操作系统演进的五个阶段(9k字)

科学Sciences导读:纵观计算机历史,操作系统与计算机硬件的发展息息相关。本书从操作系统演进的五个阶段(9k字)、早期操作系统的发展阶段(10k字)、硬件兼容的UNIX起源和谱系(11k字)、可视化操作系统成主流(29k字)、操作系统功能和技术简介(4k字)等五个方面,介绍计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史。计算机发展过程中,出现过许多操作系统:DOS、MacOS、Windows、Unix、Linux、Free BSD等。关键词:计算机,操作系统,OS,Multics,Unics,Unix,Minux,Linux,Xenix、OS/2、Dos,Windwows,iOS,Android,演进,谱系。赞赏支持科普作者后,公号输入栏发送“操作系统史”获取本书PDF资料,下载学习科技知识。

计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史(74k字)

目录

A计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史 (67k字)

一、操作系统演进的五个阶段 Five Stages Of Operating System Evolution

二、早期主机操作系统的发展 Early Host Operating System Development

三、硬件兼容UNIX起源和谱系 Hardware Compatible With UNIX Origin And Pedigree

四、可视化操作系统成为主流 Visual Operating System Into The Mainstream

五、操作系统功能和技术简介 Introduction To Operating System Features And Technologies

素材(5k字)


计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史

Computer Operating System Evolution, Pedigree, and Product Development History

文Author|秦陇纪Qinlong GEcai,科学Sciences©20190618Tue

操作系统(OS)是管理计算机硬件和软件资源并为计算机程序提供公共服务的软件,是计算机系统中系统软件的组件。制造和使用史上最强大的信息处理工具——计算机,要能够设计硬件系统架构,生产制造芯片,设计开发操作系统和应用程序,并维持信息技术生态。还要在信息技术领域外,严格确定保护知识产权,维持开发人员支持,否则无以为继。本书介绍操作系统(OS)的演进、谱系和产品发展史。An operating system (OS) is systemsoftware that manages computer hardware and software resources and providescommon services for computer programs, is a component of the system software ina computer system. Application programs usually require an operating system tofunction. [1]Manufacture and use the most powerful informationprocessing tool in history—computers, it’s able to design hardware systemarchitectures, manufacture chips, design and develop operating systems andapplications, and then maintain an information technology ecosystem. Inaddition to the field of information technology, it is necessary to strictlydetermine the protection of intellectual property rights, and maintain thesupport of developers, otherwise it will not be able to continue. This bookdescribes the development history of operating system (OS) evolution, pedigree,and products.

一、操作系统演进的五个阶段 Five Stages OfOperating System Evolution

历史上,操作系统与计算机体系结构紧密相关,最好从操作系统运行的计算机的体系结构中研究操作系统的历史。操作系统已经发展了许多不同的阶段或代。Historicallyoperating systems have been tightly related to the computer architecture, it isgood idea to study the history of operatingsystems from the architecture of thecomputers on which they run. Operating systems have evolved through a number ofdistinct phases or generations which corresponds roughly to the decades. [2]

1960年代对操作系统的定义是“控制硬件的软件”。但是,今天,由于微码(microcode),我们需要一个更好的定义。我们将操作系统视为使硬件可用的程序。简而言之,操作系统是控制计算机的程序集。操作系统的一些示例是UNIX,Mach,MS-DOS,MS-Windows,Windows/NT,Chicago,OS/2,MacOS,VMS,MVS和VM。The 1960’sdefinition of an operating system is “the software that controls the hardware”.However, today, due to microcode we need a better definition. We see anoperating system as the programs that make the hardware useable. In brief, anoperating system is the set of programs that controls a computer. Some examplesof operating systems are UNIX, Mach, MS-DOS, MS-Windows, Windows/NT, Chicago,OS/2, MacOS, VMS, MVS, and VM. [2]

1.1 第一代20世纪1940年代 The 1940's -First Generations

最早的电子数字计算机没有操作系统,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。当时的机器经常在一排机械开关(插板)上一次一位地输入。编程语言未知(甚至不是汇编语言)。操作系统闻所未闻。Theearliest electronic digital computers had no operating systems, because of theearly establishment of a personal computer (like building a mechanical abacus)and insufficient performance to perform such a procedure. Machines of the timewere so primitive that programs were often entered one bit at time on rows ofmechanical switches (plug boards). Programming languages were unknown (not evenassembly languages). Operating systems were unheard of .

