Apple DOS: История и Развитие Семейства Операционных Систем для Apple II

Введение

Семейство дисковых операционных систем

Apple DOS – это семейство дисковых операционных систем для серии микрокомпьютеров Apple II, выпускавшихся с конца 1978 года по начало 1983 года. В 1983 году Apple DOS была заменена ProDOS. Apple DOS имеет три основных выпуска: DOS 3.1, DOS 3.2 и DOS 3.3; за каждым из этих трех выпусков следовал второй, незначительный выпуск, предназначенный для исправления ошибок, но только в случае Apple DOS 3.2 этот незначительный выпуск получил собственный номер версии – Apple DOS 3.2.1. Наиболее известным и широко используемым выпуском является Apple DOS 3.3 в версиях 1980 и 1983 годов. До выпуска Apple DOS 3.1 пользователи Apple вынуждены были использовать аудиокассеты для хранения и восстановления данных.

История версий

Когда Apple Computer представила Apple II в апреле 1977 года, у нового компьютера не было дисковода или дисковой операционной системы (DOS). Хотя соучредитель Apple Стив Возняк разработал контроллер Disk II к концу того же года и считал, что мог бы написать DOS, его соучредитель Стив Джобс решил передать эту задачу на аутсорсинг. Компания рассматривала возможность использования CP/M от Digital Research, но Возняк искал операционную систему, которая была бы проще в использовании. 10 апреля 1978 года Apple подписала контракт с Shepardson Microsystems на 13 000 долларов на написание DOS и поставку в течение 35 дней. Apple предоставила подробные спецификации, а один из первых сотрудников Apple, Рэнди Виггинтон, тесно сотрудничал с Полом Лаутоном из Shepardson, пока тот писал операционную систему с помощью перфокарт и миникомпьютера. Apple DOS версий 1 или 2 не существовало. Версии с 0.1 по 2.8 были последовательно пронумерованными редакциями в процессе разработки, которые можно было бы назвать сборками с 1 по 28. Apple DOS 3.0, переименованная версия 2.8, так и не была выпущена в публичный доступ из-за ошибок. Apple не публиковала официальную документацию до выпуска 3.2. Apple DOS 3.1 была выпущена в июне 1978 года, чуть более чем через год после выпуска Apple II, и стала первой дисковой операционной системой для любого компьютера Apple. Позже вышел релиз с исправлениями ошибок, который решал проблему с помощью утилиты, используемой для создания мастер-дисков Apple DOS (загрузочных): встроенная команда создавала диски, которые можно было загрузить только на машинах с объемом памяти не меньше, чем у машины, которая их создала. В состав также входила самоперемещающаяся версия DOS, которая загружалась на Apple с любой конфигурацией памяти. Apple DOS 3.2 была выпущена в 1979 году, чтобы отразить изменения в методах загрузки компьютера, которые были встроены в преемника Apple II, Apple II Plus. Новая прошивка включала функцию автоматического запуска, которая автоматически находила контроллер диска и загружалась с него при включении системы, получив название "Autostart ROM". DOS 3.2.1 была выпущена в июле 1979 года с некоторыми незначительными исправлениями ошибок. Apple DOS 3.3 была выпущена в 1980 году. Она улучшала различные функции версии 3.2, одновременно обеспечивая значительное увеличение доступного объема памяти на дискетах. Новые ПЗУ P5A/P6A в контроллере диска позволяли читать и записывать данные с более высокой плотностью, поэтому на трек можно было сохранить 16 секторов (4 КБ) вместо 13 секторов (3,25 КБ), увеличивая емкость с 113,75 КБ до 140 КБ на сторону, из которых 16 КБ использовалось служебными структурами файловой системы и копией DOS, оставляя 124 КБ для пользовательских программ и данных. Однако DOS 3.3 не была обратно совместима; она не могла читать или записывать диски DOS 3.2. Для решения этой проблемы Apple Computer выпустила "MUFFIN" – утилиту для переноса файлов и программ Apple DOS 3.2 на диски версии 3.3. Apple никогда не предлагала утилиту для копирования в обратном направлении. Чтобы перенести файлы Apple DOS 3.3 обратно на диски версии 3.2, кто-то написал утилиту "NIFFUM". Существуют также коммерческие утилиты (например, Copy II Plus), которые могут копировать файлы между любым из этих форматов (и в конечном итоге ProDOS). Выпуск 3.3 также улучшил возможность переключения между Integer BASIC и Applesoft BASIC, если компьютер оснащен картой языка (расширением памяти) или картой прошивки.

