История развития операционных систем

Модуль1.Эволюция операционных систем


Тема 1. История развития операционных систем. Типы операционных систем.

Введение

1. Понятие и эволюция операционных систем

1.1. Определение операционной системы

1.2. История развития операционных систем


Введение

Нарастающие темпы компьютеризации уже приблизили время, когда в контакте с компьютерами оказываются не только относительно немногочисленные профессионалы по обработке информации, а практически все члены общества. Контакт с компьютером — это контакт с его программным обеспечением и, прежде всего, с операционной системой (ОС). Именно она формирует интерфейс между аппаратурой компьютера и человеком, причем задача создателей ОС состоит в том, чтобы сделать этот интерфейс, как теперь принято говорить, как можно более дружественным.

Свойства ОС зачастую оказываются не менее важными, чем свойства аппаратуры. Известны случаи, когда переход с одной ОС на другую на одной и той же машине приводил почти к пятикратному ускорению разработки программ.

На “голой” машине в современном мире не работает практически никто, и именно это определяет интерес к операционным системам.

В 1 модуле вводится понятие “операционная система”, приводятся факты из истории развития операционных систем и обсуждаются основные характеристики операционных систем. Модуль 2 рассматривает архитектуру вычислительной системы и выделяет обобщенный состав и функции операционной системы. В модуле 3 даются понятия процесса, перехода процесса из состояния в состояние, прерывания, переключения контекста, вводятся различные концепции, связанные с управлением процессами, и рассматривается организация прерываний в различных архитектурах ЭВМ. В модуле 4 введено понятие асинхронности. Здесь обсуждаются проблемы, возникающие в случае совместного доступа к разделяемым ресурсам, а также описаны различные способы взаимоисключения,— как аппаратные, так и программные,— обеспечивающие решение этих проблем. Рассматриваются примитивы взаимоисключения, семафоры и мониторы, и то, каким образом их можно использовать для решения классических проблем параллелизма; приведено описание задачи “читатели и писатели”, реализуемое при помощи рассмотренных средств. Здесь же объясняется, что такое тупик (дедлок), при котором выполнение различных процессов не может продолжаться — поскольку они ожидают событий, которые никогда не произойдут; представлены различные средства решения этой проблемы. В модуле 5 обсуждаются различные проблемы управления памятью в системах физической (реальной) памяти, в модуле 5 — виртуальной памяти. Прослеживается развитие систем реальной памяти — от систем, где вся память предоставлялась в распоряжение одного пользователя, до мультипрограммных систем с различными видами распределения памяти, описываются организация и управление виртуальной памятью. В модуле 5 объясняется концепция виртуальной памяти и показано, каким образом благодаря применению методов поблочного отображения, страничной организации и сегментации памяти можно уменьшить объем информации отображения. Приводится подробное описание реализации виртуальной памяти и преобразования адресов в системах со страничной организацией и сегментацией памяти и обсуждаются различные стратегии управления системами виртуальной памяти. Рассматриваются стратегии вталкивания, размещения и выталкивания данных, причем обсуждаются стратегии вталкивания по требованию и упреждающего вталкивания. Основное внимание в этой главе уделяется стратегиям выталкивания (подкачки) страниц; рассматриваются принцип оптимальности и стратегии выталкивания страниц. В модуле 6 речь идет об управлении процессорами, в частности о проблемах планирования загрузки процессоров и о мультипроцессорном режиме. Основное внимание сосредоточено на стратегиях планирования; здесь обсуждается планирование на верхнем уровне, промежуточном и нижнем уровне, цели и критерии планирования, приоритетное планирование, статические и динамические приоритеты, “заслуженные” или “купленные” приоритеты, а также планирование по предельному сроку. Представлены различные алгоритмы планирования. В модуле 7 рассматривается управление периферийными устройствами в различных архитектурах ЭВМ и организация программного обеспечения ввода-вывода.Модуль 8 посвящена подсистеме управления данными. Рассматриваются логический и физический аспекты управления файлами, способы организации и управления внешней памятью. В модуле 9 рассматриваются современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Формулируются требования, предъявляемые к современным ОС, такие как расширяемость, переносимость, совместимость, безопасность. Большое внимание уделяется описанию различных тенденций структурного построения ОС.Модуль 10 описывает характеристики и области применения современных операционных систем UNIX и Windows NT, соответственно.