1947年,随着晶体管的发明以及莫里斯•威尔克斯(Maurice Vincent Wilkes)发明的微程序方法,使得电脑不再是机械设备,而成为电子产品。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。In1947, with the invention of transistors and the microprogramming methodinvented by Maurice Vincent Wilkes, computers were no longer mechanical butelectronic. System management tools and programs that streamline hardwareoperations are quickly emerging and become the foundation of the operatingsystem.

1.2 第二代20世纪1950年代The 1950's -Second Generation

到1950年代早期,随着打卡的推出,这个例程有所改善。通用汽车研究实验室在20世纪50年代早期为他们的IBM 701实施了第一个操作系统。50年代的系统通常一次运行一项作业。这些被称为单流批处理系统,因为程序和数据是分组或批量提交的。Bythe early 1950's, the routine had improved somewhat with the introduction ofpunch cards. The General Motors Research Laboratories implemented the firstoperating systems in early 1950's for their IBM 701. The system of the50's generally ran one job at a time. These were called single-stream batch processing systems because programs anddata were submitted in groups or batches.

1.3 第三代20世纪1960年代 The 1960's -Third Generation

1960年代的系统也是批处理系统,但他们通过一次运行多个作业来利用计算机资源。因此,操作系统设计者们开发了多道程序设计的概念,其中几个作业同时在主存储器中;处理器根据需要从一个作业切换到另一个作业,以保持多个作业的进行,同时保持外围设备的使用。Thesystems of the 1960's were also batch processing systems, but they were able totake better advantage of the computer's resources by running several jobs atonce. So operating systems designers developed the concept of multiprogrammingin which several jobs are in main memory at once; a processor is switched fromjob to job as needed to keep several jobs advancing while keeping the peripheraldevices in use.

例如,在没有进行多道程序设计的系统上,当暂停当前作业以等待其他I/O操作完成时,CPU只是处于空闲状态直到I/O完成。这个问题的解决方案是将内存分成几个部分,每个分区中都有不同的作业。当一个作业等待I/O完成时,可以使用CPU完成另一项作业。For example, on the system with no multiprogramming, when the current job paused towait for other I/O operation to complete, the CPU simply sat idle until the I/Ofinished. The solution for this problem that evolved was to partition memoryinto several pieces, with a different job in each partition. While one job waswaiting for I/O to complete, another job could be using the CPU.

第三代操作系统另一个主要特征是称为假脱机(在线联机同时的外部设备操作)的技术。假脱机时,诸如磁盘的高速设备,迅速替换插入到了正在运行的程序和参与输入/输出程序的低速设备中。例如,输出不会直接写入打印机,而是写入磁盘。程序可以更快地运行到完成,并且当打印机可用时,可以更快地启动其他程序,可以打印输出。Anothermajor feature in third-generation operating system was the technique calledspooling (simultaneous peripheral operations on line). In spooling, ahigh-speed device like a disk interposed between a running program and alow-speed device involved with the program in input/output. Instead of writingdirectly to a printer, for example, outputs are written to the disk. Programscan run to completion faster, and other programs can be initiated sooner whenthe printer becomes available, the outputs may be printed.

请注意,假脱机技术非常类似于线程旋转到线轴(spool),因此可能比根据需要展开。Note thatspooling technique is much like thread being spun to a spool so that it may belater be unwound as needed.