When Apple Computer introduced the Apple II in April 1977, the new computer had no disk drive or disk operating system (DOS). Although Apple co founder Steve Wozniak designed the Disk II controller late that year, and believed that he could have written a DOS, his co founder Steve Jobs decided to outsource the task. The company considered using Digital Research's CP/M, but Wozniak sought an operating system that was easier to use. On 10 April 1978 Apple signed a $13,000 contract with Shepardson Microsystems to write a DOS and deliver it within 35 days. Apple provided detailed specifications, and early Apple employee Randy Wigginton worked closely with Shepardson's Paul Laughton as the latter wrote the operating system with punched cards and a minicomputer. There was no Apple DOS 1 or 2. Versions 0.1 through 2.8 were serially enumerated revisions during development, which might as well have been called builds 1 through 28. Apple DOS 3.0, a renamed issue of version 2.8, was never publicly released due to bugs. Apple published no official documentation until release 3.2. Apple DOS 3.1 was publicly released in June 1978, slightly more than one year after the Apple II was introduced, becoming the first disk based operating system for any Apple computer. A bug fix release came later, addressing a problem by means of its utility, which was used to create Apple DOS master (bootable) disks: The built in command created disks that could be booted only on machines with at least the same amount of memory as the one that had created them. includes a self relocating version of DOS that boots on Apples with any memory configuration. Apple DOS 3.2 was released in 1979 to reflect changes in computer booting methods that were built into the successor of the Apple II, the Apple II Plus. New firmware included an auto start feature which automatically found a disk controller and booted from it when the system was powered up—earning it the name "Autostart ROM". DOS 3.2.1 was then released in July 1979 with some minor bug fixes. Apple DOS 3.3 was released in 1980. It improves various functions of release 3.2, while allowing for large gains in available floppy disk storage. The newer P5A/P6A PROMs in the disk controller enable the reading and writing of data at a higher density, so 16 sectors (4 KiB) can be stored per track instead of 13 sectors (3.25 KiB), increasing capacity from 113.75 KB to 140 KB per side 16 KB of which is used by filesystem overhead and a copy of DOS, leaving 124 KB for user programs and data. DOS 3.3 is, however, not backward compatible; it cannot read or write DOS 3.2 disks. To address this problem, Apple Computer released "MUFFIN", a utility to migrate Apple DOS 3.2 files and programs to version 3.3 disks. Apple never offered a utility to copy in the other direction. To migrate Apple DOS 3.3 files back to version 3.2 disks, someone wrote a "NIFFUM" utility. There are also commercial utilities (such as Copy II Plus) that can copy files between either format (and eventually ProDOS as well). Release 3.3 also improves the ability to switch between Integer BASIC and Applesoft BASIC, if the computer has a language card (RAM expansion) or firmware card.

Загрузчик загрузки

Процесс загрузки Apple DOS включает в себя серию очень маленьких программ, каждая из которых продвигает процесс загрузки на несколько шагов, прежде чем передать управление следующей программе в цепочке. Изначально, ПЗУ Apple II вообще не поддерживало загрузку с диска. При включении отображалась командная строка Системного монитора. И в Системном мониторе, и в Integer BASIC есть команды для перенаправления вывода на драйвер принтера в указанном слоте, поэтому обычным способом загрузки с диска было дать компьютеру команду начать "печать" на карту интерфейса диска, обычно установленную в слот 6, используя команду (из ML-монитора) или (из BASIC). Когда монитор или BASIC выдавали следующий символ приглашения, компьютер вызывал подпрограммы ПЗУ на дисковой карте для "печати" на нее, после чего начиналась последовательность загрузки. (Можно было использовать перенаправление ввода для достижения аналогичного результата.) В качестве альтернативы, из ML-монитора пользователь мог напрямую вызвать загрузочный код контроллера с помощью команды, такой как . Когда был представлен Apple II Plus, он получил возможность сканировать каждый слот расширения (начиная с 7-го и заканчивая 1-м) в поисках загрузочной ROM-карты расширения и автоматически запускать ее. Загрузочный код ROM-карты расширения пытается загрузиться с диска 1 контроллера, перемещая головку чтения/записи на нулевой трек и пытаясь прочитать 256 байт из нулевого сектора этого трека. (Если доступный диск для чтения отсутствует, привод вращается непрерывно, пока диск не будет вставлен и дверца привода не будет закрыта.) Нулевой сектор содержит небольшую программу, которая инструктирует компьютер прочитать секторы 0–9 нулевого трека в память, используя часть загрузочного кода ПЗУ (при этом сектор 0 перечитывается). Программа в секторах 1–9 нулевого трека, включая полный код RWTS, затем загружает треки 1 и 2, которые содержат остальную часть DOS. На системном мастер-диске также содержится код для определения конфигурации оперативной памяти компьютера и размещения DOS как можно выше в системной памяти, до лимита в 48 КБ основной памяти Apple II ($BFFF). После загрузки DOS в память он пытается загрузить и выполнить программу автозагрузки, как указано в коде программы DOS. Обычно это программа на языке BASIC с именем HELLO (или другим именем), но DOS может быть модифицирован для запуска других типов программ при загрузке, например, исполняемого двоичного файла. Появление правой квадратной скобки (]) на экране указывает пользователю, что загружается программа автозагрузки Applesoft BASIC, а символ больше (>) указывает на загрузку программы Integer BASIC. (Это приглашения для соответствующих версий BASIC, которые в данный момент инициализируются.) Затем программа автозагрузки начинает выполняться.