Понятие и эволюция операционных систем

Операционная система — неотъемлемая часть каждой современной ЭВМ и предназначена для организации и управления работой ЭВМ, в том числе:

  1. Операционная система (ОС) предназначена для обеспечения удобства управления компьютером и сокрытия от пользователей и прикладных программ множества ненужных им деталей его функционирования. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист должен использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п.
  2. Операционная система — это интерфейс между аппаратной частью и прикладными программами, с одной стороны, и пользователем ЭВМ — с другой. Это наиболее важная функция любого компьютера. (В настоящее время c помощью специальных компонентов ОС (драйверов) осуществляется управление и доступ к элементам аппаратного обеспечения компьютера). С помощью процедур ОС, обеспечивающих графический (или командный) интерфейс выполняется взаимодействие с пользователем операционной системы и прикладных программ.

ОС предоставляет пользователю некоторую расширенную или виртуальную машину, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Основные функции управления:

  • управление ресурсами ЭВМ (администрирование ресурсов) такими как процессоры (если их больше 1), оперативная память (ОП), устройства ввода вывода;
  • обеспечение вычислительных системных услуг прикладным программам (Application program interface — АРI);
  • организация эффективного вычислительного процесса на ЭВМ в различных типах ОС (системы разделения времени, системы реального времени, системы пакетнойобработки).
  • 1.1 Определение операционной системы

    Это набор программ (обычных и микро), которые обеспечивают возможность использования аппаратуры компьютера. При этом аппаратура предоставляет сырую вычислительную мощность, а задача операционной системы состоит в предоставлении аппаратуры для пользователя в удобном для него виде.

    Главные цели разработчиков операционной системы:

    1. Эффективное использование всех компьютерных ресурсов.

    2. Повышение производительности труда программистов.

    3. Простота, гибкость, эффективность и надежность организации вычислительного процесса.

    4. Обеспечение независимости прикладных программ от аппаратного обеспечения (АО).

    Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах (МЛ), сетевой коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. Функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Таким образом, ОС реализует:

    • интерфейс пользователя (команды в MS DOS, UNIX; графический интерфейс в ОС Windows);
    • разделение аппаратных ресурсов между пользователями (в многопользовательской и многозадачной ОС);
    • работу в локальных и глобальных сетях;
    • возможность работы с общими данными в режиме коллективного пользования;
    • планирование доступа пользователей к общим ресурсам;
    • эффективное выполнение операций ввода-вывода;
    • восстановление данных и вычислительного процесса в случае ошибок.

    Для реализации управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что, в конечном счете, и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

    1. 2 История развития операционных систем

    Поколения ОС также как и аппаратные средства отражают достижения в области электронных компонентов: 1 поколение – лампы, 2 поколение – транзисторы, 3 поколение – интегральные микросхемы (ИС), 4 поколение большие и сверхбольшие интегральные схемы – БИС и СБИС. Поколения компьютеров отличаются:

    • стоимостью, габаритами, мощностью;

    • быстродействием и объемом памяти.

    Рассмотрим эволюцию операционных систем.

    0 поколение (40 — 50 годы)

    — ОС отсутствует. Полный доступ к ресурсам ЭВМ на машинном языке, все программы разрабатываются в двоичном коде. Этот период характеризуется высокой стоимостью приобретения и эксплуатации компьютеров и низкой стоимостью труда программистов. Компьютеры использовались в монопольном интерактивном режиме. Основная цель – максимизировать использование аппаратного обеспечения. Основной режим работы компьютера – простой и ожидание каких-либо действий программиста. При этом наблюдается недостаточное использование дорогостоящего вычислительного оборудования.

