彩色屏幕、键盘以及软驱和打印机。它可用 8KB 只读内存 BASIC 语言来直接操作 BIOS,并依此撰写程序，大部分是游戏。此 BASIC 语言的解释器勉强可算是此电脑的操作系统，当然就没有内核或软硬件保护机制了。此电脑上

5、的游戏大多跳过 BIOS 层次，直接控制硬件。早期最著名的磁盘启动型操作系统是 CP/M,它支持许多早期的微电脑，且被 MS-DOS大量抄袭其功能。最早期的旧 MPC 其架构类似 C64。当然它们也使用了 BIOS 以初始化与抽象化硬件的操作，甚至也附了一个 BASIC 解释器！但是它的 BASIC 优于其他公司产品的原因在于他有可携性，并且兼容于任何符合旧 MPC 架构的机器上。这样的 PC 可利用 Intel-8088 处理器没有装设操作系统的需求或能力；它们ROM 读取的，此种程序被称为监视程（16-bit 寄存器）寻址，并最多可有 1MB 的内存，然而最初只有 640KB。软式磁盘机取

6、代了过去的磁带机，成为新一代的储存设备，并可在他 512KB 的空间上读写。为了支持更进一步的文件读写概念，磁盘操作系统（DiskOperatingSystem,DOS）因而诞生。此操作系统可以合并任意数量的磁区，因此可以在一张磁盘片上放置任意数量与大小的文件。文件之间以档名区别。旧 M 并没有很在意其上的 DOS,因此以向外部公司购买的方式取得操作系统。1980 年微软公司利用骗术取得了与旧 M 的合约，并且收购了一家公司出产的操作系统，在将之修改后以 MS-DOS 的名义出品，此操作系统可以直接让程序操作 BIOS 与文件系统。到了 Intel-80286 处理器的时代，才开始实作基本的储

7、存设备保护措施。MS-DOS 的架构并不足以满足所有需求，因为它同时只能执行最多一个程序（如果想要同时执行程式，只能使用 TSR 的方式来跳过 OS 而由程序自行处理多任务的部份），且没有任何内存保护措施。对驱动程序的支持也不够完整，因此导致诸如音效设备必须由程序自行设置的状况，造成不兼容的情况所在多有。某些操作的效能也是可怕地糟糕。许多应用程序因此跳过 MS-DOS 的服务程序，而直接存取硬件设备以取得较好的效能。虽然如此，但 MS-DOS 还是变成了旧 MPC 上面最常用的操作系统（IBM 自己也有推出 DOS,称为 IBM-DOS 或 PC-DOS）。MS-DOS 的成功使得微软成为地球

8、上最赚钱的公司之一。而 1980 年代另一个崛起的操作系统异数是 MacOS,此操作系统紧紧与麦金塔电脑捆绑在一起。此时一位施乐帕罗奥托研究中心员工 DominikHagen 访问了苹果电脑的史蒂夫乔布斯，并且向他展示了此时施乐发展的图形化使用者界面。苹果电脑惊为天人，并打算向施乐购买此技术，但因帕罗奥托研究中心并非商业单位而是研究单位，因此施乐回绝了这项买卖。在此之后苹果一致认为个人电脑的未来必定属于图形使用者界面，因此也开始发展自己的图形化操作系统。现今许多我们认为是基本要件的图形化接口技术与规则，都是由苹果电脑打下的基础（例如下拉式菜单、桌面图标、拖曳式操作与双点击等）。但正确来说，图形

9、化使用者界面的确是施乐创始的。20 世纪 90 年代AppleI 电脑，苹果电脑的第一代产品。延续 80 年代的竞争，1990 年代出现了许多影响未来个人电脑市场深厚的操作系统。由于图形化使用者界面日趋繁复，操作系统的能力也越来越复杂与巨大，因此强韧且具有弹性的操作系统就成了迫切的需求。此年代是许多套装类的个人电脑操作系统互相竞争的时代。上一年代于市场崛起的苹果电脑，由于旧系统的设计不良，使得其后继发展不力，苹果电脑决定重新设计操作系统。经过许多失败的项目后，苹果于 1997 年释出新操作系统MacOS 的测试版，而后推出的正式版取得了巨大的成功。让原先失意离开苹果的 SteveJobs 风光

10、再现。除了商业主流的操作系统外，从 1980 年代起在开放原码的世界中，BSD 系统也发展了非常久的一段时间，但在 1990 年代由于与 AT&T 的法律争端，使得远在芬兰赫尔辛基大学的另一股开源操作系统 Linux 兴起。Linux 内核是一个标准 POSIX 内核，其血缘可算是Unix 家族的一支。Linux 与 BSD 家族都搭配 GNU 计划所发展的应用程序，但是由于使用的许可证以及历史因素的作弄下，Linux 取得了相当可观的开源操作系统市占率，而 BSD 则小得多。相较于 MS-DOS 的架构，Linux 除了拥有傲人的可移植性（相较于 Linux,MS-DOS 只能运行在