在这一代分时技术中存在的另一个特征是多道程序技术的变体,其中每个用户具有在线联机(即online,直接连接)终端。由于用户在场并与计算机交互,因此计算机系统必须快速响应用户请求。分时系统被开发为多程序的大量同时交互式用户。Anotherfeature present in this generation was time-sharing technique, a variant ofmultiprogramming technique, in which each user has an on-line (i.e., directlyconnected) terminal. Because the user is present and interacting with thecomputer, the computer system must respond quickly to user requests, otherwiseuser productivity could suffer. Timesharing systems were developed to multiprogramlarge number of simultaneous interactive users.

20世纪60年代早期,商用电脑制造商制造了批次处理系统,此系统将工作的建置、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。Inthe early 1960s, commercial computer manufacturers built batch processingsystems that serialized the construction, scheduling, and execution of jobs. Atthis point, the manufacturer creates different operating systems for eachdifferent type of computer, so programs written for one computer cannot beported to other computers, even computers of the same model.

1964年,IBM推出了一系列用途与价位都不同的大型电脑IBM System/360,这是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(而非每种产品都用量身定做的操作系统)。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IBM R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IBM机器上执行。In 1964,IBM introduced a series of large-scale computers, IBM System/360, which useddifferent sizes and prices. This is the classic of the fire-powered console.And they all share an operating system code-named OS/360 (not an operatingsystem that is custom-made for each product). Making a single operating systemsuitable for the entire family of products is the key to System/360 success,and in fact the human system before IBM R is a descendant of this system.Applications written for System/360 are still available in modern IBM. Executedon the machine.

1963年,通用电气与贝尔实验室合作以PL/I语言建立的Multics,是激发70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。In 1963,the Multics, which was founded by the singular company and Bell Labs in PL/Ilanguage, was the inspiration for the establishment of many operating systemsin the 1970s, especially by Dennis Ritchie and Ken Thompson of AT&T BellLabs. Established UNIX system. In order to practice platform portability, thisoperating system was rewritten in C in 1969. Another small computer operatingsystem widely used in the market is VMS.

1.4 第四代20世纪1970年代 The 1970's -Fourth Generation

随着LSI(大规模集成电路)电路的发展,芯片、操作系统进入个人电脑和工作站时代的系统。微处理器技术已发展到可以构建与20世纪70年代大型机一样强大的台式计算机。两个操作系统主导了个人计算机领域:MS-DOS,由Microsoft公司为IBM PC(个人电脑)和其他使用Intel 8088 CPU及其后续产品的机器编写;以及UNIX,在使用Motorola 6899 CPU系列的大型个人计算机上占主导地位。Withthe development of LSI (Large Scale Integration) circuits, chips, operatingsystem entered in the system entered in the personal computer and theworkstation age. Microprocessor technology evolved to the point that it becomepossible to build desktop computers as powerful as the mainframes of the 1970s.Two operating systems have dominated the personal computer scene: MS-DOS,written by Microsoft, Inc. for the IBM PC and other machines using the Intel8088 CPU and its successors, and UNIX, which is dominant on the large personalcomputers using the Motorola 6899 CPU family.[3]

第一代微型计算机并不像大型电脑或小型电脑,没有装设操作系统的需求或能力,它们只需要最基本的操作程序,通常这种操作程序都是从ROM读取的,此种程序被称为监视程序(Monitor)。The first generation of microcomputers are not like large computers or smallcomputers. They do not have the requirements or capabilities to installoperating systems. They only need the most basic operating programs. Usually,such operating programs are read from ROM. It is called a monitor.

1.5 第五代20世纪1980年代后The 1980's - FifthGeneration

①20世纪80年代

1980年,家用电脑开始普及。通常此时的电脑拥有8b处理器及64KB内存、屏幕、键盘以及低音质喇叭。而20世纪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Commodore 64。此电脑没有操作系统,而是以一个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。此电脑上的游戏大多跳过BIOS层次,直接控制硬件。

1980年,微软公司收购了一家公司出产的操作系统,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分),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,造成不兼容的情况也普遍存在。某些操作的效能也是可怕得糟糕。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IBM PC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上最赚钱的公司之一。

