Historie operačních systémů (1. díl)

Nejvíce rozšířeným operačním systémem na osobních počítačích je v současnosti Microsoft Windows. Kromě osobních počítačů se ale běžný uživatel může také setkat se systémem Android či iOS na mobilních zařízeních. Co je to vlastně operační systém, jak vznikl a které další systémy byly a jsou na trhu? Více v následujícím seriálu, který se v první díle zaměřuje na 50. a 60. léta minulého století.

Na úvod je dobré zmínit poměrně vyčerpávající definici operačního systému z Wikipedie: “Operační systém je v informatice základní programové vybavení počítače (tj. software), které je zavedeno do paměti počítače při jeho startu a zůstává v činnosti až do jeho vypnutí. Skládá se z jádra (kernel) a pomocných systémových nástrojů. Hlavním úkolem operačního systému je zajistit uživateli možnost ovládat počítač, vytvořit pro procesy stabilní aplikační rozhraní (API) a přidělovat jim systémové zdroje.”

Jak je patrné, jedná se tedy o základní systém, bez kterého by žádný počítač nemohl s uživatelem komunikovat a ani řídit své vnitřní procesy. Jak si ale ukážeme, operační systémy nebyly v počítačích vždy.

Od historie po současnost - Von Neummanova architektura

V rané počítačové historii představoval počítač stroj, který byl sestrojen pouze za jediným účelem a bylo téměř nemožné změnit jeho programové vybavení. Program byl implementován napevno v hardwaru a změna programu znamenala i výměnu samotných hw komponent. Tento princip změnila v polovině 40. let minulého století až Von Neumannova architektura.

Matematik maďarského původu John von Neumann, který v té době pracoval na vládním projektu označovaném jako Projekt Manhattan prezentoval v té době zásadní návrh počítacího stroje s uloženým programem - Von Neummanovo schéma.

Von Neumannovo schéma představuje architekturu moderních počítačů, pod kterou chápeme specifikaci jednotlivých částí počítače, jejich funkcí a způsobu jejich propojení.

Počítač se ve Von Neumannově architektuře skládá z těchto částí:

operační paměť – ukládá programy a data, která jsou přemisťována ke zpracování do procesoru počítače,
aritmeticko-logická jednotka (procesor) – slouží k vlastnímu zpracování informací,
řadič – řídící část – řídí celý počítač dle instrukcí programů,
vstupní/výstupní zařízení – slouží ke komunikaci počítače s uživatelem a vnějším okolím počítače.

Kromě Von Neummanovy architektury existují ještě i jiné návrhy, které se ale využívají převážně ve specializovaných zařízeních (např. mikrokontrolér PIC založený na Harvardské architektuře). Tyto součástky jsou určeny pro jednodušší úlohy měřícího či kontrolního charakteru.

Koncem 50. let minulého století ale začalo být již patrné, že Von Neummanův koncept bude představovat hlavní proud, jakým se bude návrh počítačů ubírat. V té době začaly vznikat také první operační systémy.

Jednoúlohové a víceúlohové operační systémy

V počítačových centrech se používaly děrné štítky nebo pásky pomocí kterých byla data předkládána hlavnímu počítači a ten je zpracovával. Muselo se čekat na dokončení operace bez možnosti běhu více programů zároveň. Vznik OS byl logickým krokem jak zkrátit dobu čekání na výsledek jedné I/O operace zpracovávané na počítači > jednoduchý operační systém přepínal mezi úlohami, které čekaly na dokončení I/O operací, čímž vznikl pojem multitasking.

Dnešní operační systémy jsou typicky víceúlohové, ale ještě v nedávné historii byly na trhu běžně k dispozici jednoúlohové systémy (např. MS-DOS). Práce s jednoúlohovým systémem je z pohledu uživatele poměrně nepraktická (rozpracovaná činnost se musí uložit, zavřít program a teprve poté spustit jiný). Z pohledu programátora je ale vývoj aplikací pro tento typ operačního systému jednodušší a nároky na systémové zdroje jsou také nízké. Zvyšující se výkon počítačů, jejich stále klesající cena a rostoucí nároky uživatelů ovšem zapříčinily rozvoj spíše víceúlohových systémů.

Během 50. a 60. let vznikla celá řada systémů, převážně pro počítače IBM (IBM ovládala v roce 1964 ze 70% trh počítačů), ale samozřejmě i pro jiné společnosti. K nejznámějším patří například OS/360 vyvinutý pro modelovou řadu počítačů System/360 či DOS/360. Koncem 60. let spatřil svět i systém Unics (později UNIX) používaný na počítačích DEC (Digital Equipment Corporation).

Unix - používaný systém již 40 let

Unix se na trhu drží již přes 50 let a jeho význam neustále roste. S Unixem je možné pracovat především na serverech či pracovních stanicích. Velmi často je možné se s Unixem setkat jako s platformou pro běh webových serverů. Dle agentury W3Tech je Unix takto nainstalován na více jak 65 % všech serverů.

Čemu ale vděčí Unix za svojí popularitu? Za tímto úspěchem stálo několik faktorů:

Systém byl v první polovině 70. let přepsán do jazyka C (jazyk vyšší úrovně), čímž došlo ke snadné přenositelnosti na jiný hardware
Zdrojové kódy systému jsou dostupné
Orientuje se na jednoduchost a dokumentaci jednotlivých komponent
Podporuje multiuživatelský přístup s terminálovým přístupem
V neposlední řadě byl Unix díky své jednoduchost také často využíván při výuce na školách.

Na základě Unixu vzniklo během krátké doby mnoho dalších operačních systémů, které se etablovaly na trhu - především na osobních počítačích. Mezi nejznámější patří Linux, BSD, Solaris, atd... Podle agentury Net Applications ale představuje Linux v současnosti pouze 1,22 % všech instalací, zatímco systém Windows od společnosti Microsoft dominuje více jak 91 % trhu. Trh osobních počítačů je tedy diametrálně odlišný od serverů a jiných pracovních stanic.

Zdroje:

http://www.netmarketshare.com/operating-system-market-share.aspx?qprid=8&qpcustomd=0&qpsp=56&qpnp=3&qptimeframe=Q
http://w3techs.com/technologies/overview/operating_system/all
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_operating_systems
http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2002/xvanek.html
http://www.fi.muni.cz/usr/brandejs/unix/brandejs_unix_beamer.pdf