Trước khi hệ điều hành, khái niệm nào đã được sử dụng để làm cho chúng hoạt động? [đóng cửa]

Các hệ điều hành có liên quan chặt chẽ đến kiến ​​trúc máy tính. Một hệ điều hành đảm nhiệm tất cả đầu vào và đầu ra trong một hệ thống máy tính. Nó quản lý người dùng, quy trình, quản lý bộ nhớ, in ấn, viễn thông, kết nối mạng, vv Nó gửi dữ liệu tới đĩa, máy in, màn hình và các thiết bị ngoại vi khác được kết nối với máy tính.

Trước khi giới thiệu Hệ điều hành,

Những gì đã được sử dụng trong các hệ thống máy tính để làm cho chúng hoạt động?

Khái niệm nào đã được sử dụng cho hệ điều hành trong quá trình phát triển máy tính của chúng tôi?

Máy tính sớm ^† chạy một chương trình cùng một lúc.

Các chương trình được tải trực tiếp từ (ví dụ) băng giấy có lỗ đục vào nó.

Bạn muốn chương trình máy tính đầu tiên ^† bằng cách thiết lập một tập hợp lớn các công tắc on-off.

Bức tượng khổng lồ:

Bản đồ:

Manchester:

^† Tôi đang sử dụng từ "Computer" để có nghĩa là các loại thiết bị mà tồn tại hiện nay lên đến hàng tỷ. Trong số lượng lớn máy tính này, tất cả trừ một số lượng nhỏ không đáng kể là các máy tính lập trình điện tử kỹ thuật số với các chương trình được lưu trữ. Tôi chắc chắn rằng câu hỏi ban đầu không phải là về cách những người có chức danh "Máy tính" đã dành ngày làm việc của họ. Ở giữa hai loại máy tính này, có một sự tiến triển của các thiết bị thú vị không có trong câu trả lời này.

Nguồn: Lịch sử hệ điều hành

Các hệ điều hành đã phát triển qua một số giai đoạn hoặc thế hệ riêng biệt tương ứng với các thập kỷ.

Những năm 1940 - Thế hệ đầu tiên

Các máy tính điện tử kỹ thuật số đầu tiên không có hệ điều hành. Các cỗ máy thời đó còn sơ khai đến mức các chương trình thường được nhập từng bit một vào các hàng công tắc cơ học (bảng cắm) . Ngôn ngữ lập trình không xác định (thậm chí không phải ngôn ngữ lắp ráp). Hệ điều hành chưa từng nghe thấy.

Những năm 1950 - Thế hệ thứ hai

Đến đầu những năm 1950, thói quen đã được cải thiện phần nào với sự ra đời của thẻ đục lỗ. Các General Motors Research Laboratories triển khai các hệ điều hành đầu tiên vào đầu năm 1950 cho IBM của họ 701 . Hệ thống của 50 thường chạy một công việc tại một thời điểm. Chúng được gọi là hệ thống xử lý hàng loạt luồng đơn vì các chương trình và dữ liệu đã được gửi theo nhóm hoặc đợt.

Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_operating_systems

Các máy tính đầu tiên là máy tính lớn không có bất kỳ hình thức hệ điều hành nào.

Mỗi người dùng chỉ sử dụng máy trong một khoảng thời gian theo lịch trình và sẽ đến máy tính có chương trình và dữ liệu, thường là trên thẻ giấy đục lỗ và băng từ hoặc băng giấy. Chương trình sẽ được tải vào máy và máy sẽ được thiết lập để hoạt động cho đến khi chương trình hoàn thành hoặc gặp sự cố.

Các chương trình thường có thể được gỡ lỗi thông qua bảng điều khiển bằng cách sử dụng các công tắc bật tắt và đèn bảng. Người ta nói rằng Alan Turing là bậc thầy về điều này trên cỗ máy Manchester Mark 1 đầu tiên, và anh ta đã có được khái niệm nguyên thủy về một hệ điều hành từ các nguyên tắc của máy Universal Turing.

Quay trở lại sự khởi đầu của các hệ thống máy tính mà bạn không có các hệ thống máy tính đơn lẻ, thay vào đó bạn có các máy tính lớn.

Các máy tính lớn này sẽ chạy trên các thẻ đục lỗ có chứa chương trình của bạn (và thường là dữ liệu của bạn). Mọi người sẽ được phân bổ thời gian trên các hệ thống này, mang theo thẻ của họ và cắm chúng vào máy để họ xử lý. Máy sẽ chạy chương trình cho đến khi hoàn thành thì người dùng tiếp theo sẽ đi cùng với băng và thẻ của họ.