1980年,苹果公司Mac OS操作系统与麦金塔电脑捆绑销售而崛起。那时施乐公司帕罗奥托研究中心员工多米尼克•哈根(Dominik Hagen)访问了苹果电脑史蒂夫•乔布斯(Steve Jobs),并向他展示了施乐发展的图形化使用者界面。苹果公司惊为天人,并打算购买此技术,但帕罗奥托研究中心并非商业机构而是研究单位,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界面,因此开始发展自己的图形化操作系统。现今的图形化接口技术与规则(如下拉式菜单、桌面图标、拖曳式操作与双击等图形化使用者界面)准确地说,是施乐创始的。

②20世纪90年代

Apple 1电脑:苹果电脑的第一代产品。延续20世纪80年代的竞争,90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曰趋繁复,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。

20世纪80年代于市场中崛起的苹果电脑,由于旧系统设计不良,使得其后继发展不力。苹果电脑决定重新设计其操作系统。经过许多失败的项目后,苹果于1997年推出其新操作系统——Mac OS测试版,而后推出的正式版取得了巨大的成功。这让原先失意离开苹果的史蒂夫•乔布斯风光再现。

除了商业主流的操作系统外,从20世纪80年代起在开放源码的世界中,BSD系统也发展了非常久的一段时间,但在90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捉弄,Linux取得了相当可观的开源操作系统市场占有率,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Intel CPU上),它也是一个分时多进程内核,以及具有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)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)。

在1983年,微软就想为MS-DOS建构一个图形化的操作系统应用程序,并称之为Windows(有人说这是比尔•盖茨被苹果的Lisa电脑上市所刺激)。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。

20世纪90年代初,微软与IBM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Windows 3.1一个以OS/2为基础的图形化操作系统,并在1995年8月15曰推出Windows 95。直到这时,Windows系统依然是建立在MS-DOS的基础上,因此消费者非常期待微软在令2000年所推出的Windows 2000上,因为它才算是第一个脱离MS-DOS基础的图形化操作系统。

③2000年以后

至2005年为止,用于通用计算机上的分布式操作系统主要有两个家族: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Windows、UNIX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。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&T UNIX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,像惠普公司的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Mac OS X是一个BSD特例,以取代早期小型市场上苹果公司的Mac OS,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IBM PC环境中的MS-DOS,现在版本是基于新的Windows NT内核,第一次是在OS/2中制定。与UNIX 不同,Windows只能运行在32位和64位的x86架构的CPU(如Intel或者AMD的芯片)上,尽管早期有版本运行于DEC Alpha、MTPS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着广泛的应用,如Web服务器和数据库服务器。

操作系统这类复杂大型软件的生产,变成完全需要研发、投入、逐步优化的计算机软硬件科技领域。操作系统的研发、协作、开放变得越来越多,越来越快,投入的人和资金也越来越多。

PS: thks4 ur support^_^

素材(5k字)

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x. 秦陇纪. 人工智能起源与发展正史; 西方哲学与人工智能、计算机; 数据科学与大数据技术专业概论; 人工智能研究现状及教育应用; 数据资源概论; 文本数据溯源与简化; 大数据简化技术体系; 数据简化社区概述. [EB/OL], 数据简化DataSimp(微信公众号),https://dsc.datasimp.org/, http://www.datasimp.org, 2017-06-06, visit date: 2019-06-18Tue

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计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史(74k字)

秦陇纪2010-2019©科学Sciences

Sciences259计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史SP20190618TueQinDragon.docx

简介:计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史。作者:秦陇纪。素材:Wiki等网文/秦陇纪微信群聊公众号,素材附引文出处。下载:本文69k+字68+图50+页PDF,公号发“操作系统史”获取。版权:科普文章仅供学习,公开资料©版权归原作者,勿用于商业非法目的,保留对应权利。有事留言或邮询QinDragon2010@qq.com。转载:请写明作者、出处、时间等信息,如“来自公号©科学Sciences,作者:秦陇纪,时间:20190618Tue©数据简化DataSimp社区2010-2019NC非商业授权”等字样,欢迎分享、赞赏支持。

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原文发表时间:2019-06-30

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