如果你使用电脑已经有一些年头，那么必定知道那些没有图形界面的操作系统，微软的DOS、UNIX以及最初的Linux，要熟练使用这些操作系统，用户必须牢牢记住大量的命令并且达到应用自如的程度。在那些年代，如果能够掌握计算机操作技能绝对会让人肃然起敬，但也正是由于操作的复杂性，计算机很难真正进入家庭、为普通用户所掌握。


在下面的文字中，我们将向大家详细介绍图形界面的概念起源、实现以及详细的发展历程，期间将涉及到形形色色的操作系统。
从理论探索到产品雏型
GUI界面电脑的概念始于上世纪三十年代，当时有一位名为“凡尼佛·布什（Vannevar Bush）”的人物，他天马行空提出一个称为“Memex”的智慧设备，他认为这种设备具有与书桌类似的外观，同时还有两个可触摸操作的显示器、一个输入键盘以及一个扫描仪，通过这个设备，用户可以访问到人类的所有知识库。在那个年代，计算机远未产生，凡尼佛·布什的想法纯属没有根据的科学幻想，根本不可能成为现实。但不可否认的是，这套设想极富远见，它成功地描绘了半个世纪后的计算机形态，也许微软的平板电脑曾经从Memex的直接触摸操作概念中获取灵感。


道格拉斯博士的NLS系统
我们无法确认微软是否借鉴了凡尼佛·布什的天才设想，但可以确信的是，这套设想对操作系统引入GUI图形界面起到了至关重要的启蒙作用。1948年，道格拉斯·恩格尔巴特（Douglas Englebart，GUI与鼠标的发明者）在取得学士学位后进入美国国家航空咨询委员会（NACA，美国宇航局前身）工作，但他不满足于仅从事一些范围狭窄的小项目，而希望自身从事的工作能让整个世界获益。在一次上班途中，他突然回忆起凡尼佛·布什关于“Memex”的文章，并开始思考这样的设备应该如何实现。对于其中的触摸式显示屏，道格拉斯很自然就想到阴极射线管技术—在二战时，道格拉斯曾是一位雷达兵，而当时的雷达显示屏都是使用阴极射线管作为信号显示的核心装置。道格拉斯同时想到，屏幕上的信息应该以图形的方式存在，而操作者能够自由地在屏幕的任何范围选择自己感兴趣的内容。这个设想让道格拉斯兴奋不已，但他万万没有想到，第一个雏形系统到20年后才真正出现。


图1 道格拉斯·恩格尔巴特博士，被誉为“GUI之父”和“鼠标之父”。
后来，道格拉斯离职进入加州大学伯克利分校，并于1956年获得电气工程与计算机博士学位，之后道格拉斯博士进入著名的斯坦福研究所，而在此期间他可以真正将自己的构想变成现实。1968年，道格拉斯博士终于获得成功，他将自己所开发的“NLS”图形系统公开演示，这套系统包括一个圆形的CRT显示器、一个键盘和一个鼠标，其名称“NLS”是“在线系统”的缩写，因为它是建立在几台计算机联网的基础上。NLS可以显示出图形界面，用户可以通过移动鼠标在整个屏幕上自由选择内容，实现无纸化的办公。尽管今天看来这种场景再平常不过，但在1968年绝对是**性的新概念，以至于道格拉斯博士在演示NLS系统时，许多家电视台都进行实时报道、并引起外界的轰动。道格拉斯博士被因此誉为是“GUI界面之父”，不过他还拥有另外一个同样响亮的头衔：“鼠标之父”—他为NLS系统研制的鼠标后来成为计算机的标准输入设备之一，并深刻影响了计算机发展的进程。


图2 NLS系统，拥有显示器、键盘和鼠标。
Alto电脑与Smalltalk语言
道格拉斯博士的NLS系统让外界震惊，无纸化办公成为许多企业津津乐道的话题，施乐公司（Xerox）因此感到深深不安。印刷设备是施乐的命脉所在，在NLS系统出现后，施乐担忧“无纸时代”的到来将对他们产生巨大的冲击，意识到其中的“风险”，施乐高层认为不如抢先掌握这门技术，成为新领域的领导者，遂于1970年成立著名的帕罗奥托研究中心（PARC）来专门负责此事。尽管无纸化的风险在后来被证明纯属多余（进入PC时代后，办公纸张不仅未减少，反而消耗越多），但施乐高层当时所作的决定仍然是非常英明的。PARC成为世界上最好的研究所，它拥有一流的设备和人材，几乎所有人都是博士，或是各自领域中最好的专家。很自然，PARC拿出了包括操作系统GUI界面在内的大量成果，而且也孕育了许多顶尖的科技人物，这其中包括3Com的创立者Bob Metcalfe以及微软的首席架构师（Chief Architect）查尔斯·西蒙尼（Charles Simonyi），当然这些都是后话。


