Jak nauczyliśmy maszyny liczyć i myśleć za nas? Część 28: Systemy operacyjne dla mikrokomputerów

W jednym z wcześniejszych felietonów (27 maja 2022 r.) pisałem o systemach operacyjnych – programach, których zadaniem jest nadzór nad wszystkimi czynnościami wykonywanymi przez komputer. Wcześniejsze felietony są dostępne na stronie rp.pl, można więc do nich zajrzeć, do czego bardzo zachęcam. W przywołanym felietonie pisałem o tym, że system operacyjny współpracuje z użytkownikiem, obsługując jego polecenia, a także współdziała ze wszystkimi programami użytkowymi, pełniąc wobec nich dwojakiego rodzaju rolę: zwierzchnika, który może program uruchomić lub zatrzymać, oraz służącego, który wyręcza programy użytkowe przy wykonywaniu rutynowych czynności – np. przy drukowaniu czy wyszukiwaniu potrzebnych danych na dysku.

Opisywane systemy przeznaczone były dla dużych komputerów (np. IBM 360) albo minikomputerów (np. PDP 11). Jednak pojawienie się pod koniec lat 70. mikrokomputerów spowodowało, że potrzebne stały się systemy operacyjne obsługujące te maleństwa. O ich ewolucji opowiadam w tym felietonie.

Zaczęło się od CP/M

Pierwszym systemem operacyjnym dla mikrokomputerów osobistych był CP/M (od angielskiej nazwy Control Program/Microcomputer, czyli Program Sterujący do Mikrokomputerów). System ten stworzył w 1974 r. Gary Kildall. Co ciekawe, ten system nie był dedykowany do konkretnego mikrokomputera, tylko dostosowano go do właściwości mikroprocesora Intel 8080, nadawał się więc do wszystkich mikrokomputerów budowanych na bazie tego 8-bitowego mikroprocesora. Co więcej, obsługiwał także mikrokomputery, które napędzał tańszy mikroprocesor Zilog Z80, używano go więc w mikrokomputerach ZX Spectrum (i jego polskiej wersji Elwro 800 Junior) oraz na Atari XL/XE. Korzystałem przed laty (co opisywałem we wcześniejszych felietonach) zarówno z ZX Spectrum, jak i Atari 800 XL, mogę więc potwierdzić, że był to system prymitywny, ale wygodny. Co więcej, po latach zetknąłem się z twórcami czysto polskiego mikrokomputera o nazwie ComPAN 8, który został zaprojektowany w Zakładzie Systemów Automatyki Kompleksowej PAN (stąd ten człon PAN pisany w nazwie komputera wielkimi literami) i był produkowany w latach 80. XX wieku w zakładach MERA-ELZAB w Zabrzu. Moja styczność z zespołem twórców tego mikrokomputera wynika z faktu, że wspomniany zakład rozwinął się potem i został przekształcony w funkcjonujący do dziś Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN z siedzibą w Gliwicach, a ja od blisko 20 lat jestem przewodniczącym Rady Naukowej tego Instytutu.

Produkcją i sprzedażą systemu CP/M zajmowała się stworzona przez Kildalla firma Digital Research Incorporated (DRI). Zasadniczą cechą systemu CP/M było to, że dopuszczał on funkcjonowanie w kontrolowanym mikrokomputerze tylko jednego programu, dlatego nie musiał mieć skomplikowanych narzędzi do podziału pamięci na obszary należące do różnych programów ani nie musiał przydzielać mikroprocesora kolejno do obsługi różnych procesów (tzw. time sharing), co bardzo podrażało systemy przeznaczone dla dużych komputerów.

Pod systemem CP/M na obsługiwanych przez ten system mikrokomputerach działała całkiem dobra kolekcja programów. Oczywiście był język BASIC, będący podstawowym narzędziem zarówno programowania, jak i wydawania na bieżąco komend komputerowi, dostępne były liczne gry, funkcjonował dość prymitywny, ale sprawny edytor tekstów WordStar i arkusz kalkulacyjny Multiplan. Twórcy systemu CP/M opracowali potem jego wersję dla 16-bitowych komputerów, ale ta wersja się nie przyjęła, bo zaczęło się już panowanie systemu MS-DOS. Ale o tym za chwilę.

