上世紀(jì)50年代的超級計算機(jī)的體積有好幾個大型檔案柜那么大。它們使用磁鼓存儲器作為快速存儲，其次使用像IBM RAMAC這種的硬盤，如果能買到的話。當(dāng)時的工作存儲器是磁芯存儲器，它是由懸浮在金屬導(dǎo)線所組成的晶格上的小金屬環(huán)組成的。裝在機(jī)柜中的電路板體積巨大，但所帶有的部件相對較少。在1958年，Whilst Jack S Kirby發(fā)明了集成電路，這一突破在廣泛的計算機(jī)制造上的應(yīng)用仍需時日。

這一時期也是只能操作幾個開關(guān)，沒有直接的計算機(jī)輸入的時期。計算機(jī)通過分批讀取一個個打孔卡來運(yùn)行程序。打孔卡可以被直接加載或把內(nèi)容上傳到大型磁帶上。之后主機(jī)就會準(zhǔn)備加載作業(yè)，從磁帶(或打孔卡)讀取數(shù)據(jù)，執(zhí)行程序并把輸出記錄到另一個磁帶上。該輸出會被卸載，一般要么送去打印，要么送去生成打孔卡。

在運(yùn)行的程序和用戶之間沒有交互能力，因此你在當(dāng)時所見的情況就是啟動一個程序，然后開始等，幾小時或幾天之后，看它能否產(chǎn)生預(yù)想的結(jié)果。

虛擬化的概念被認(rèn)為是由牛津大學(xué)第一計算機(jī)學(xué)教授Christopher Strachey的論文《大型高速計算機(jī)中的時間分配》中所提到的觀點(diǎn)自然演化而來的。該論文在1959年的聯(lián)合國教科文組織信息處理大會上宣讀過。

Strachey描述了他所提出的“多道程序”，程序可以不需要等待外設(shè)而運(yùn)行，同時還允許用戶調(diào)試代碼。他的概念仍然以當(dāng)前的核心批處理為中心，但又描述了如內(nèi)存保護(hù)和共享中斷這種架構(gòu)要求。這種“多道程序”的概念把計算研究推動到一個新方向。

過后，Strachey寫道...

‘當(dāng)我在1959年寫這篇論文時，和大家一樣，我也不知道這會讓編寫軟件來控制分時或多道程序產(chǎn)生什么樣的困難。如果我知道的話，我真不該對它們這么熱衷�！�

1955年，英國的數(shù)字計算機(jī)不超過16臺，計算機(jī)的熱潮也從1948年到1951年的黃金年代褪去。計算機(jī)使用真空管，吞吐量為每秒大約1000條指令。而且主存儲器一般都是4k或更低。

而在1956年，隨著英國物理學(xué)家們對更多計算能力的需求，曼徹斯特大學(xué)的Tom Kilburn和他的團(tuán)隊(duì)開始了他們自己的超級計算機(jī)計劃。IBM當(dāng)時在執(zhí)行IBM Stretch (7030)項(xiàng)目，這也被視為同類競爭項(xiàng)目。曼徹斯特小組的目標(biāo)是制造一個多用戶機(jī)，可以每秒執(zhí)行大約一百萬條指令，主存儲器最小要到500k。

這個項(xiàng)目叫做MUSE，Musec(微秒)引擎的簡稱，此項(xiàng)目一直都在進(jìn)行，無論Tom Kilburns團(tuán)隊(duì)的資金多么有限。在1959年，一家名為Ferranti Ltd (pdf)的英國公司加入了該項(xiàng)目，與研究團(tuán)隊(duì)開展合作。Ferranti是一家英國公司，它為國防部生產(chǎn)如陀螺儀瞄準(zhǔn)器和最早的IFF(敵我識別)雷達(dá)系統(tǒng)。它們之前曾與曼徹斯特大學(xué)合作，制造它們的Ferranti Mark I，這是世界首個商業(yè)化生產(chǎn)的計算機(jī)，在有了“高科技”設(shè)備這個副業(yè)后，該公司建立了一個計算機(jī)部門。Ferranti為從國家科學(xué)研究開發(fā)公司貸款30萬英鎊作擔(dān)保，該合作進(jìn)行后，項(xiàng)目便更名為Atlas。

在1962年，第一臺Atlas 1交付曼徹斯特大學(xué)使用。它使用了58種不同類型的20cm × 15cm的電路板(不包括外設(shè))5172個 。Atlas 1的最終成本在2百萬至3百萬英鎊之間(相當(dāng)于2012年的5千萬英鎊左右)。相比，IBM Stretch項(xiàng)目最終成本1350萬美元，后來由于表現(xiàn)不佳跌至778萬美元。

Atlas是第一臺使用虛擬內(nèi)存(稱為一級存儲)這一概念的機(jī)器，它還率先包含了一個稱為“Supervisor”的基本資源管理組件。Supervisor會發(fā)送特殊指令或硬件代碼指令，使它可以管理硬件資源，如專用于單個程序執(zhí)行的處理器時間分配。

IBM也有來自IBM Thomas J. Watson研究中心(紐約)的一個稱為M44/44X的研究項(xiàng)目。M44/44X以IBM 7044(名字中的M44的部分)為基礎(chǔ)，能夠模擬好幾個7044系統(tǒng)(44X)。M44/44X實(shí)現(xiàn)了許多突破性的虛擬化概念，包括部分硬件共享，內(nèi)存分頁和時間分配。M44/44X項(xiàng)目被普遍認(rèn)可為第一個使用了“虛擬機(jī)”這個術(shù)語。

1961年，麻省理工學(xué)院的Fernando Corbato教授和他的研究小組開始了CTSS(兼容分時系統(tǒng))項(xiàng)目的開發(fā)。該項(xiàng)目與IBM進(jìn)行合作，IBM提供硬件和工程師，以支持該小組的研究。

在1961年十一月，一個早期版本在IBM 709上實(shí)現(xiàn)，1962年初，IBM用7090取代了MIT 709，然后又升級為7094。

CTSS Supervisor駐留在存儲體A中，而把用戶程序限制在存儲體B中�？刂婆_可以在調(diào)度處理安排的長度可變的時間內(nèi)對機(jī)器資源進(jìn)行訪問，使用存儲體B的程序會根據(jù)需要在磁鼓或磁盤存儲器之間交換。

每個虛擬機(jī)都是7094，其中一個作為后臺機(jī)，可以直接訪問磁帶驅(qū)動器。其他虛擬機(jī)可以運(yùn)行7094機(jī)器語言或編譯后的代碼和一種為管理服務(wù)程序使用的特別的指令集。這些管理服務(wù)程序可以讓前臺的虛擬機(jī)在管理程序的資源共享控制下對終端I/O和文件系統(tǒng)I/O進(jìn)行訪問。函數(shù)庫還能讓其他語言也能用在7094上，來利用這些管理服務(wù)程序。CTSS開創(chuàng)了用戶硬件隔離和獨(dú)立的用戶文件系統(tǒng)。

CTSS在1963年開始在麻省理工學(xué)院普遍使用。

麻省理工學(xué)院的研究小組后來失望地得知，最新發(fā)布的IBM System/360將不會支持內(nèi)存虛擬化——這個時間分配成果的基石。IBM的這個決定，無視麻省理工學(xué)院研究小組和IBM工程師的創(chuàng)舉，這么做是因?yàn)楫?dāng)時IBM認(rèn)為計算的未來在于更快的批處理，而不是時間分配。

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