11、 IntelCPU 上），它也是一个分时多进程内核，以及良好的内存空间管理（普通的进程不能存取内核区域的内存）。想要存取任何非自己的内存空间的进程只能通过系统调用来达成。一般进程是处于使用者模式（Usermode）底下，而执行系统调用时会被切换成内核模式(Kernelmode),所有的特殊指令只能在内核模式执行，此措施让内核可以完美管理系统内部与外部设备，并且拒绝无权限的进程提出的请求。因此理论上任何应用程序执行时的错误，都不可能让系统崩溃(Crash)。另一方面，微软对于更强力的操作系统呼声的回应便是 WindowsNT 于 1993 年的面世。1983 年开始微软就想要为 MS-DOS 建

12、构一个图形化的操作系统应用程序，称为Windows(有人说这是比尔盖茨被苹果的 Lisa 电脑上市所刺激)。一开始 Windows 并不是一个操作系统，只是一个应用程序，其背景还是纯 MS-DOS 系统，这是因为当时的 BIOS 设计以及 MS-DOS 的架构不甚良好之故。在 1990 年代初，微软与旧 M 的合作破裂，微软从 OS/2(早期为命令行模式，后来成为一个很成功但是曲高和寡的图形化操作系统)项目中抽身，并且在 1993 年 7 月 27 日推出WindowsNT3.1,一个以 OS/2 为基础的图形化操作系统。并在 1995 年 8 月 15 日推出 Windows95。直到这时，

13、Windows 系统依然是建立在 MS-DOS 的基础上，因此消费者莫不期待微软在 2000 年所推出的 Windows2000 上，因为它才算是第一个脱离 MS-DOS 基础的图形化操作系统。WindowsNT 系统的架构为：在硬件阶层之上，有一个由微内核直接接触的硬件抽象层(HAL),而不同的驱动程序以模块的形式挂载在内核上执行。因此微内核可以使用诸如输入输出、文件系统、网络、信息安全机制与虚拟内存等功能。而系统服务层提供所有统一规格的函数调用库，可以统一所有副系统的实作方法。例如尽管 POSIX 与 OS/2 对于同一件服务的名称与调用方法差异甚大，它们一样可以无碍地实作于系统服务层上。

14、在系统服务层之上的副系统，全都是使用者模式，因此可以避免使用者程序执行非法行动。DOS副系统将每个DOS程序当成一进程执行， 并以个别独立的MS-DOS虚拟机器承载其运行环境。另外一个是 Windows3.1NT 模拟系统，实际上是在 Win32 副系统下执行 Win16 程序。因此达到了安全掌控为 MS-DOS 与早期 Windows 系统所撰写之旧版程序的能力。然而此架构只在 Intel80386 处理器及后继机型上实作。 且某些会直接读取硬件的程序， 例如大部分的 Win16游戏，就无法套用这套系统，因此很多早期游戏便无法在 WindowsNT 上执行。WindowsNT 有 3.1.3

15、.5.3.51 与 4.0 版。Windows2000是WindowsNT的改进系列(事实上是WindowsNT5.0)、 WindowsXP(WindowsNT5.1)以及WindowsServer2003(WindowsNT5.2)、 WindowsVista(WindowsNT6.0)、 Windows7(WindowsNT6.1)也都是立基于 WindowsNT 的架构上。而本年代渐渐增长并越趋复杂的嵌入式设备市场也促使嵌入式操作系统的成长。现代操作系统通常都有一个使用的绘图设备的图形化使用者界面，并附加如鼠标或触控面版等有别于键盘的输入设备。旧的 OS 或效能导向的服务器通常不会有如

16、此亲切的接口，而是以命令行接口(CLI)加上键盘为输入设备。以上两种接口其实都是所谓的壳，其功能为接受并处理使用者的指令(例如按下一按钮，或在命令提示列上键入指令)。选择要安装的操作系统通常与其硬件架构有很大关系，只有 Linux 与 BSD 几乎可在所有硬件架构上执行，而 WindowsNT 仅移植到了 DECAlpha 与 MIPSMagnum。在 1990 年代早期，个人电脑的选择就已被局限在 Windows 家族、类 Unix 家族以及 Linux上，而以 Linux 及 MacOSX 为最主要的另类选择，直至今日。大型机与嵌入式系统使用很多样化的操作系统。大型主机近期有许多开始支持

17、Java 及Linux 以便共享其他平台的资源。嵌入式系统近期百家争鸣，从给 SensorNetworks 用的BerkeleyTinyOS 到可以操作 MicrosoftOffice 的 WindowsCE 都有。2000 年以后至 2005 年为止，用于通用计算机上的分布的操作系统主要两个家族：类 Unix 家族和微软 Windows 家族。而主机系统和嵌入式操作系统使用多样的系统，并且很多和 WindowsUnix 都没有直接的联系。类 Unix 家族包括多个组织的操作系统，其中有几个主要的子类包括 SystemV、BSD 和 Linux。这里Unix是一个商标，开发组织允许使用操作系统