Systemy operacyjne firmy Apple

Nie ulega wątpliwości, że we wczesnym okresie rozwoju mikrokomputerów osobistych prym wiodła na tym rynku firma Apple. Opisywałem koleje jej losu w felietonie publikowanym w „Rzeczy o Historii” 27 listopada 2020 r., gdzie wspomniałem o ogromnej popularności mikrokomputera Apple II. Komputer ten miał liczne zalety, ale początkowy system operacyjny stworzony w firmie Apple nie był najlepszy i został zastąpiony przez CP/M. Doskwierało to jednak ambitnym twórcom firmy Apple i w 1980 r. wypuścili oni komputer Apple III z bardzo zaawansowanym systemem operacyjnym stworzonym przez Wendella Sandera. System był nie tylko zaawansowany, ale tak się nazywał (Sophisticated Operating System). Niestety, skrót nazwy tego systemu (SOS), wiązany zwykle z katastrofą, okazał się proroczy. Komputer Apple III wraz z systemem SOS nie został zaakceptowany na rynku i jego produkcję szybko wstrzymano.

Dopiero wprowadzony w 1984 r. nowatorski komputer Macintosh zyskał uznanie, a jego system operacyjny o nazwie MacOS, zaprezentowany 24 stycznia 1984 r., stał się prawdziwą rewelacją na rynku, gdyż po raz pierwszy wprowadził graficzny interfejs użytkownika (okna, rozwijalne menu, myszkę, kursor, ikony). Jednak największa część rynku systemów operacyjnych dla komputerów osobistych była już wtedy w rękach konkurencji. W czasie gdy Apple precyzyjnie i finezyjnie doskonalił swoje komputery, ogromnie popularny, bijący później wszelkie rekordy sprzedaży mikrokomputer osobisty IBM PC (w formie oryginalnego produktu oraz w formie niezliczonych „klonów”, produkowanych przez różnych wytwórców) potrzebował systemu operacyjnego – i nie miał skąd go wziąć, bo firma IBM (która ostentacyjnie lekceważyła mikrokomputery) nie zdecydowała się zaangażować swoich programistów w tworzenie czegoś tak niepoważnego, jak system dla mikrokomputera. Nawet własnego!

Zuchwały start firmy Microsoft

I wtedy zgłosił się do IBM Bill Gates. Jego firma Microsoft była obecna na rynku mikrokomputerów głównie jako sprzedawca translatorów języka BASIC, ale dla IBM nie był to żaden partner. Jednak czas naglił, bo na 12 sierpnia 1981 r. przewidziana była publiczna premiera mikrokomputera IBM PC, a komputer ten nie miał systemu operacyjnego!

Gates po raz drugi w życiu zagrał va banque. Opisywałem w jednym z wcześniejszych felietonów, że w 1975 r. zgłosił do firmy MITS, że ma translator języka BASIC dla produkowanego i sprzedawanego przez tę firmę mikrokomputera Altair 8800. W rzeczywistości translatora nie miał, a Altair 8800 znał tylko z ogłoszeń prasowych. Ale ponieważ firma MITS była skłonna taki program kupić, Gates z Paulem Allenem zamodelowali mikrokomputer Altair na dostępnym na uniwersytecie minikomputerze, a potem pracując dzień i noc przez dwa tygodnie stworzyli tak dobry translator, że stał się on na wiele lat standardem dla większości mikrokomputerów.

Teraz sytuacja miała się powtórzyć. Gates w 1980 r. dowiedział się, że rozmowy między IBM a DRI (patrz wyżej) w sprawie zakupu 16-bitowej wersji systemu CP/M dla IBM PC nie powiodły się. Zuchwale zapowiedział, że on odpowiedni system ma i sprawi, że będzie obsługiwać IBM PC. Oczywiście systemu nie miał, ale jak podpisał kontrakt, to wyszukał istniejący, a mało znany, system do obsługi 16-bitowych komputerów o nazwie QDOS (Quick and Dirty Operating System). System został zbudowany przez Tima Petersona z firmy Seattle Computer, ale nie był promowany, nikt więc się nim nie interesował. Gates kupił wszelkie prawa do tego systemu za 75 tys. USD, trochę go przerobił, dostosowując do architektury logicznej komputera IBM PC, a w szczególności do obsługi dysków. A w sierpniu 1981 r. przekazał firmie IBM pod nazwą MS DOS (MicroSoft Disk Operating System). Warto zwrócić uwagę na zmianę znaczenia literki D w nazwach: w QDOS było to słowo „Dirty”, a u Gatesa – słowo „Disk” sygnalizujące bardzo silne oparcie systemu na dyskietkach 5,25 cala, a potem na dyskach twardych. To był dobry pomysł!