The process of loading Apple DOS involves a series of very tiny programs, each of which carries the loading process forward a few steps before passing control to the next program in the chain. Originally, the Apple II ROM did not support disk booting at all. At power up it would display the System Monitor prompt. Both the Monitor and Integer BASIC have commands to redirect printing to a printer driver in a designated slot, so the conventional way to boot from disk then was to command the computer to start "printing" to the disk interface card, typically installed in slot 6, using the command (from the ML monitor) or (from BASIC). When the monitor or BASIC issued the next prompt character, the computer would call the ROM routines on the disk card to "print" to it, which would then proceed with the boot sequence. (One could use input redirection to similar ends.) Alternatively, from the ML monitor, the user could invoke the controller's boot code directly with a command like
When the Apple II Plus was introduced, it included the ability to scan each expansion slot (working downward from slot 7 to slot 1) for a bootable expansion card ROM, and automatically call it. The expansion card ROM boot code attempts to boot from drive 1 of the controller by moving the read/write arm to track zero and attempting to read 256 bytes from sector zero of that track. (If no readable disk is available, the drive spins indefinitely until one is provided and the drive door is closed.) Sector zero contains a small program which instructs the computer to read sectors 0 through 9 of track zero into memory using part of the ROM boot code (rereading sector 0 in the process). The program in sectors 1–9 of track 0, including the complete RWTS code, then proceeds to load tracks 1 and 2, which contain the rest of DOS. On a system master disk, code is also included to determine the computer's RAM configuration and relocate DOS as high into system memory as possible, up to the 48 KB limit of the Apple II's main memory ($BFFF). Once DOS is loaded into memory, it attempts to load and execute a startup program as indicated in the DOS program code. This is commonly a BASIC language program named HELLO (or some other name) but DOS can be modified to run other types of programs at startup, such as an executable binary file. The appearance of the right hand bracket (]) on the screen is an indication to the user that an Applesoft BASIC startup program is loading, while a greater than symbol (>) indicates that an Integer BASIC program is loading. (These are the prompts for the respective versions of BASIC, which are being initialized at this point.) The startup program then begins executing.

Поддержка Integer BASIC и Applesoft BASIC

Оригинальный Apple II включал в себя интерпретатор BASIC в ПЗУ, первоначально известный как Apple BASIC, а позже как Integer BASIC. Переменные в этом языке могут обрабатывать только целые числа в диапазоне от −32 768 до +32 767 (16-битные двоичные значения); числа с плавающей точкой не поддерживаются. Компания Apple заказала Microsoft разработку Applesoft BASIC, способного обрабатывать числа с плавающей точкой. Applesoft BASIC не может запускать программы, написанные на Integer BASIC, что вызывало сопротивление обновлению у некоторых пользователей. DOS 3.3 был выпущен, когда Applesoft BASIC стал стандартным в ПЗУ на Apple II Plus, поэтому Apple разработала его таким образом, чтобы поддерживать переключение между этими двумя интерпретаторами BASIC. Integer BASIC загружается в оперативную память на языковую карту Apple II (при наличии) и, вводя или из BASIC, пользователь может переключаться между любой версией.