    1 поколение (60-е годы

    ). Возникласистема пакетной обработки. В каждый момент времени ЭВМ использовалась для решения одной прикладной программы. Пользователи уже не работают с ЭВМ на физическом уровне. Программы и данные принимает человек-оператор. Задание на обработку формируется в виде пакета, представляющего собой совокупность отдельных программ и данных, разделенных специальными символами. Пакет может быть составлен на перфокартах или МЛ. В машине постоянно находится управляющая программа, которая считывает последовательно пользовательские программы и данные из пакета и загружает их на выполнение. Результаты выводятся на внешнее устройство, и составляют пакет результатов. Управляющая программа должна фиксировать время исполнения каждой программы, реагировать на определенные ситуации по управлению программами по мере их исполнения (прекращать выполнение). Другими словами, она должна выполнять внутрисистемные операции управления, которые пользователь осуществлял ранее на физическом уровне. Дополнительно эта программа должна автоматически переключать машину на исполнение программ из пакета по последовательной схеме (FIFO). Такую системную программу можно назвать простейшей ОС, обеспечивающей обработку программ в однопрограммном пакетном режиме.

    Недостатки:

    1. Использование части машинного времени (времени процессора) на выполнение системной управляющей программы.
    2. Программа, получившая доступ к процессору, обслуживается до ее завершения. При этом если возникает потребность в передаче данных между внешними устройствами и ОП, то процессор простаивает, ожидая завершения операции обмена. С другой стороны при работе процессора простаивают внешние устройства. Для персонального компьютера проявление фактора простоя процессора не столь существенно, так как стоимость его не велика, чего не скажешь о больших и дорогих ЭВМ.

    Этот недостаток однопрограммного режима был устранен в мультипрограммном пакетном режиме (65-75 г.г.) в ОС второго поколения. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для этой цели в начале работы формируется пакет заданий, содержащих требования к системным ресурсам. Из этого пакета формируется мультипрограммная смесь из заданий, предъявляющих отличающиеся требования к ресурсам для того, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку всех устройств ЭВМ. Так, например, в мультипрограммную смесь желательно вводить вычислительные задачи и задачи, интенсивно использующие ввод/вывод. В системах пакетной обработки переключение процессов с выполнения одной задачи на другую происходит только в том случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, для выполнения операции ввода/вывода, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.

    Особенностью этого поколения было и то, что ОС создавались как системы коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и как первые системы мультипроцессорного типа. В таких системах несколько пользовательских программ одновременно присутствуют в оперативной памяти компьютера и центральный процессор (ЦП) динамически переключается с решения одной задачи на решение другой задачи. При этом появляется возможность одновременной загрузки ЦП и устройств ввода-вывода. В случае многопроцессорных систем единый вычислительный комплекс (ВК) содержит несколько процессоров, что повышает вычислительную мощность вычислительной системы (ВС).

    В то же время появились методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств. В программе необходимо указывать только тип устройства, а не программировать его физический адрес. Конкретный адрес устройства определялся в процессе выполнения программы. Это было серьезное достижение в развитии ОС.

    В этот период были разработаны системы с разделением времени (РВ), предоставляющие пользователям возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов телетайпного типа (электронная пишущая машинка, имеющая интерфейс с ЭВМ), а в последующем и с помощью дисплея. При работе с такими ОС используется диалоговый или интерактивный режим. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Пользователь вводит запрос, который обрабатывается и ответ выводится на терминал, что позволяет увеличить эффективность и удобство работы пользователя. Пакетный режимобеспечивал увеличение пропускной способности и максимальную загрузку процессора, отлучая пользователя от ЭВМ, в то время как в режиме разделения времени (РРВ) каждый пользователь имеет непосредственный доступ к ЭВМ через свой терминал. Суть разделения времени максимально проста. Каждой программе, готовой к исполнению, для работы выделяется фиксированный, заранее определенный интервал времени, называемый квантом. Программа в течение одного кванта может быть не выполнена до конца, тогда она прерывается в момент окончания кванта и помещается в конец очереди. Из начала очереди извлекается другая программа, которой планируется фиксированный интервал. При этом ни один из пользователей, работающих за дисплеем, параллельно друг с другом, никак не ощущает, что процессор мультиплексируется несколькими программами.