PARC中心同时进行多个研究项目，在它们的第一批发明成果中就有激光打印机，这被誉为是打印技术的**性突破。不过，PARC所发明的激光打印机无法独立工作，必须有一台图形化的电脑为它提供待打印的文档才行，而在那时，尚未有这样的电脑存在。PARC的计算机科学家干脆自己动手，他们从道格拉斯博士的NLS系统中获取灵感，并于1973年发明了Alto电脑。Alto被认为是操作系统GUI界面发展史上的里程碑，它拥有视窗（Windows）和下拉菜单（Pull－Down MENU），并通过鼠标（Mouse）进行灵活操作，真正打破了困扰业界已久的人机阻隔，极大提升了操作效率，由此也组成了工业界的WIMP标准。这里有一个不得不提到的插曲：一位名叫查尔斯·西蒙尼的伯克利分校学生有幸参与Alto开发项目，他为Alto电脑编写了一个文本编辑器：“Bravo”，Bravo改变了信息组织和显示的方式，被公认是第一个“所见即所得”的文字处理软件。


1975年，PARC正式对外公开Alto电脑，当时有大量的精英人物前往参观。在花旗银行的代表参观时，西蒙尼向他们演示Alto电脑、Bravo软件、网络和激光打印机的协作过程。Bravo使用各种字体来编辑文件，这些文件被显示在Alto电脑的屏幕上，然后相关数据通过以太网被传输到打印机上，而打印出的文件与屏幕上显示的内容看起来一模一样。“所见即所得”的概念由此产生，而这整整比苹果Macintosh电脑早了11年，但成为标准的却是后者。
与Alto电脑共生的还有Smalltalk语言。Smalltalk是第一种面向对象的编程语言，且具有类似Java的自动内存管理功能，用任何语言来形容这个伟大的成果都不过分。PARC使用Smalltalk语言来设计图形化环境，并带来许多崭新的GUI编程理念，今天我们所见的所有可视化开发平台，都可以看作是Smalltalk的思想衍生。在Alto电脑发明之后，PARC的许多开发成员都希望能够将它商业化—Alto比后来的苹果机屏幕要大，一样有鼠标和图形界面，前景可观。可遗憾的是，施乐一直拘泥于“产品越大越好”的大公司作风，只愿意生产复杂而昂贵的机器，对Alto电脑兴趣不高。Alto电脑定价为5万美元，而激光打印机需要二十万美元，后者自然成为施乐的新方向，Alto电脑则被施乐高层所忽视。随后，PARC的成员坚持对Alto进行多番改进，并最终发展到Alto III型，但开发者强烈的商业化意愿再度被施乐拒绝。直到1981年，施乐公司才将Alto电脑的精简版—Star 8010文档处理机以17000美元的价格推向市场，Star 8010与Alto有较大的不同，但它具备优秀的文档处理能力，多个文档可以并列在屏幕上不相互交叠，用户可以很方便地同时处理。可惜在这个时候，施乐已经错失抢占制高点的最佳时机，在市场上Star 8010没有获得多大的反响。更不幸的是，PARC的众多精英不满施乐而另谋出路，大量的精英加入苹果电脑公司展开冒险之旅，不过开发Bravo软件的查尔斯·西蒙尼却去了当时名不见经传的微软公司，后来他成为了微软的事实缔造者之一。


苹果Lisa/Macintosh的诞生
施乐未及时将Alto推向市场错失良机，最终只有在施乐公司内部为员工所使用，没有对外推广。不过，Alto还是成为图形化操作系统的先导，后来的苹果Lisa电脑和微软Windows 1.0，都可以看作是Alto思想的直接继承。而在图形化操作系统方面，相比微软，苹果显然领先了一步。在当时，由史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼克创办的苹果电脑公司被公认为是个人计算机的先锋，可它们在图形界面上并没有太大的建树。AppleⅠ完全基于命令行操作，后来推出的AppleⅡ虽然配有简单的图形界面，但没有鼠标，完全依靠键盘输入，同时也保留了传统的命令行操作。比较幸运的是，施乐公司的Alto没有被推向市场，而IBM在个人计算机领域后知后觉，AppleⅡ便成为当时可买到的唯一一款拥有“图形界面”的个人电脑，而苹果当然也就大发其财，进入前所未有的高速发展阶段。作为一家生机勃勃的年轻企业，苹果公司成为许多精英向往的乐土，施乐PARC中心出走的许多工程师随后都加入苹果，而这些工程师也就得以继续他们之前的工作，这样，Alto电脑及Smalltalk语言就以另一种形式出现在计算机的大舞台上。


从技术水平来看，AppleⅡ计算机无论如何也无法与同时代的Alto相比，PARC的前工程师们深知这一点，在他们的安排下，苹果电脑公司的创始人之一，即后来大名鼎鼎的乔布斯（Steve Jobs）得以进入PARC研究中心，他见到了传说中的Alto电脑并观看了相关演示。乔布斯详细了解了Alto电脑的整套概念，完全图形化的界面和用鼠标灵活输入的操控方式让他深感震惊。在此之后，乔布斯就成为GUI界面的忠实信徒，他决心开发一套类似的电脑并将它推向市场—这是发生在1979年的事情，而乔布斯的这次参观，直接改变了后来的“Lisa”计算机项目，PC与操作系统的发展方向因此被扭转到“正确”方向。
为了完成Lisa，开发者在AppleⅡ计算机上模拟了多种不同的界面原型，包括一套基于任务界面的“Twenty Questions”方案，以及一个拥有四列文件浏览的方案，后一项设计后来在NeXTStep系统和Mac OS X系统中也得到借鉴。不过，Lisa开发团队最终选择基于图标显示的方案，在该方案中，所有的文件、文件夹和应用程序都使用图标来表示，同时它还拥有下拉菜单条，而菜单栏则被放置在屏幕的最上部。如果我们对照一下现在的Mac OS X系统，便会发现它的基本元素仍然继承于Lisa。此外，Lisa计算机还拥有大量的创新，例如引入键盘快捷命令，一些操作频繁的菜单命令可借助快捷键实现，以滚动条代替原本固定高度的窗格；垃圾箱支持拖曳功能，那些不需要的文件可以通过鼠标拖曳的方式直接删除。另外，引入了菜单的前景、背景概念，那些暂时没有被选中的菜单处于较浅的“泛灰色”，这样用户操作时可一目了然。Lisa理所当然引入了鼠标，不过苹果公司对鼠标操作进行了非常大的改变—最初Alto电脑上使用了三键鼠标，后来施乐的Star 8010文档处理机则精简到双键方式，而苹果Lisa则使用只有一个按键的鼠标，这样做是为了简化操作起见（苹果显然低估了用户掌握技术的能力），但基于图标的GUI系统至少需要选中、运行等两种鼠标操作，为此，苹果发明了双击操作，这在后来成为所有GUI操作系统的标准，即便现在的鼠标已经拥有大量的按键。


Lisa计算机开创了许多前所未有的GUI概念，而这些概念也多数都被沿用至今。我们知道，之前的施乐Alto电脑和Star 8010文档处理机都有图标的概念，但Lisa才是第一部真正采用图标来表示文件的计算机。在Lisa系统中，图标文件以地址路径的方式加以组织，开启每个路径时都会弹出一个独立的显示窗口；而Lisa引入的“拖放操作”也堪称一大发明，它以直观自然的方式实现很多原本复杂的操作，例如，我们可以选中文件、文件夹并将它们拖到其他的窗口下，这样就完成拷贝操作；此外Lisa还有大量可有效简化操作的细微设计，如允许用户为每个文件指定执行的程序，只要双击该文件便会被相应的程序自动开启。几乎所有的这些细节在后来的GUI操作系统中都得到传承。
Lisa项目始于1979年，但直到1983年才正式开发完毕。可问题接踵而来，这部计算机售价定在1万美元，虽然在当时这样的价格不算昂贵，但还是有大量的用户无法接受，而如果用户群体不够广泛，专门为Lisa平台开发软件就变得很不现实。为此，苹果决定开发廉价版的Lisa，这也就是著名的“Macintosh”项目。Macintosh计算机在1984年被推向市场，它拥有一个9英寸的单色屏幕、128KB内存和一个软盘驱动器，保留了Lisa计算机大量的GUI特性，但它不具备多任务处理能力，也无法实现在两个程序间灵活切换，售价只有2495美元。Macintosh的发布引发巨大的轰动，人们第一次看到计算机拥有如此绚丽的操作界面、听到计算机能发出如此美妙的声音，而且也是第一次体验到计算机如此简便的操作。Macintosh的业绩堪称辉煌，苹果公司也到达发展史上的最高点—虽然此后，苹果公司一直走下坡路，但Macintosh的后续版本似乎没有受到特别大的影响，即便在九十年代中后期苹果濒临倒闭时，Mac OS 8和Mac OS 9在技术上依然没有落后对手。


兴旺蓬勃的GUI运动
除了苹果的Lisa外，在上世纪八十年代还有大量的GUI操作系统，包括VisiCorp公司的VisiOn、微软的Windows 1.0和2.0、Tandy公司的DeskMate、Digital Research的GEM、IBM OS/2、NeXT公司的NeXTStep、为UNIX开发的X Window等等，但除了Windows、NeXTStep和X Window最终修成正果外，其他的所有GUI后来都没有得到持续发展。下面，我们将以出现时间的先后顺序来向大家介绍这些GUI的特性及发展概况。


VisiOn操作系统
在苹果致力于开发Lisa图形界面时，VisiCorp公司也在从事同样的工作。VisiCorp是世界上第一款电子表格软件VisiCalc的缔造者，当时它是最强的PC应用软件企业。不过，VisiCorp并非自己制造计算机，而是为IBM PC开发带有图形GUI的操作系统，这套产品被定名为“VisiOn”，发布时间是在1983年。
尽管VisiOn也实现了图形化操作，但它存在大量的不足：首先，VisiOn的价格过于昂贵，单套软件的售价就达到1495美元，这让许多用户难以接受；其次，VisiOn对硬件要求明显过高，它只有在512KB内存、带有硬盘和鼠标的PC-XT计算机上才能够工作，这样许多不符合要求的用户就被挡在门外。更要命的是，VisiOn在设计上并无过人之处，如它只支持640×200的单色图形模式，也未脱离基于文本的痕迹。例如，VisiOn根本无法支持图标功能，用户必须点击文本标签才能够打开文件或执行程序；在视觉方面，VisiOn仅支持固定宽度的字体显示，不仅明显逊于苹果的Lisa和Macintosh，甚至连施乐Alto、Star 8010都不如。另外，VisiOn对鼠标支持极为有限，它甚至无法支持鼠标斜线移动，而仅能让光标水平或垂直运动—这相当于1968年道格拉斯博士NLS系统的水平。虽然技术比Lisa落后了一大截，但它却是当时PC机唯一能够使用的GUI图形操作系统。不幸的是，当比尔·盖茨看到VisiOn给DOS带来的现实威胁后，发起了一场堪称经典的宣传战。微软竭尽所能向用户大力宣传Windows系统的种种好处，力求从心理上和精神上赢得用户，这场宣传战的目的在于瓦解潜在对手而非促进销售。事实上，在那个时候Windows不仅还没有面市，而且几乎还未开始设计。但微软的这场宣传非常有效，当VisiOn开始销售时，VisiCorp意外发现接受这套产品的人寥寥无几，因为几乎整个世界都在等待微软的“Windows”。VisiCorp公司轻而易举就被微软击败，同时VisiOn也走到了尽头，没有后来者为它延续生命。


Amiga Workbench图形环境
Commodore公司出品的Amiga计算机曾在市场上风靡一时，它使用了支持多媒体图形和音频的多处理器技术，具有优秀的视频与音频质量，这也使得它广泛超越了同时期的其它电脑。此外，Amiga配备的操作系统可支持多任务环境，这一点连苹果、微软和IBM都自愧不如，不过在图形环境方面，Amiga采用的是一套名为“Workbench”的GUI，在当时它也算颇有亮点：支持窗口的上下移动，选择或移动时窗口会自动出现在前景，位于顶部的菜单栏可自动隐藏，并可通过鼠标右键加以激活等等。但由于Commodore公司经营不善，Workbench GUI后来也没有了下文。