La historia de la informática no puede ser escrita si no son mencionados los programas o software que como un torrente en líneas de código e instrucciones le dan vida al cuerpo o hardware de cualquier dispositivo electrónico en nuestros días. Escribir, además, sobre los sistemas operativos, la llamada alma de la computadora, es por otra parte, muy difícil. Ahora, a ciencia cierta, ¿qué son los sistemas operativos?
Los sistemas operativos o SO, como se les conoce, no son más que programas que luego de ser cargados en una computadora por el conjunto de códigos de carga, una rutina conocida como BOOT, administran todos los demás programas (aplicaciones) que corren en la máquina. Las aplicaciones a su vez interactúan con el SO mediante llamadas de servicios definidas bajo el nombre de API (aplication program interface). A su vez el propio usuario interactúa directamente con el SO mediante la interfaz de usuario, ya sea ésta por comandos o gráfica (GUI).
Entre las tareas que realiza un SO tenemos:
- Si es un sistema multitarea: asignar y controlar los recursos del sistema, definir qué aplicación y en qué orden deben ser ejecutadas.
- Manejar la memoria del sistema que comparten las múltiples aplicaciones.
- Maneja los sistemas de entrada y salida, incluidos discos duros, impresoras y todo tipo de puertos.
- Envío de mensajes de estado a las aplicaciones, al administrador de sistema o al propio usuario, sobre cualquier error o información necesaria para el trabajo estable y uniforme del sistema.
- Asume tareas delegadas de las propias aplicaciones, como impresión en background y procesamiento por lotes, con el fin de que éstas ganen en eficiencia y tiempo.
- Administra, de existir, el procesamiento en paralelo.
Es de observador que el diseño de un SO está estrechamente vinculado al hardware donde reside y a su vez determinará la forma en que se programen las aplicaciones para dicho hardware. En la historia de la computación han existido muchos SO, al inicio todos atados a cada máquina en la que corrían: la marca tal lleva el programa tal, la marca más cual, el programa más cual. Posteriormente fueron asociados a cada plataforma y finalmente se hicieron multiplataformas
Los sistemas operativos han venido evolucionando a través de los años . ya que los sistemas operativos se han apegado íntimamente a la arquitectura de las computadoras en las cuales se ejecutan .
La primera computadora digital real fue diseñada por el matemático ingles Charles Babbage ( 1792 - 1871) . Aunque Babbage gasto la mayor parte de su vida y de su fortuna intentando construir su " maquina analítica " , nunca la hizo funcionar adecuadamente porque era un diseño puramente mecánico y la tecnología de su época no podía producir las ruedas, el engranaje, levas y otras partes mecánicas con la alta precisión que el necesitaba. Sin tener que decirlo, la maquina analítica no tuvo un sistema operativo.
La primera generación (1945 - 1955 ) : Tubos de vacío y tableros enchufables
Después de los esfuerzos frustrados de Babbage, se progresó poco en la construcción de computadoras digitales hasta la segunda guerra mundial, alrededor de la mitad de la década de 1940, Howard Aiken en Hardvard, Jon Von Neumann en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, J. Presper Ecker y William Mauchley en la Universidad de Pennsylvania y Konrad Zuse en Alemania, entre otros, todos obtuvieron resultados óptimos en la construcción de maquinas de calculo mediante el uso de tubos de vacío.
En estos primeros días, un grupo singular de personas diseño, construyo, programo, opero y dio mantenimiento a cada maquina. Toda la programación se realizo en lenguaje de maquina absoluto. Los lenguajes de programación se desconocían ( todavía no existía el lenguaje ensamblador ). Los primeros sistemas operativos eran extraños. El modo usual de operación consistía en que el programador firmaba para tener acceso a un bloque de tiempo en la hoja de registro situada en la pared, después bajaba al cuarto de maquinas, insertaba su tablero enchufable en la computadora y pasaba las siguientes horas esperando que ninguno de los 20,000 tubos de vació se fundiera durante la ejecución de su programa.
Al inicio de la década de 1950, la rutina había mejorado un poco con la introducción de la tarjetas perforadas. Ahora era posible escribir en tarjetas y leerlos, en vez de utilizar tableros enchufables; de lo contrario el procedimiento era el mismo.
La segunda generacion (1955 - 1965 ) : Transistores y sistemas de lote
La introducción del transistor a mediados de la década de 1950 cambio la imagen radicalmente. Las computadoras se volvieron lo suficientemente confiables, en un principio hubo una clara separación entre los diseñadores, armadores, operadores, programadores y personal de mantenimiento.
