DOS

DOS，是磁碟作業系統（英文：Disk Operating System）的縮寫，是個人電腦上的一類作業系統。從1981年直到1995年的15年間，DOS在IBM PC相容機市場中佔有舉足輕重的地位。而且，若是把部份以DOS為基礎的Microsoft Windows版本，如Windows 95、98和Me等都算進去的話，那麼其商業壽命至少可以算到2000年。 DOS家族包括MS-DOS、PC-DOS、DR-DOS、FreeDOS、PTS-DOS（英语：PTS-DOS）、ROM-DOS（英语：ROM-DOS）、JM-OS等，其中以MS-DOS最為著名。雖然這些系統常被簡稱為「DOS」，但沒有任何一個系統單純以「DOS」命名（只有一個毫無關連的1960年代IBM大型主機作業系統（英语：DOS/360）以此命名）。此外，有幾個和DOS無關、在非x86的微電腦系統上執行的磁碟作業系統在名稱中也有「DOS」字眼，而且在專門討論該機器的場合中也會簡稱為「DOS」（例如：AmigaDOS（英语：AmigaDOS）、AMSDOS（英语：AMSDOS）、ANDOS（英语：ANDOS）、Apple DOS、Atari DOS（英语：Atari DOS）、Commodore DOS（英语：Commodore DOS）、CSI-DOS（英语：CSI-DOS）、ProDOS、TRS-DOS（英语：TRS-DOS）等），但這些系統和DOS執行檔以及MS-DOS API並不相容。 所有DOS類的作業系統都是在使用Intel x86或其相容CPU的機器上執行的（主要是IBM PC及其相容機）。最早的時候，DOS並未受限於此；為了在許多以x86為基礎，但和IBM PC不相容的機器上執行，產生了不少特定機器版本的DOS及類似的作業系統。 DOS是單一使用者、單工的作業系統，擁有不可重入的基本核心函式（意即同時間只能有一個程式呼叫這些函式）。有一個例外的狀況，就是常駐程式（Terminate and Stay Resident，縮寫為TSR）。某些常駐程式允許使用者多工操作；然而此時仍有「核心不可重入」的問題：當一個行程（process）呼叫了作業系統核心中的服務函式（也就是系統呼叫）時，在這個呼叫結束之前，其他的行程絕對不能進行系統呼叫、打斷第一個行程。 DOS的核心為使用者程式提供了各式各樣的函式，例如：在螢幕上顯示文字、從鍵盤讀入字元、存取磁碟上的檔案等等。 DOS透過批次檔（副檔名為.BAT）提供界面腳本的功能。這些檔案是純文字格式的，可以用任何的文字編輯器（像是edit.com）編輯。他們執行起來和編譯而成的程式沒有兩樣。檔案中的每一行都被視為命令來執行。批次檔也可以使用數個內部命令，例如goto和條件運算式。 DOS提供了簡單的硬體抽象層，讓程式員可以開發文字界面的應用程式；但這個硬體抽象層無法存取大部份的計算機硬體，像是顯示卡、印表機，或是滑鼠等。這使得程式員必須直接存取硬體，導致每個應用程式都有屬於自己的一組硬體週邊驅動程式。硬體製造商會將他們的硬體規格書釋出，以確保在受歡迎的應用程式中有它們的驅動程式。 在DOS中，有數個名稱保留給裝置使用，無法拿來當一般檔案的名稱（不管副檔名是什麼）；這些保留名稱是用來將應用程式的輸出傳送給硬體週邊用的。這樣的限制也影響到數個版本的Windows，在某些情況下甚至會造成當機和安全性弱點。 其中一些保留名稱有：NUL:、COM1:或AUX:、COM2:、COM3:、COM4:、CON:、LPT1:或PRN:、LPT2:、LPT3:，以及CLOCK$。 在DOS中，磁碟機是利用不同的字母命名的。標準的作法是保留「A」和「B」給軟碟機。若是系統只有一台軟碟機的話，DOS允許這台軟碟機同時使用這兩個代號，然後DOS會要求使用者更換磁片。這麼做可以讓使用者把檔案拷貝到不同的軟碟片上，或是執行某一片軟碟片上的程式，然後把資料檔案存放在另一片軟碟片上。最早硬碟的代號為「C」和「D」。在一台硬碟機上，DOS只允許一個活動分割區的存在。