Về cơ bản đó là cách nó hoạt động.

1890-1950 - Hoạt động vốn có của hệ thống Những máy tính đầu tiên có tương đương với những gì một hệ điều hành hiện được tích hợp trong chúng. Bạn (nhà điều hành) cũng là một phần của hệ điều hành. Bạn đã tắt các công tắc đăng ký (hoặc sử dụng thẻ đục lỗ) và đổi dây điện xe buýt (nghĩ về trạm điều hành điện thoại thời trang cũ) và bộ nhớ được liên kết (thông qua dây vật lý) trực tiếp với bóng đèn (màn hình trong ngày) và máy in ( lưu trữ dài hạn) theo cách mà đầu ra chương trình sẽ sáng lên và in trực tiếp lên thiết bị khi thiết bị được đặt vào bộ nhớ đệm đầu ra. Không có trình điều khiển cần thiết cho những thứ này bởi vì (do cách các dây vật lý đó được chạy) chúng 'chỉ hoạt động' (cũng không có thứ gì giống như màn hình trong những ngày này. Trong thực tế, nó vẫn còn vài thập kỷ nữa cho đến thời đại này cho đến khi một màn hình số kỹ thuật số sẽ được phát minh để bạn thực sự có thể thấy các số bạn đã nhập vào thanh ghi và đầu ra dưới dạng số thập phân; máy in cai trị toàn bộ thời đại này cho đến khi màn hình. Chúng được nối dây chính xác như chúng cần để hoạt động chính xác. Không có phần nào thực sự thay đổi nhiều với việc chuyển đổi từ cơ học (1890) sang tương tự điện (1910) sang kỹ thuật số (1930). Kiến trúc 'Plug N play' này đã được thay thế bằng hệ thống ngắt trong thời gian này và sẽ không xuất hiện trở lại cho đến cuối những năm 1990; tất nhiên sau đó sẽ có rất ít cắm. Khi bị gián đoạn, các thiết bị được phép mất thời gian CPU cho phép các kiến ​​trúc được tạo ra T trực tiếp gắn liền với phần cứng nhưng phải mất vài thế hệ để đây thực sự là quá trình hợp lý mà chúng ta thấy trong vòm x86 (và mới hơn); các hệ thống ban đầu thường gặp phải các điều kiện chạy đua khủng khiếp, khả năng tương thích phần cứng \ sự cố trì hoãn và các hành vi kỳ quặc khác khi có sự gián đoạn. Bởi vì mỗi máy sử dụng các kiến ​​trúc hoàn toàn khác nhau (một thử nghiệm) trong giai đoạn này; gần như tất cả các thiết bị được tùy chỉnh cho máy họ làm việc.

1950-1973 - Hoạt động trong một hệ thống Thời đại này chứng kiến ​​sự ra đời của hầu hết các tính năng mà chúng ta nghĩ đến khi chúng ta nói về một hệ điều hành thực sự. Gỡ lỗi, ngôn ngữ lập trình, đa người dùng, đa tác vụ, thiết bị đầu cuối, ổ đĩa loại, mạng, tiêu chuẩn hóa các thành phần, vv đều được giới thiệu trong thời đại này. Lần này đã chứng kiến ​​một bước nhảy vọt về tiêu chuẩn hóa phần lớn điều này có nghĩa là chúng tôi có nhiều thiết bị được tiêu chuẩn hóa hơn nhưng mỗi hệ điều hành được chế tạo thủ công cho mỗi máy, điều đó có nghĩa là chức năng của hệ điều hành bị hạn chế nghiêm trọng bởi bất kỳ kỹ sư nào thiết kế hệ thống cụ thể mà họ cần . Trong thời gian này, có một vùng màu xám đáng kể trong hệ điều hành là gì bởi vì các kiến ​​trúc khác nhau xử lý mọi thứ khác nhau và một máy đa năng sẽ cần nhiều HĐH hơn một máy bao gồm phần cứng để xử lý các công việc tương tự. Thực tế là phần cứng luôn luôn nhanh hơn phần mềm và thực tế mọi thứ được thực hiện trong phần mềm về mặt lý thuyết đều có thể được thực hiện trong phần cứng (đó là chi phí \ linh hoạt \ kích thước \ thời gian \ vv, điều này hạn chế chúng tôi tạo ra các phiên bản phần cứng gần như thuần túy ngày). Một hệ điều hành được tạo ra cho một máy tính hoặc loại máy tính cụ thể; nó sẽ không hoạt động ở nơi khác Mỗi thiết kế máy tính mới cần tất cả các phần mềm hệ điều hành cấp thấp được viết lại từ đầu để làm việc với một kiểu máy cụ thể. Gần cuối thời gian này, một hệ điều hành mới xuất hiện sẽ sớm thay đổi mô hình này, UNIX được viết tại Bell Labs bởi Ken Thompson và Dennis Ritchie.