Estas maquinas se instalaban en cuartos de computadoras especialmente acondicionados con aire, con cuerpo de operadores profesionales para accionarlas. un programador primeramente escribiría el programa en papel ( en FORTRAN o en lenguaje Ensamblador ) y después lo perforaría en tarjetas. Después llevaría la pila de tarjetas al cuarto de introducción al sistema y la entregaría a uno de los operadores el cual iniciaba el proceso en la computadora, este proceso desperdiciaba mucho tiempo.
Dado el alto costo del equipo, no es sorprendente que las personas buscaran rápidamente maneras de reducir el tiempo perdido. La solución que generalmente se adoptaba era el sistema de lote. La idea implícita en este sistema era la de conjuntar un cajón lleno de trabajos en el cuarto de introducción al sistema y después leerlos en una cinta magnética mediante el uso de una computadora ( relativamente ) pequeña y poco costosa, como la IBM 1401.
Después de casi una hora de recolectar un lote de trabajos, la cinta se volvía a enrollar y se llevaba al cuarto de maquinas. Después el operador cargaba un programa especial ( el ancestro del sistema operativo de hoy en día ) , el cual leía el primer trabajo y lo ejecutaba, la salida se escribía en una segunda cinta, en vez de imprimirse. Después de terminar cada trabajo, el sistema operativo leía automáticamente el siguiente trabajo de la cinta, y comenzaba a ejecutarlo.
La estructura de un trabajo de entrada común arrancaba con una tarjeta $JOB , que especifica el tiempo máximo de ejecución en minutos, el numero de cuenta que se cargara y el nombre del programador. Después venia una tarjeta $FORTRAN , que indicaba al sistema operativo que debía cargar el compilador de FORTRAN . Venia seguido de un programa que debía compilarse y después de una tarjeta $LOAD, que ordenaba al sistema operativo cargar el programa objeto recién compilado, después venia la tarjeta $RUN, que indicaba al sistema operativo que debía ejecutar el programa con los datos que le seguían. Por ultimo, la tarjeta $END marcaba el final del trabajo. Los sistemas operativos comunes eran FMS ( el sistema monitor del FORTRAN ) e IBSYS, sistema operativo de IBM de la 7094.
La tercera generación (1965 - 1980 ) : Circuitos integrados ( CI ) y multiprogramación
Al inicio de la década de 1960 muchos fabricantes de computadoras tenían dos líneas de trabajo distintas y totalmente incompatibles. Por un lado existían las computadoras científicas de grande escala orientadas a las palabras, como la 7094, que se utilizaban para realizar cálculos numéricos de ciencias e ingeniería. Por el otro lado estaban las computadoras comerciales orientadas a los caracteres, como 1401, que se utilizaban para el ordenamiento de cintas e impresión por parte de bancos y compañías de seguros.
El desarrollo y mantenimiento de dos líneas de productos diferentes era una proposición costosa para los fabricantes. Además, muchos nuevos compradores de computadoras necesitaban una maquina pequeña, pero después se expandían y querían una maquina de mayor tamaño que ejecutara todos sus programas antiguos, pero con mayor velocidad.
IBM intento resolver estos dos problemas de un solo golpe introduciendo en el mercado el Sistema/360. El 360 era una serie de maquinas compatibles con el software que variaban del tamaño de la 1401 a una mucho mas poderosa que la 7094, el 360 estaba diseñado para realizar cálculos tanto científicos como comerciales. Por lo tanto una sola familia de maquinas podía satisfacer las necesidades de todos los clientes.
El sistema 360 fue la primera línea importante de computadoras que utilizo circuitos integrados ( CI ), con lo cual ofreció una mayor ventaja de precio/rendimiento sobre las maquinas de la segunda generación.
La intención era que todo el software, como el sistema operativo, tenían que funcionar en todos los modelos. Tenia que correr en sistemas pequeños, y en sistemas muy grandes. Tenia que funcionar adecuadamente en sistemas con algunos periféricos y en sistemas con muchos periféricos.
No había manera de que IBM escribiera una pieza de software que cumpliera todos esos requisitos conflictivos. El resultado fue un sistema operativo enorme y extraordinariamente complejo. Constaba de millones de líneas de lenguaje ensamblador escritas por miles de programadores, y contenía miles y miles de errores ocultos.
A pesar de tamaño y problemas enormes , OS/360 y los sistemas operativos similares de la tercera generación satisfacían a muchos de sus clientes razonablemente bien, También popularizaron varias técnicas importantes ausentes en los sistemas operativos de la segunda generación. La mas importante de estas fue la multiprogramación. Cuando el trabajo corriente se detenía para esperara a que se completara una operación en cinta u otra operación de E/S, la unidad central de procesamiento ( CPU ) simplemente permanecía ociosa hasta que terminara la operación de E/S . La solución que evoluciono consistía en partir la memoria en varias partes, con trabajo diferente en cada partición. Mientras que un trabajo esperaba a que se completara la E/S, otro trabajo podía estar utilizando la CPU. Si se podían mantener suficientes trabajos en la memoria central al mismo tiempo, la CPU podía mantenerse ocupada casi el 100% del tiempo.