    К этому же периоду относится появление первых систем реального времени (СРВ), в которых ЭВМ применяется для управления техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник сойдет с орбиты, экспериментальные данные могут быть потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Характерным для СРВ является обеспечение заранее заданных интервалов времени реакции на предусмотренныесобытия для получения управляющего воздействия. Поскольку в технологических процессах промедление может привести к не желаемым и даже опасным последствиям, СРВ работают со значительной недогрузкой, так как важнейшей характеристикой является постоянная готовность системы – ее реактивность.

    Системное программное обеспечение (СПО) ОС этого периода решало множество проблем, связанных с защитой данных и результатов работы различных программ, защитой данных в оперативной памяти и распределением устройств. Кроме того, ОС должна управлять новыми устройствами, входящими в состав аппаратного обеспечения. Для решения этих задач системное программное обеспечение сформировалось в сложную систему, требующую для реализации своих возможностей значительных вычислительных ресурсов.

    ОС третьего поколения

    (70-80 г.г.) были многорежимными системами, обеспечивающими пакетную обработку, разделение времени, режим реального времени и мультипроцессорный режим. Они были громоздкими, дорогостоящими (монстры операционных систем). Например, фирме IBM разработка ОС/360 стоила 6 млрд. долларов, что соизмеримо с затратами американской программы NASA высадки человека на Луне. Такие ОС, будучи прослойкой, между пользователем и аппаратурой ЭВМ, привели к значительному усложнению вычислительной обстановки. Для выполнения простейшей программы необходимо было изучать сложные языки управления заданием (JCL – Job Control Language). К этому периоду относится появление вытесняющей многозадачности (Preemptive scheduling), и использование концепции баз данных для хранения больших объемов информации для организации распределенной обработки. Программисты перестали использовать перфокарты и магнитные ленты для хранения своих данных. Вводится приоритетное планирование (Prioritized scheduling) и выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров (процессорного времени, дисковой памяти, физической (оперативной) памяти). При использовании компьютеров широкое распространение получила концепция распределения времени (time sharing) , но ограниченность ресурсов приводила к перегрузке компьютеров и к неприемлемому времени ожидания ответа или результатов работы. Программистам приходилось компенсировать это неудобство работой в ночное время.

    Четвертое поколение

    с середины 70-х. Период характеризуется уменьшением стоимости компьютеров и увеличением стоимости труда программиста. Появление персональных компьютеров позволило установить компьютер практически каждому пользователю на рабочем столе. Благодаря широкому распространению вычислительных сетей и средств оперативной обработки (режим on-line), пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам. Появились микропроцессоры, на основе которых создаются все новые и новые PC, которые могут быть использованы, как автономно, так и в качестве терминалов более мощных вычислительных систем. При передаче информации по линиям связи усложняются проблемы защиты информации, шифрования данных. Возникло понятие сетевого компьютера (Network computer) , способного получать все ресурсы через компьютерную сеть. Понятие файловой системы распространяется на данные, доступные по различным сетевым протоколам.

    Число людей, пользующихся компьютером, значительно возросло, что выдвигает требование дружественного интерфейса пользователя, ориентации на неподготовленного пользователя. Появились системы с управлением с помощью меню и элементов графического интерфейса. Начала широко распространяться концепция виртуальных машин. Пользователь более не заботится о физическихдеталях построения ЭВМ или сетей. Он имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него ОС, представляющимвиртуальную машину. Таким образом, возникла концепциявиртуализации ресурсов ЭВМ. Виртуальным ресурсом называется функциональный программно моделируемый эквивалент реального монопольного ресурса, допускающий его совместное использование многими процессами. Мультипрограммирование – виртуализация центрального процессора (ЦП – CPU). Буферный ввод/вывод – виртуализация устройств ввода и вывода.

    В настоящее время концепция виртуальных машин находит все большее распространение. Виртуальная машина – это функциональный эквивалент реальной ЭВМ, обеспечивающий пользователей на основе одной ЭВМ множество функционально эквивалентных ей ЭВМ.