隨著支援的硬碟數量越來越多，磁碟代號的命名方法演變為：先將磁碟代號指派給每一顆硬碟機的活動主分割區，然後第二輪將代號指派給延伸分割區中的邏輯磁碟區，第三輪再把代號指定給非活動的主分割區。（前題是：它們存在，而且包含了DOS可以讀取的檔案系統。）最後，DOS才將代號指派給光碟機、RAM disk，以及其他的硬體。一般來說，磁碟代號都是依照驅動程式的載入順序，按字母順序指派的，但驅動程式也可以要求DOS指派不同的字母。例如網路磁碟機的驅動程式通常會指派最後的幾個字母。 因為DOS的應用程式會直接使用這些磁碟代號（和Unix類系統使用／dev目錄的方法不同），因此若是新增了需要分配磁碟代號的硬體，可能會導致這些應用程式出錯。舉例來說：若是原本硬碟中的延伸分割區中存在邏輯磁碟區，此時新增一顆有主分割區的硬碟的話，由於主分割區擁有較高的分配優先權，所以原本硬碟的邏輯磁碟區的代號就會改變。此外，就算是新增一顆只有延伸分割區和邏輯磁碟區的硬碟，還是會影響到RAM disk及光碟機的代號。這個問題一直到9x系列的Windows都仍然存在；NT系列才有解決方案：磁碟代號會保留給已存在的磁碟機機，除非使用者手動更改。 PC相容機的開機磁區（MBR）位于第 0 扇区。對於DOS來說，這段代碼會將DOS的HAL讀入記憶體中然後執行。在DR DOS及PC DOS中，這個HAL放在IBMBIO.COM（英语：IBMBIO.COM）文件中；而MS DOS則是放在IO.SYS（英语：IO.SYS）。接下來這個HAL會載入位于IBMDOS.COM（英语：IBMDOS.COM）（PC DOS或DR DOS）或是MSDOS.SYS（MS DOS）裡面的DOS内核。Windows 9x中附的DOS版本（MS DOS 7和8）將HAL和核心合併放在IO.SYS裡面，而MSDOS.SYS則是文字格式的組態檔案。然後DOS核心會去執行CONFIG.SYS（英语：CONFIG.SYS）這個檔案。在CONFIG.SYS中，SHELL這個命令指定了SHELL的檔案位置（通常是COMMAND.COM）。接下來這個SHELL會被執行，然後它會去開啟开机启动项（通常是AUTOEXEC.BAT） MS-DOS（以及經授權更換商標而成的IBM PC-DOS）以及它的前身86-DOS是受到Digital Research公司的CP/M（Control Program / (for) Microcomputers）啟發而完成的。CP/M是當時使用Intel 8080及Zilog（英语：Zilog） Z80這兩顆8位元CPU的微電腦上最受歡迎的磁碟作業系統。 在1980年的時候，IBM使用Intel 8088微處理器，開發出了他們的第一台微電腦。他們需要一套能夠在這台微電腦上使用的作業系統。IBM在找一套能和Intel 8088 (1979-1982)相容的CP/M，一開始找上了微軟的執行長比爾·蓋茨（可能是因為當時微軟開發出了讓CP/M可以在Apple II上執行的Z-80 SoftCard（英语：Z-80 SoftCard），所以IBM相信微軟擁有CP/M）。IBM被轉介到Digital Research，並且舉行了相關的會議。然而，關於CP/M的使用權的初次談判破裂了—因為Digital Research希望以權利金的方式販售CP/M，但IBM希望單一授權，並且將名稱改為"PC-DOS"。DR的創始人蓋瑞·基爾多拒絕簽約，IBM因此放棄購買CP/M。 IBM再次找上比爾·蓋茨。蓋茨轉而找上了Seattle Computer Products（英语：Seattle Computer Products）（SCP）。SCP的程式員Tim Paterson（英语：Tim Paterson）開發了一套CP/M-80的變體作業系統，原本是打算用來測試SCP為S-100匯流排新開發的16位元Intel 8086 CPU界面卡。這套系統原本的名稱是「QDOS」（Quick and Dirty Operating System），後來在商業發行前改名為86-DOS。微軟買下了86-DOS（據說成交金額為50,000美元），後來成了1981年發行的Microsoft Disk Operating System，簡稱MS-DOS。 