Otra caracteristica de importancia en los sistemas operativos de la tercera generación era la capacidad de leer trabajos de tarjetas contenidas en el disco tan pronto como se llevaban al cuarto de computación. Siempre que se terminaba un trabajo, el sistema operativo podía cargar uno nuevo del disco en la partición no vacía y ejecutarlo, esta técnica se denomina manejo por cola de impresión.
Los sistemas operativos de la tercera generación seguían siendo básicamente sistemas de lote. Con los sistemas operativos de la tercera generación, el tiempo entre la entrega de un trabajo y la devolución de la salida comprendía a menudo varias horas.
El deseo de obtener un tiempo de respuesta corto marco el camino para el tiempo compartido, variante de la multiprogramación, en la cual cada usuario tiene una terminal en línea. En un sistema de tiempo compartido si hay 20 usuarios dentro del sistema y 17 de ellos están pensando o platicando o bien tomando café, la CPU puede distribuirse en turno para los tres trabajos que necesitan servicio.
Aunque el primer sistema de tiempo compartido ( CTSS ) serio fue creado en MIT en una unidad 7094 especialmente modificada, no se volvió popular sino hasta que el hardware de protección necesario se disemino durante la tercera generación.
Después del éxito del sistema CTSS, MIT, Bell laboratories y General electric decidieron embarcarse en el desarrollo de la " computadora de servicio publico ". conocido como MULTICS (Multiplexed information and computing service, información multicanalizada y servicio de computación ) . Para resumir una larga historia, MULTICS introdujo muchas ideas originales en la literatura de computación, pero su construcción era mas difícil de lo que nadie había sospechado. MULTICS tuvo enorme influencia sobre otros sistemas subsiguientes.
Otro avance durante la tercera generación fue el crecimiento de las minicomputadoras, comenzando con DEC PDP-1 en 1961. Uno de los científicos que había trabajado en el proyecto MULTICS, Ken Thompson, hallo después una pequeña PDP-7 y empezó a escribir después una versión desguarnecida de MULTICS para un usuario. Este sistema se llamo "UNICS" ( Uniplexed information and computing service, información unicanalizada y servicio de computación ), pero su ortografía cambio mas tarde por UNIX. UNIX se ha desplazado a mas computadoras que ningún otro sistema operativo de la historia y su uso sigue aumentando rápidamente.
La cuarta generación (1980 - 1990 ) : Computadoras personales
Con la creación de los circuitos integrados LSI (integración a grande escala) , chips que contiene miles de transistores en un centímetro cuadrado de silicon, la era de computadora personal vio sus inicios.
Dos sistemas operativos han dominado la escena de la computadora personal: MS-DOS, escrito por Microsoft, Inc., para la IBM PC y otras computadoras que utilizan la CPU Intel 8088 y sus sucesores. y UNIX, que domina en las computadoras personales mayores que hacen uso de CPU Motorota 68000.
Aunque la versión inicial de MS-DOS era relativamente primitiva, versiones subsiguientes han incluido más y mas características de UNIX, lo que no es totalmente sorprendente dado que Microsoft es un proveedor importante de UNIX, que usa el nombre comercial de XENIX.
Un avance importante que empezó a tomar su sitio a mediados de la década de 1980 es el desarrollo de redes de computadoras personales que corren sistemas operativos en red y sistemas operativos distribuidos. En un sistema operativo en red, los usuarios tienen conocimiento de la existencia de múltiples computadoras y pueden ingresar en maquinas remotas y reproducir archivos de una maquina a la otra. Cada maquina ejecuta su sistema operativo local y tiene un usuario propio (o usuarios).
Un sistema distribuido, es aquel que se presenta ante sus usuarios como un sistema uniprocesador tradicional, aunque en realidad este compuesto de múltiples procesadores. En un sistema distribuido real, los usuarios no tienen conocimiento de donde se están ejecutando sus programas o de donde están ubicados sus archivos; todo esto se debe manejar en forma automática y eficiente por medio del sistema operativo.
Los sistemas operativos en red no son fundamentalmente diferentes de los sistemas operativos uniprocesadores. Sin duda necesitan un controlador de interfaz en red y algún software de bajo nivel para impulsarlo, así como programas para lograr un ingreso remoto al sistema y un acceso remoto del archivo.
Los sistemas operativos distribuidos reales requieren más que simplemente agregar un poco de código a un sistema operativo uniprocesador, ya que los sistemas operativos distribuidos y centralizados difieren de manera decisiva.