1973 - Hoạt động giữa các hệ thống Một chương trình duy nhất đã thay đổi tất cả những điều này nhưng nó không phải là UNIX. Đó là trình biên dịch C (được Ken Thompson và Dennis Ritchie nổi tiếng thực hiện trong nhà để xe sau khi Bell Labs cắt nó). Cho đến thời điểm này, bất cứ khi nào bạn viết mã, đó là mã máy (mã mà máy trực tiếp hiểu nhưng không thể mang theo được) hoặc nó được viết bằng ngôn ngữ biên dịch mã của bạn thành mã byte (mã được hiểu bởi một chương trình khác vì nó chạy). Sự khác biệt rất lớn đối với các HĐH mà C mang theo là khả năng thực hiện cái được gọi là biên dịch chéo thành mã máy. Điều này có nghĩa là mã có thể được viết một lần và được biên dịch để chạy trên nhiều loại máy khác nhau miễn là trình biên dịch đã được viết cho máy đó. Hệ điều hành phải được viết bằng mã máy vì mã máy đúng là mã duy nhất mà máy biết.

Tôi sẽ nói rằng không phải cho đến khi Ken và Dennis lần đầu tiên biên dịch hạt nhân UNIX bằng trình biên dịch C mà một hệ điều hành thực sự theo nghĩa hiện đại đã ra đời. Trước đó, HĐH là một đối tượng vật lý hoặc đơn giản là một khối không gian bộ nhớ được khởi tạo trước được thiết kế dành riêng cho một máy cụ thể. Thêm các thiết bị mới vào hệ thống theo nghĩa đen yêu cầu phải viết lại mã 'kernel'. Giờ đây, HĐH UNIX mà họ đã thiết kế cho một máy cụ thể có thể được biên dịch lại và chạy trên các máy khác mà không cần viết lại MỌI THỨ (miễn là máy đó có thể biên dịch trình biên dịch C từ môi trường bootstrap, phần còn lại của HĐH có thể được viết mã C tương đối cao).

Ban đầu, các chương trình được gắn vào máy tính, chương trình sẽ bắt đầu chạy chương trình ngay lập tức từ một vị trí cụ thể khi khởi động.

Sau đó, các hình thức lưu trữ ngoại tuyến khác nhau đã được phát minh: thẻ đục lỗ, băng, trống, thậm chí cả đĩa. Linh hoạt hơn nhiều. Nhưng không thể truy cập trực tiếp từ CPU. Chương trình cần được tải vào bộ nhớ trước khi có thể chạy. Vì vậy, bạn viết một chương trình để tải chương trình của bạn. Điều này được biết đến như là một trình tải , hoặc bootstrap (từ biểu thức "để tự kéo lên bằng dây đai khởi động của bạn").

Khi hệ thống trở nên phức tạp hơn, bạn có thể có một trình tải đơn giản tải một trình tải phức tạp hơn. Điều này bắt đầu với các máy vi tính: trình tải băng bình thường rất chậm, vì vậy hãy tải một bộ giải nén và tải nhanh phần còn lại của băng. Hoặc bộ tải tốc độ đĩa nhân đôi hệ thống bảo vệ sao chép bằng cách thực hiện những điều không chuẩn với đĩa.

Hoặc quá trình khởi động PC trước UEFI: bộ xử lý bắt đầu thực thi trong BIOS. Điều này tải khu vực đầu tiên ra khỏi đĩa và nhảy vào nó. Điều đó tìm kiếm một phân vùng hoạt động và tải một bộ tải khởi động từ đó, tải hệ điều hành. Ban đầu, đó sẽ là HOL.COM cho MSDOS; bây giờ thường là NTLDR.EXE cho Windows.

Cần lưu ý rằng trong phần cứng đầu (trước năm 1960), I / O đơn giản hơn nhiều. Bạn có thể đọc thẻ, hoặc bấm thẻ hoặc in một dòng trên máy in, mỗi dòng có một hướng dẫn duy nhất: kích thước bộ đệm đã được cố định và thường thì địa chỉ bộ đệm cũng được sửa.