Mocne strony systemu MS DOS

System MS DOS bardzo szybko się rozprzestrzenił, bo na początku lat 80. XX wieku rynek dosłownie zalała ogromna liczba „klonów” komputerów IBM PC. Gates to przewidział i dlatego w kontrakcie z IBM zastrzegł sobie możliwość niezależnego rozwijania i sprzedawania tego systemu. W ten sposób mikrokomputer stworzony przez IBM napędzał klientów Gatesowi!

Zamówienia na MS DOS płynęły ogromną falą, a firma Microsoft ledwie nadążała z produkcją i wysyłaniem dyskietek z systemem (w taki sposób w tamtych czasach sprzedawanym). Oczywiście za falą zakupów szła fala zysków i firma Microsoft prawie z dnia na dzień stała się jednym z najważniejszych „graczy” na rynku oprogramowania. System MS DOS miał kilka bardzo dobrych rozwiązań, dzięki którym zdobył ogromną popularność.

Po pierwsze, był w bardzo mądry sposób podzielony na jądro (nazywane BIOS), które producent komputera musiał wbudować w postaci modułu ROM do elektroniki komputera, oraz pozostałą część systemu, która po starcie komputera była doładowywana z dyskietki (albo z kopii jej zawartości umieszczonej na twardym dysku). To powodowało, że bardzo łatwe (dla użytkownika) było instalowanie kolejnych wersji systemu, który Microsoft szybko zmieniał i doskonalił. Wystarczyło włożyć do komputera nową dyskietkę!

Ze względu na tę łatwość modernizacji od premiery w 1981 r. w odstępach od kilkunastu miesięcy do kilku lat stale pojawiały się kolejne nowe wersje MS DOS, przy czym postęp okazał się autentyczny – te nowe wersje były naprawdę coraz lepsze.

Po drugie, system MS DOS bardzo sprawnie zarządzał rozmieszczaniem informacji na dyskach (które informacje są na której ścieżce i w jakim sektorze) za pomocą narzędzia określanego jako FAT (File Allocation Table) – prostego oraz niezawodnego. W ulepszonej wersji to działa do dzisiaj!

No i Gates nie byłby sobą, gdyby do systemu MS DOS nie wbudował bardzo sprawnego translatora języka BASIC. Dla początkujących użytkowników komputerów osobistych IBM PC było to duże ułatwienie, gdyż wielu z nich wcześniej korzystało z języka BASIC na 8-bitowych mikrokomputerach domowych, zanim więc nauczyli się używać bardziej zaawansowanych narzędzi, mogli korzystać z narzędzia, które znali i lubili.

Zdetronizowany przez Windows

System MS DOS poza wymienionymi zaletami miał też niestety wady. Wynikały one głównie z tego, że był on narzędziem wyłącznie tekstowym. Wszystkie działania komputera uzyskiwało się, pisząc odpowiednie polecenia na klawiaturze, a komputer wszystkie komunikaty wyświetlał także w formie linijek tekstu na ekranie. Nie ukrywam, że osobiście bardzo to lubiłem i bez trudu osiągałem swoje cele, pracując właśnie w taki sposób. Jednak ucząc studentów, widziałem, jak się męczyli, zanim nauczyli się tworzyć te tekstowe komendy i interpretować tekstowe komunikaty – bo nie było to łatwe. Wszystko zmieniło się radykalnie, gdy nadeszła era systemu Windows, który dosłownie wymiótł system MS DOS z komputerów IBM PC. Ale o historii tego systemu opowiem w następnym felietonie z tego cyklu.