微軟也將這套系統授權給數個電腦公司。這些電腦公司販售給他們的硬體使用的MS-DOS，有時使用他們自己的名稱。微軟後來要求他們使用MS-DOS這個名稱，除了IBM以外。IBM持續為IBM PC開發新版的PC-DOS。Digital Research查覺到IBM正在販售和CP/M很類似的作業系統（而且還跟當初IBM談判時堅持的名稱相同），於是揚言要提出法律訴訟。IBM以一項協議回應他們：IBM讓使用者可以自行選擇要使用PC-DOS還是CP/M-86（Kildall開發的8086版CP/M）。兩者相較，CP/M比PC-DOS貴上近200美元，銷售量也低。CP/M逐漸淡出，而MS-DOS和PC-DOS則成了PC和PC相容機的主力作業系統。 Digital Research曾試圖挽回CP/M-86錯失的市場。一開始是發行了DOS Plus（英语：DOS Plus），後來又發行了DR-DOS（這兩者都同時與MS-DOS和CP/M-86的軟體相容）。Digital Research被Novell買下，DR-DOS變成了Novell DOS 7。之後，它又成為Caldera Systems（以OpenDOS及DR DOS 7為名）、Lineo（英语：Lineo）以及DeviceLogics（英语：DeviceLogics）的一部份。 後來，微軟和IBM在兩套DOS的繼任作業系統（微軟的Windows和IBM的OS/2）上發生了一連串爭執。他們在DOS系統上的開發也因此分道揚鑣。 MS-DOS在某些層面上轉型成為Windows；而PC-DOS的最後一個版本為1998年發行的PC-DOS 2000。 FreeDOS計劃開始於1994年6月26日。當天微軟宣佈他們將不再販賣MS-DOS，也不再提供支援。於是吉姆·霍尔張貼了一份宣言，宣佈要開發DOS的開放源始碼替代品。在幾個星期內，包括Pat Villani和Tim Norman的幾位程式員加入了這個計劃。他們利用共享他們撰寫或現有程式碼的方式，產生了核心、command.com命令直譯器（shell界面）以及核心公用程式。在歷經了數個版本的官方預覽版本之後，FreeDOS 1.0版在2006年9月3日正式發佈。使用FreeDOS不需支付任何的版權費用或權利金。 早期版本的Microsoft Windows只是在DOS之上執行的應用程式。大約在90年代初，Windows仍相當依賴新版本的DOS。一直到Windows for Workgroups 3.11，DOS才逐漸退居負責開機及載入Windows核心的角色。在Windows 95（以及其後推出的Windows 98與Me）中，MS-DOS核心依然存在，只是加上Windows當作系統的圖形界面。Windows 95與98的MS-DOS元件可以在不開啟Windows的情況下獨立執行（但Windows Me不行）。隨著Windows的普及，大部份的電腦使用者都使用Windows，DOS也越來越少人使用。英特爾計畫於2020年徹底捨棄Intel平台的UEFI CSM（即UEFI的Legacy BIOS開機支援），屆時Intel平台的個人電腦將無法啟動DOS系統。 有些電腦製造商（包括Dell和HP）會預載FreeDOS當作OEM作業系統出貨。 有一套以GPL方式授權的DOS，名為NX-DOS，目前正在開發中。它是一套16位元的即時作業系統，擁有網路功能，可以從軟碟片開機，還有一個不太完整的USB驅動程式。NX-DOS專案從1992年就開始了，原本是個個人專案，在2005年的時候以GPL方式釋出。 目前仍可取得的DOS系統有DR-DOS（以及加強的DR-DOS）、俄國人開發的PTS-DOS（英语：PTS-DOS）、ROM-DOS、FreeDOS、NX-DOS、Multiuser DOS（以Digital Research的Concurrent DOS為基礎）等等。 由於DOS可以直接存取硬體，因此它很適合拿來控制嵌入式裝置。新版本的DR-DOS便瞄準了這塊市場。 佳能的數位相機PowerShot Pro 70使用ROM-DOS做為嵌入式系統。 