    Широкое внедрение получила концепция распределенной обработки данных. Развитием распределенной обработки данных стала технология Клиент — Сервер, в которой серверный процесс предоставляет возможность использовать свои ресурсы клиентскому процессу по соответствующему протоколу взаимодействия. Название сервера отображает вид ресурса, который предоставляется клиентским системам (сервер печати, сервер вычислений, сервер баз данных, сервер новостей, сервер FTP, сервер WWW и т.д.)


    .

    История создания и развития операционных систем

    .

    В настоящее время компьютером никого не удивишь – навыки работы с ним имеют практически все люди, от мала до велика. Неизменным помощником в работе является операционная система: самыми распространенными являются Windows, Макинтош (Mac), Линукс (Linux) и Android. В данной статье предлагаем рассмотреть преимущества и недостатки каждой из них.

    Windows OS

    Система, принадлежащая компании «Майкрософт», на сегодняшний день является самой распространенной – ей пользуются порядка 90% пользователей. Основными характеристиками данной системы являются:

    • широкое распространение – практически все компьютеры изначально работают на этой системе;
    • наличие широкого спектра стандартных программ, а также возможность скачивать, устанавливать и использовать сторонние программы, игры;
    • предоставление как платное, так и бесплатное: новая (10) версия системы предоставляется бесплатно.

    Mac

    Система Макинтош не имеет широкого распространения: это связанно с тем, что она предоставляется вместе с компьютерами и ноутбуками компании Apple, имеющими высокую стоимость. Отличительные характеристики системы:

    • программы при установке в системе не создают дополнительные файлы и папки;
    • система абсолютно стабильна: так как она разработана только для одного типа компьютеров, у них идеальная совместимость;
    • простой и понятный интерфейс системы: она выполнена в минималистичном стиле и имеет девиз «ничего лишнего».

    Linux

    Система Линукс – для тех меньшинств, кто хочет «настроить» персональный компьютер только для себя.

    История операционных систем

    Основными отличиями Линукса являются:

    • открытый исходный код – пользователь может самостоятельно дописать характеристики системы, оптимизировав её;
    • абсолютно бесплатное предоставление;
    • с системой совместим лишь небольшой процент программ – она предназначена именно для работы.

    Android

    Изначально Андроид был платформой для мобильных устройств, однако этот период уже в прошлом: современные миникомпьютеры работают именно на данной системе. Её отличительные черты:

    • низкие системные требования;
    • огромное количество поддерживаемых программ, приложений и игр.

    В заключение хочется сказать: все системы хороши, выбирай на вкус! Подбирайте операционную систему компьютера в зависимости от необходимого функционала и научитесь обслуживать её, и она прослужит вам верой и правдой, без «глюков» и поломок!

    Похожие новости:

    Какие бывают операционные системы?

    Без операционной системы компьютер просто не сможет работать, и станет бесполезной вещью, в большинстве случаев, пользователи применяют ту ОС, которая уже изначально была установлена, лишь обновляя ее. Но при желании, ее можно и заменить, поэтому сегодня мы поговорим о том, какие бывают операционные системы и чем они отличаются друг от друга.

    Какие операционные системы существуют?

    В настоящее время есть три самые распространенные ОС, одна из них наверняка знакома и вам, это Windows, который применяют большинство пользователей компьютеров и ноутбуков. Данная ОС является самой популярной в мире, во всяком случае, именно это говорит нам статистика.

    Также распространена такая система как Линукс, она может на легальных основаниях быть распространена не только создателем, но и пользователями, это ее отличие от упомянутого уже Windows. Также данная ОС является системой с открытым кодом, то есть, ее можно модернизировать при желании.

    И, наконец, Apple выпустила MAC OS, которая устанавливается на Макинтошах или Маках. Ее используют почти 9 % пользователей.

    Каждый человек выбирает для себя сам, какие операционные системы для компьютера выбрать, существует множество различий между разными типами ОС, но прежде всего специалисты рекомендуют обращаться внимание на удобство использования и задачи, которые вы решаете при помощи компьютера.

    Какие операционные системы существуют для смартфонов?

    В настоящее время наиболее распространены Android, Windows Phone и iOS. Именно они являются самыми используемыми системами, каждый тип отличается своими характеристиками, например, Android может быть прошит, при этом его функционал значительно будет расширен. Программы для Windows Phone можно купить в специальном магазине, чтобы установить какие-то альтернативные продукты, придется потратить время на разблокировку.