Ngay cả trong những năm đầu thập niên 60, với các bộ xử lý tinh vi hơn (ví dụ 7090), bạn vẫn có thể đọc hoặc bấm thẻ với một thói quen nhỏ (khoảng 20 hướng dẫn), dễ dàng được sao chép vào mỗi chương trình.

Vì máy tính hoàn toàn dành riêng cho một công việc duy nhất, không có vấn đề gì nếu bộ xử lý không hoạt động trong khi chờ đầu đọc thẻ sẵn sàng để đọc thẻ tiếp theo hoặc cho máy in dòng tiếp nhận dòng tiếp theo.

Vâng, nó đã thành vấn đề, bởi vì thời gian tính toán thực sự tốn kém. Đây là lý do tại sao mọi người phát minh ra đa xử lý, chia sẻ thời gian, thêm I / O không đồng bộ, và ngắt và trình điều khiển thiết bị và hệ điều hành. Các giao diện thiết bị phần cứng trở nên phức tạp hơn, đối với người lập trình, cho phép truy cập vào các thanh ghi I / O cấp thấp hơn, đòi hỏi sự phức tạp hơn từ trình điều khiển thiết bị. Chi phí phức tạp này (bộ nhớ, thời gian lập trình) được khấu hao theo một số chương trình sử dụng các thiết bị "đồng thời", được hệ điều hành ghép lại.

Vẫn trong những năm 80, tôi đã sử dụng một máy tính dựa trên bộ vi xử lý, mô phỏng một trong những hệ thống cũ hơn đó. Các hướng dẫn máy có định dạng thống nhất trên 80 bit (10 octet) và hướng dẫn đọc phần đầu tiên của đĩa cứng đầu tiên và lưu trữ vào bộ nhớ tại địa chỉ 0 rất thuận tiện: 0000000000. Vì vậy, quy trình khởi động bao gồm mỗi sáng để gõ lệnh này trên thiết bị đầu cuối, nó đã lưu nó ở địa chỉ 0 và thực thi nó, sau đó tải khu vực khởi động và tiếp tục thực hiện ở lệnh tiếp theo (tại địa chỉ 10). Hệ thống tệp bao gồm một "tên" tệp ánh xạ bảng tĩnh cho các phạm vi của các lĩnh vực, được phân bổ thủ công! I / O được thực hiện trong trình biên dịch chương trình với các tệp đó bằng cách trực tiếp đọc hoặc ghi các cung, bù vào vị trí của tệp trên đĩa cứng đã được phục hồi bởi "

Thế hệ máy tính đầu tiên được thiết kế để sử dụng cá nhân rộng hơn có tên gọi là "Màn hình" trong ROM (chỉ đọc bộ nhớ).

Ngay sau khi khởi động, màn hình cung cấp giao diện dòng lệnh rất hạn chế chủ yếu để tải chương trình từ bộ lưu trữ dữ liệu như máy ghi âm và để bắt đầu thực thi (một vài lệnh khác có sẵn để nhập mã thủ công, trong khi hiếm khi cần). Chỉ có một chương trình có thể chạy tại thời điểm.

Khác với hệ điều hành, Monitor không hỗ trợ hệ thống tập tin dưới bất kỳ hình thức nào. Nhà điều hành con người chịu trách nhiệm tìm kiếm băng phù hợp, đưa nó vào máy ghi âm và định vị khi bắt đầu chương trình cần thiết để tải.

Giám sát các chức năng kết hợp của cả BIOS và hệ điều hành và đã rất rõ ràng là một phần mềm.

Sau khi bật, tín hiệu "đặt lại" ngắn chỉ đơn giản là zero bộ đếm chương trình giống như bất kỳ bộ đếm nào khác, đồng thời chuyển đổi bộ ánh xạ bộ nhớ (nếu có) để ánh xạ địa chỉ 0000 sang ROM Monitor. Thông thường có một số mạch phần cứng để ánh xạ lại Monitor vào không gian địa chỉ cao sau đó. Ngoài khởi động mã, nút "Đặt lại" cũng được sử dụng để chấm dứt chương trình đang chạy để có thể tải chương trình khác.

Nút "thiết lập lại" thô sơ có thể được tìm thấy trên một số máy tính để bàn ngay cả trong những ngày này.

Tiền thân trực tiếp nhất của hệ điều hành sẽ là sự kết hợp của các thư viện tiêu chuẩn để giao tiếp với các thiết bị và hệ thống trình tải bootstrap để đưa một chương trình vào bộ nhớ và bắt đầu chạy.