在Linux下，使用DOSEMU（英语：DOSEMU）（一套用來執行真實模式程式的Linux原生虛擬機器）可以執行DOS及其衍生版本。另外在各個版本的UNIX下也有許多用來執行DOS的模擬器，有些甚至在非x86的平台上也可以執行，像是DOSBox。 由於Windows XP和Vista無法和純DOS相容，DOS模擬器在這些系統上也越來越流行。這些模擬器可以用來執行過去的老軟體或其他DOS軟體。其中一個最為知名的是DOSBox，主要的設計目標是在當前的作業系統上執行DOS的遊戲程式。 在Microsoft Virtual PC下也可以執行DOS的應用程式，相容性比DOS模擬器好。使用者可以安裝合法的MS-DOS，然後除了那些最難對付的應用程式以外，絕大部份的DOS應用程式都可以在上面執行。 純32位元版本的Windows（從NT開始；包含了2003、XP和Vista）並非以DOS為基礎的。這些系統中內含了一個NT DOS虛擬機器（英语：NT Virtual DOS Machine）（NT Virtual DOS Machine，縮寫為NTVDM），在上面執行一個修改過的DOS。原本以DOS為基礎的系統使用傳統的COMMAND.COM做為命令列界面，而Windows NT及其衍生版本則是使用cmd.exe（不過cmd.exe也移植了許多DOS的命令）。x64架構的Windows也有cmd.exe（命令提示字元），但是無法執行16位元DOS程式（沒有NTVDM）。 由於DOS在长时间内是PC相容機的主要平台，有許多為DOS撰寫的知名軟體。例如： AutoCAD；一套工業用的繪圖軟件, 是少數能成功由DOS過度至WINDOWS的軟件繪圖軟件 Lotus 1-2-3；一套在企業市場中被廣泛運用的試算表軟體。被許多人視為IBM PC成功的主因 中文系統；外掛在DOS以便顯示中文字形, 常見的有倚天、震漢、零壹、國喬等外掛中文系統 WordPerfect；一套目前出在Windows平台的文字編輯器 WordStar；文字編輯器 PE；一套文字編輯器, 由IBM公司所開發, 只有簡單排版功能, 當時常用於編寫程式原始碼. Copywrite（英语：Copywrite）；一套拷貝軟件, 用以備份具防拷保護的5.25吋软盘. CopyIIPC；另一套拷貝軟件, 用以備份具防拷保護的5.25吋磁片. WPS，DOS时代中国最流行的文字处理软件，现已改名为WPS Office运行于Windows平台。 CCED; DOS时代在中国流行的中文字表处理软件。 慧星一號，DOS時代香港及台灣最流行的中文文書處理软件，引入視窗操作概念。 dBase；最早的資料庫軟體之一 CLIPPER；是dBASE的編譯器. Dr compiler；是CLIPPER的加強版, 台灣在原有的CLIPPER加上新加入的LIB而成資料庫軟體之一 Pctools; 工具軟件整合DOS的COPY DISKCOPY FORMAT 等多項功能於一身的軟體, 以選單形式來操作. Telix（英语：Telix）; 數據機通訊軟體, 是BBS時期常用的軟件. PKZIP（英语：PKZIP）; 壓縮軟體 DOS 年代已出現的ZIP壓縮格式, WINDOWS 現已內含這功能. Arachne（英语：Arachne (web browser)）；一套DOS版的網路瀏覽器 DJGPP, gcc的DOS移植版 4DOS（英语：4DOS），取代原本的命令列界面的軟體 Borland的整合式開發環境，包括了Turbo Pascal、Turbo BASIC、Turbo C，以及Turbo Assembler（英语：Turbo Assembler） 撥接式電子佈告欄 (BBS)架站軟體RemoteAccess（英语：RemoteAccess）、Spitfire（英语：Spitfire (BBS)）、Maximus（英语：Maximus (BBS)）、McBBS（英语：McBBS），以及TAG（英语：TAG (BBS)） BASIC語言工具程式BASICA以及GW-BASIC 許多的第一人稱射擊遊戲：由Id Software以及Apogee Software（後來改名為3D Realms）合資開發的德軍總部3D；Id Software的Doom以及Quake；3D Realms的Duke Nukem 3D、影武者系列，以及Rise of the Triad（英语：Rise of the Triad）。