Упадок

После 1980 года Apple DOS вошла в состояние стагнации, поскольку Apple сосредоточила свои усилия на злополучном компьютере Apple III и его операционной системе SOS. Еще две версии Apple DOS, обе по-прежнему называемые DOS 3.3, но с некоторыми исправлениями ошибок и улучшенной поддержкой новой модели Apple IIe, были выпущены в начале и середине 1983 года. Без сторонних патчей Apple DOS может читать только дискеты, работающие в 5,25-дюймовом накопителе Disk II, и не может получить доступ к другим носителям, таким как жесткие диски, виртуальные диски RAM или 3,5-дюймовые дискеты. Структура дисков Apple DOS (особенно карта свободных секторов, ограниченная частью одного сектора) такова, что невозможно получить более 400 КБ доступного пространства на диск одновременно без существенной переработки почти всех разделов кода; это основная причина, по которой Apple отказалась от этой версии DOS в 1983 году, полностью заменив Apple DOS на ProDOS. ProDOS сохраняет 16-секторный низкоуровневый формат DOS 3.3 для 5,25-дюймовых дисков, но вводит новый высокоуровневый формат, подходящий для устройств объемом до 32 МБ; это делает его пригодным для жестких дисков того времени и 3,5-дюймовых дискет. Все компьютеры Apple, начиная с II Plus, могут работать как с DOS 3.3, так и с ProDOS; для использования ProDOS модели Plus требуется расширение памяти "Language Card"; модели e и более поздние имеют встроенное аппаратное обеспечение Language Card и могут запускать ProDOS напрямую. ProDOS включает программное обеспечение для копирования файлов с дисков Apple DOS. Однако многие пользователи, которым не требовались улучшения ProDOS (и которым не нравился его значительно больший объем занимаемой памяти), продолжали использовать Apple DOS или один из ее клонов и после 1983 года. Политика Apple, заключающаяся в хранении загрузочной ОС на каждой дискете, означает, что коммерческое программное обеспечение можно использовать независимо от операционной системы пользователя. Программа DOS.MASTER позволяет пользователям создавать несколько виртуальных разделов DOS 3.3 на томе ProDOS большего размера, что позволяет использовать множество дискетных программ DOS с жестким диском. Вскоре после выхода ProDOS компания Apple отозвала разрешение у сторонних разработчиков на распространение DOS 3.3, но предоставила компании Syndicomm эксклюзивную лицензию на перепродажу DOS 3.3. Коммерческие игры обычно не использовали Apple DOS, предпочитая собственные дисковые процедуры для защиты от копирования, а также для повышения производительности.

After 1980, Apple DOS entered into a state of stagnation as Apple concentrated its efforts on the ill fated Apple III computer and its SOS operating system. Two more versions of Apple DOS, both still called DOS 3.3 but with some bug fixes and better support for the new Apple IIe model, were released in early and mid 1983. Without third party patches, Apple DOS can only read floppy disks running in a 5.25 inch Disk II drive and cannot access any other media, such as hard disk drives, virtual RAM drives, or 3.5 inch floppy disk drives. The structure of Apple DOS disks (particularly the free sector map, which was restricted to part of a single sector) is such that it is not possible to have more than 400 KB available at a time per drive without a major rewrite of almost all sections of the code; this is the main reason Apple abandoned this iteration of DOS in 1983, when Apple DOS was entirely replaced by ProDOS. ProDOS retains the 16 sector low level format of DOS 3.3 for 5.25 inch disks, but introduces a new high level format that is suitable for devices of up to 32 MB; this makes it suitable for hard disks from that era and 3.5 inch floppies. All the Apple computers from the II Plus onward can run both DOS 3.3 and ProDOS, the Plus requiring a "Language Card" memory expansion to use ProDOS; the e and later models have built in Language Card hardware, and so can run ProDOS straight. ProDOS includes software to copy files from Apple DOS disks. However, many people who had no need for the improvements of ProDOS (and who did not like its much higher memory footprint) continued using Apple DOS or one of its clones long after 1983. The Apple convention of storing a bootable OS on every single floppy disk means that commercial software can be used no matter what OS the user owns. A program called DOS. MASTER enables users to have multiple virtual DOS 3.3 partitions on a larger ProDOS volume, which allows the use of many floppy based DOS programs with a hard disk. Shortly after ProDOS came out, Apple withdrew permission from third parties to redistribute DOS 3.3, but granted one company, Syndicomm, an exclusive license to resell DOS 3.3. Commercial games usually did not use Apple DOS, instead having their own custom disk routines for copy protection purposes as well as for performance.

Выпуск исходного кода

В 2013 году, более чем через 35 лет после выхода Apple II, оригинальный исходный код операционной системы Apple DOS был опубликован Музеем истории компьютеров на своем веб-сайте. Его предоставил автор, Пол Лаутон.