    Что такое «лайки» и зачем они нужны?

    Жизнь интернет-сообществ организована по своим правилам: ежедневно здесь меняются темы обсуждения, возникают вопросы, требующие срочных ответов, публикуется огромное число откликов на фото или информацию.

    Для чего нужен планшет?

    Планшет – это нечто среднее между привычным компьютером и смартфоном.

    1. 2 История развития операционных систем

    Его удобно взять с собой в дорогу и использовать для прослушивания музыки, просмотра фильмов и игр. С его помощью легко выйти в интернет, а это еще больше расширяет возможности пользователей.

    Похожие статьи

    Нет звука на компьютере — что делать?

    Многие пользователи компьютеров нередко сталкиваются с различного рода проблемами. В этой статье мы рассмотрим причины отсутствия звука на компьютере и способы устранения таких неполадок в работе техники.

    Как пользоваться iTunes на компьютере?

    Для счастливых обладателей техники компании Apple существует ряд программ, с которыми не так просто разобраться. Эта статья расскажет о том, как пользоваться программой iTunes и что она из себя представляет.

    История развития ОС

    Первый период (1945 -1955)

    Известно, что компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэбиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла но-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей точной механики, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы.

    Некоторый прогресс в создании цифровых вычислительных машин произошел после второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

    Второй период (1955 — 1965)

    С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы — полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. Именно в этот период произошло разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

    В эти годы появились первые алгоритмические языки, а следовательно и первые системные программы — компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.

    Третий период (1965 — 1980)

    Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров.

    Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной.

    Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными "монстрами". Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

    Однако, несмотря на необозримые размеры и множество проблем, OS/360 и другие ей подобные операционные системы машин третьего поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование — это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ.

    Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

    Другое нововведение — спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел.

    Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной обработки появился новый тип ОС — системы разделения времени. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины.

    Четвертый период (1980 — 00)

    Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление микросхем. Компьютер стал доступен отдельному человеку, и наступила эра персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но вот цена у них существенно отличалась. Если миникомпьютер дал возможность иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или университету, то персональный компьютер сделал это возможным для отдельного человека.

    Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения, это положило конец кастовости программистов.

    На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и 80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX доминировала в среде "не-интеловских" компьютеров, особенно построенных на базе высокопроизводительных RISC-процессоров.

    В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.

    В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии других компьютеров и должны делать логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Каждая машина в сети выполняет свою собственную локальную операционную систему, отличающуюся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети. Сетевая ОС не имеет фундаментальных отличий от ОС однопроцессорного компьютера. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.

    Пятый период (настоящее время)

    Принцип распределенной обработки данных перешел на принцип распределенных сетевых ОС, в которых основные функции реализуются на распределенных в пределах сети процессорах.

    Операционная система

    Появление глобальной сети. Интерфейс становится более дружественным (интуитивно понятный интерфейс). Для программиста создание среды визуального программирования. Новый класс ОС, специализированных для процессоров ЦОС. Вывод: ОС на современном этапе развиваются в направлении: 1) повышения функциональной сложности, насыщенности и производительности. 2) повышение степени абстрагирования от аппаратуры (мобильности). 3) повышение степени дружественности к оператору и распределенности обработки.

    Классификация ОС

    Все многообразие существующих (и ныне не использующихся) ОС можно классифицировать по множеству различных признаков. Остановимся на основных классификационных признаках.

    По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные ОС, как правило, работают с фиксированным набором программ (функциональных задач). Применение таких систем обусловлено невозможностью использования универсальной ОС по соображениям эффективности, надежности, защищенности и т.п., а также вследствие специфики решаемых задач.

    Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователей, но, как правило, форма эксплуатации вычислительной системы может предъявлять особые требования к ОС, т.е. к элементам ее специализации.

    По способу загрузки можно выделить загружаемые ОС (большинство) и системы, постоянно находящиеся в памяти вычислительной системы. Последние, как правило, специализированные и используются для управления работой специализированных устройств (например, в БЦВМ баллистической ракеты или спутника, научных приборах, автоматических устройствах различного назначения и др.).