3D Realms開發的這3套遊戲使用的都是DOS上的「Build引擎」。Build引擎的作者是Ken Silverman（英语：Ken Silverman），這個引擎也被用於Silverman的Ken's Labyrinth（英语：Ken's Labyrinth）這個遊戲上。 所有的DOS均使用命令列界面。執行程式的方法是在命令列中鍵入程式的名稱。DOS系統包含一些公用程式，也提供了一些不是以程式方式存在的命令（通常被稱為內部命令）。 為了提供對使用者更友善的操作環境，許多的軟體廠商紛紛推出各式各樣的檔案管理程式。這些程式通常使用選單及圖示做為界面。Microsoft Windows就是其中最有名的例子，最後發展成為完整的作業系統，取代DOS成了PC相容機上最受歡迎的作業系統。使用文字模式的使用者界面有：Norton Commander（英语：Norton Commander）、Dos Navigator（英语：Dos Navigator）、Volkov Commander（英语：Volkov Commander）、Quarterdesk的DESQview（英语：DESQview），以及SideKick。使用图形用户界面的程式有：Digital Research的Graphical Environment Manager（英语：Graphical Environment Manager）（最早是寫給CP/M用的）以及GEOS（英语：GEOS）。 發展到最後，主要的DOS廠商開始在DOS中加入自己的環境管理程式。MS/PC-DOS 4中有DOS Shell（英语：DOS Shell）；而次年發行的DR-DOS 5則加入了以GEM為基礎的ViewMAX（英语：ViewMAX）。 在最初的設計中，DOS是一個單工的作業系統。MS/PC-DOS使用DOS shell做到工作切換的功能，而DR-DOS則是在DR-DOS 6中利用TaskMAX做到類似的功能。 MS/PC-DOS自始至終都沒有多工的能力； DR-DOS則是在DR-DOS 7中提供了這個功能（DR-DOS的DPMI必須啟用）。 DOS的架構有數項惱人的限制。最早的8088微處理器只能定址到1 MB的實體記憶體空間。由於附加的硬體裝置也必須映射到這段空間，因此最高可以使用的記憶體只有640 KB（被稱為「傳統記憶體」）。在DOS的結構上，640 KB被視為最大的記憶體空間，DOS無法定址更高的位址。早期避開這個問題的做法是使用擴展記憶體；80286出來之後，發展出了延伸記憶體。雖然這些技術提供了更多的記憶體應用程式，但應用程式仍必須從傳統記憶體開始執行，佔用640 KB中的部份空間。80386微處理器使用了重新設計的保護模式，應用程式可以透過DOS extender及DOS保護模式界面（DOS Protected Mode Interface，縮寫為DPMI）等技術使用額外的記憶體，也可以有多工的功能。 DOS還有硬碟分割區大小的限制。造成這個問題的原因有兩個。首先，許多DOS類的作業系統只支援到FAT16，而FAT16在設計上就不支援超過2.1 GB的硬碟分割區。另外，DOS存取硬碟的方式是透過INT 13這個中斷呼叫，然後往下再利用CHS系統對應到磁碟上的資料。在這個架構下，作業系統只能看到8 GB的硬碟空間。比較新的作業系統使用軟體的方式（例如：32位元磁碟存取）存取硬碟。 FAT16和FAT12（用於軟碟片）上的檔案名稱必須遵守「8.3命名規則」：檔案的主檔名不得超個8個字元，而副檔名則不得超過3個字元。 （部分） 參閱MS-DOS條目 Hyde, Randall. 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