18、在一个定义前提下自由地开发。这名字是通用大型设置操作系统类似组织 Unix。Unix 系统运行在从巨型机到嵌入式系统的多种机器架构上。Unix 主要使用于重要的商务服务器系统以及学院和工程环境中的工作站之上。和 AT&TUnix 不同，自由软件比如 Linux 和 BSD 逐步开始流行，并且开始进入桌面操作系统领域。和一些 Unix 操作系统不同，11 惠普公司的 HPUX 和IBM 公司的 AIX 是设计仅运行在客户购买的设备上， 其中有一些特殊的(比如 SUN 公司的 Solaris)可以运行在客户购买设备和基于工业标准的 PC 上。APPLE 公司的 MacOSX是一个 BSD

19、特例，以取代早期小型市场上的苹果公司 MacOS,众多流行的 Unix 操作系统正在走向一体。微软公司的 Windows 操作系统家族起源于早期的旧 MPC 环境中的MS-DOS,现在版本是基于新的 WindowsNT 内核，第一次是在 OS/2 中制定。和 Unix 不同，Windows 只能运行在32位和64位的x86CPU(如Intel或者AMD的芯片)上， 尽管早期有版本运行于DECAlpha,MIPS和 PowerPC 体系结构。今天 Windows 是一个流行的操作系统， 在全球桌面市场中占有 90%左右的份额，同时在中低端服务器市场也有广泛的应用，如 Web 服务器和数据库服务器

20、。大型机系统，比如 IBM 公司的 Z/OS,和嵌入式操作系统比如 QNX、eCOs 和 PalmOS 都是和 Unix和 Windows 无关的操作系统，而 WindowsCE、WindowsNTEmbedded4.0 和 WindowsXPEmbedded 都是和 Windows 相关的。老的操作系统停留在市场包括类似旧 MWindows 的 OS/2.来自惠普的 VMS(以前的 DEC);苹果公司的 MacOS 操作系统、非 Unix 先驱苹果公司 MacOSX,以及 AmigaOS,第一个图形用户界面的操作系统，包括对于普通用户的高级的多媒体能力。表二：Windows 操作系统发展年表

21、年份系统名称1956 年 GM-NAAI/O1959 年 SHAREOperatingSystem1960 年 IBSYS1961CTSSMCP(BurroughsLargeSystems)1962GCOS1964 年 EXEC8OS/360(宣称)TOPS-101965 年 Multics(宣称)OS/360(上市)TapeOperatingSystem(TOS)1966 年 DOS/360(IBM)MS/81967 年 ACP(IBM)CP/CMSITSWAITS1969 年 TENEXUnix1970 年 DOS/BATCH11(PDP-11)1971 年 OS/81972 年 MFT(

22、operatingsystem)MVTRDOSSVSVM/CMS1973 年AltoOSRSX-11DRT-11VME1974 年MVS(MVS/XA)BS2000CP/MTOPS-20AppleDOS3.1（苹果第一个操作系统）TripOSVMSLispMachine（CADR）POSNLTSSOS-9QDOSSOSXDE（Tajo）XenixMS-DOSCommodoreDOSSunOS（1.0）UltrixLisaOSCoherentNovellNetWareProDOSMacintoshOS（系统 1.0）MSX-DOSQNXUniCOSAmigaOSAtariTOSMIPSOSObe

23、ronoperatingsystemMicrosoftWindows1.0（Windows 第一版）AIXGS-OSHP-UXArthurIRIX（SGI 推出的第一个版本号是 3.0）MinixOS/2（1.0）MicrosoftWindows2.0A/UX（苹果电脑）LynxOSMVS/ESAOS/400NeXTSTEP（1.0）RISCOSSCOUnix（第三版）AmigaOS2.0BeOS（v1）OSF/1MicrosoftWindows3.0SunOS4.1.xLinux386BSD0.1AmigaOS3.0Solaris2.0MicrosoftWindows3.1Solaris2.

24、1Solaris2.2Solaris2.3Plan9（第一版）FreeBSDNetBSDMicrosoftWindowsNT3.1（第一版 NT）Solaris2.4Solaris2.5DigitalUNIX（akaTru64）OpenBSDOS/390MicrosoftWindows95MicrosoftWindows95OSR2（OSR=OEMServicerelease）（即：Windows97）MicrosoftWindowsNT4.0Solaris2.6InfernoMacOS7.6（第一版官方正式命名为 MacOS）SkyOSSolaris7（第一款 64 位元 Solaris 版

25、本，是 2.7 舍弃主版本号的称谓）MicrosoftWindows98AROSMacOS8MicrosoftWindows98SecondEditionSolaris8AtheOSMacOS9MorphOSMicrosoftWindows2000MicrosoftWindowsMeMacOSXPublicBeta（2000 年 9 月 13 日）MacOSX10.0Cheetahi（印度豹）（2001 年 3 月 24 日）AmigaOS4.0（2001 年 5 月）MacOSX10.1Puma（美洲狮）（2001 年 9 月 25 日）MicrosoftWindowsXPz/OSSolaris9forSPARCMicrosoftWindowsXP64-bitEditionWindowsXPTabletPCEditionWindowsXPMediaCenterEditi