    По особенностям алгоритмов управления ресурсами. Главным ресурсом системы является процессор, поэтому дадим классификацию по алгоритмам управления процессором, хотя можно, конечно, классифицировать ОС по алгоритмам управления памятью, устройствами ввода-вывода и.т.д.

    Поддержка многозадачности (многопрограммности).

    По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные) – например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные) – например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.

    Однопрограммные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Они также имеют средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов (процессор, память, файлы и т.д.), это позволяет значительно повысить эффективность вычислительной системы.

    Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся: на однопользовательские (MS-DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/2003/XP/Vista).

    Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских – наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что может быть однопользовательская мультипрограммная система.

    Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или потоками). По этому признаку можно выделить 2 группы алгоритмов: не вытесняющая многопрограммность (Windows3.x, NetWare) и вытесняющая многопрограммность (Windows 2000/2003/XP, OS/2, Unix).

    В первом случае активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдает управление операционной системе. Во втором случае решение о переключении процессов принимает операционная система. Возможен и такой режим многопрограммности, когда ОС разделяет процессорное время между отдельными ветвями (потоками, волокнами) одного процесса.

    Многопроцессорная обработка. Важное свойство ОС – отсутствие или наличие средств поддержки многопроцессорной обработки. По этому признаку можно выделить ОС без поддержки мультипроцессирования (Windows 3.x, Windows 95) и с поддержкой мультипроцессирования (Solaris, OS/2, UNIX, Windows NT/2000/2003/XP).

    Многопроцессорные ОС классифицируются по способу организации вычислительного процесса на асимметричные ОС (выполняются на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам) и симметричные ОС (децентрализованная система).

    По области использования и форме эксплуатации. Обычно здесь выделяют три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

    системы пакетной обработки (OS/360, OC EC);

    системы разделения времени (UNIX, VMS);

    системы реального времени (QNX, RT/11).

    Первые предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.

    Критерий создания таких ОС – максимальная пропуская способность при хорошей загрузке всех ресурсов компьютера. В таких системах пользователь отстранен от компьютера.

    Системы разделения времени обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя, который имеет терминал и может вести диалог со своей программой.

    Системы реального времени предназначены для управления техническими объектами (станок, спутник, технологический процесс, например доменный и т.п.), где существует предельное время на выполнение программ, управляющих объектом.

    По аппаратной платформе (типу вычислительной техники), для которой они предназначаются, операционные системы делят на следующие группы.

    Операционные системы для смарт-карт. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например, электронным платежом. Некоторые смарт-карты являются JAVA-ориентированным и содержат интерпретатор виртуальной машины JAVA. Апплеты JAVA загружаются на карту и выполняются JVM-интерпретатором. Некоторые из таких карт могут одновременно управлять несколькими апплетами JAVA, что приводит к многозадачности и необходимости планирования.

    Встроенные операционные системы. Управляют карманными компьютерами (lialm OS, Windows CE – Consumer Electronics – бытовая техника), мобильными телефонами, телевизорами, микроволновыми печами и т.п.

    Операционные системы для персональных компьютеров, например, Windows 9.x, Windows ХР, Linux, Mac OSX и др.

    Операционные системы мини-ЭВМ, например, RT-11 для PDP-11 – OC реального времени, RSX-11 M для PDP-11 – ОС разделения времени, UNIX для PDP-7.

    Операционные системы мэйнфреймов (больших машин), например, OS/390, происходящая от OS/360 (IBM). Обычно ОС мэйнфреймов предполагает одновременно три вида обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций (например, работа с БД, бронирование авиабилетов, процесс работы в банках) и разделение времени.

    Серверные операционные системы, например, UNIX, Windows 2000, Linux. Область применения – ЛВС, региональные сети, Intranet, Internet.

    Кластерные операционные системы. Кластер – слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений и представляющихся пользователю единой системной, например, Windows 2000 Cluster Server, Windows 2008 Server, Sun Cluster (базовая ОС – Solaris).


    Дата добавления: 2017-06-02; просмотров: 193;


    ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *