' 'Операционные системы(ОС), семейства операционных систем
Операционная система (ОС) является основой системного программного обеспечения (системного ПО), под управлением которыми осуществляется начальная загрузка компьютера, управление работой всех его устройств и проверка их работоспособности, управление файловой системой компьютера, загрузка пользовательских приложений и распределение ресурсов компьютера между ними, поддержка пользовательского интерфейса и др.
Операционная система (ОС) представляет собой совокупность программ, выполняющих две функции: предоставление пользователю удобств виртуальной машины и повышение эффективности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами.
Процессор компьютера выполняет команды, заданные на машинном языке. Непосредственная подготовка таких команд требует от пользователя знаний языка и специфики построения и взаимодействия аппаратных средств. Так, например, для доступа к хранящейся на магнитном носителе информации необходимо указать номера блоков на диске и номера секторов на дорожке, определить состояние двигателя механизма перемещения головок записи/считывания, обнаружить наличие и типы ошибок, выполнить их анализ и пр. Требовать этих знаний от всех пользователей практически невозможно. Поэтому и возникла необходимость в создании ОС – совокупности программ, скрывающих от пользователя особенности физического расположения информации и выполняющих обработку прерываний, управление таймерами и оперативной памятью. В результате пользователю предоставляется виртуальная машина, реализующая работу на логическом уровне.
Назначение операционных систем.
Операционные системы относятся к системному программному обеспечению. Все программное обеспечение разделяется на системное и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ. История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.
Действительно, если мы не будем иметь возможности изменять исходные данные и получать результаты вычислений, то зачем вообще эти вычисления? Очевидно, что исходные данные могут вводиться различными способами. На практике используются самые разнообразные устройства и методы. Например, мы можем вводить исходные значения с клавиатуры, задавать нужные действия или функции с помощью указателя мыши, считывать записи из файла, снимать оцифрованные значения с датчиков и т.д. Часть исходных данных может быть передана в программу через область памяти, в которую предварительно другая программа занесла свои результаты вычислений. Способов много. Главное – выполнить в программе некоторые действия, связанные с получением исходных данных.
Аналогично, и вывод результатов может быть организован, например, на соответствующие устройства и в форме, удобной для восприятия ее человеком. Либо результаты расчетов будут отправляться программой на какие-нибудь исполнительные устройства, которые управляются компьютером. Наконец, мы можем организовать запись полученных значений на некие устройства хранения данных (с целью их дальнейшей обработки).
В 50-е годы взаимодействие пользователей с вычислительным комплексом было совершенно иным, чем ныне. Программист-кодер (от англ. coder – кодировщик) – специально подготовленный специалист, знающий архитектуру компьютера и язык(и) программирования, - по заказу составлял текст программы, часто по уже готовому алгоритму, разработанному программистом-алгоритмистом. Текст этой программы затем отдавался оператору, который набирал его на специальных устройствах и переносил на соответствующие носители. Чаще всего в качестве носителей использовались перфокарты или перфолента.
Для автоматизации труда программиста (кодера) стали разрабатывать специальные алгоритмические языки высокого уровня, а для автоматизации труда оператора вычислительного комплекса была разработана специальная управляющая программа, загрузив которую в память один раз оператор мог ее далее использовать неоднократно и более не обращаться к процедуре программирования ЭВМ через пульт оператора. Именно эту управляющую программу и стали называть операционной системой. Со временем на нее стали возлагать все больше и больше задач, она стала расти в объеме. Прежде всего разработчики стремились к тому, чтобы операционная система как можно более эффективно распределяла вычислительные ресурсы компьютера, ведь в 60-е годы операционные системы уже позволяли организовать параллельное выполнение нескольких программ. Помимо задач распределения ресурсов появились задачи обеспечения надежности вычислений. К началу 70-х годов диалоговый режим работы с компьютером стал преобладающим, и у операционных систем стремительно начали развиваться интерфейсные возможности. Термин интерфейс (interface) обозначает целый комплекс спецификаций, определяющих конкретный способ взаимодействия пользователя с компьютером.
На сегодняшний день можно констатировать, что операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
Во многих операционных системах вы можете выполнять несколько программ одновременно. Причем программы могут взаимодействовать друг с другом. Как могут несколько программ выполняться на одном процессоре одновременно? Дело в том, что на выполнение каждой программы отводится маленький отрезок времени, так называемый квант, по истечении которого начинает выполняться следующая программа, затем следующая и так по кругу. Таким образом, создается иллюзия, что все запущенные программы работают параллельно. Одновременное выполнение нескольких программ очень удобно, например, можно копировать текст и рисунки из одной программы в другую. Так вот, управление выполнением одной или нескольких одновременно запущенных программ и обменом информацией между ними — четвертая функция операционной системы.
На одном диске может быть записано множество программ, текстов, рисунков. Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой.
Файловая система – общая структура, определяющая в операционной системе наименование, сохранение и размещение файлов. Различными типами файловых систем являются системы NTFS, FAT и FAT32.
Операционная система «MS DOS»
ОС MS DOS — это однопользовательская, однозадачная, несетевая 16-разрядная операционная система, ориентированная на использование на ПЭВМ с микропроцессором Intel 8086 (80286). Эта ОС позволяет полностью использовать возможности Intel 8086 и возможности Intel 80286. Максимальный объем физической памяти: 640 Кб. Максимальный объем памяти, доступный из прикладных программ – 640 Кб. Последние версии MS DOS (начиная с 5.0) могут использовать адресное пространство между 640Кб и 1Мб для размещения своих составных частей и некоторых драйверов, освобождая тем самым память в адресном пространстве 0-640 Кб для использования прикладными программами. DOS предоставляет все ресурсы PC для одной, активной в настоящий момент, программы. Значительно развита файловая система и процессор командного языка. Очень слабая поддержка интерактивных средств взаимодействия с пользователем. На диске может занимать, в зависимости от версии: 1-6 Мб (минимум, при котором можно работать — 100 Кб).
ИСТОРИЯ MS DOS
В октябре 1980 г. менеджеры фирмы IBM занялись поисками ОС для своего 16-разрядного ПК, находящегося в стадии разработки. В тот период на ПЭВМ наиболее широко применялась ОС CP/M (Control Program for MicroComputers) фирмы Digital Research. Не достигнув приемлемых соглашений с Digital Research, фирма IBM обратилась к фирме Microsoft (Билл Гейтс). В тот момент у Microsoft не было соответствующей ОС, но ей была известна небольшая фирма (Seattle Computer Products), которая имела такую ОС. За $50000 Билл Гейтс приобрел права на неё. В дальнейшем эта ОС послужила основой для MS DOS. В ноябре 1980 года Microsoft и IBM подписали договор на разработку ОС для IBM PC. В феврале 1981 г. появилась первая версия PC/MS-DOS, которая работала на IBM PC. В августе 1981 г. — PC DOS 1.0 (эта версия была утверждена для применения на IBM PC).
Операционные системы семейства "Windows"
История Windows берет свое начало в 1985 году, когда появилась первая версия системы. Она представляла собой набор программ, расширяющих возможности существующих операционных систем для большего удобства в работе. Через несколько лет вышла вторая версия, но популярность система Windows завоевала только в третьей версии.
Новый принцип организации доступа к информации – графический посредством окон, создал Windows простой в использовании.
Удобство:
§ для управления компьютером не нужно вводить специальные команды на английском языке;
§ не нужно помнить параметры команд;
§ единый графический программный интерфейс для программ (одинаковые действия в различных программах под Windows выполняются одинаковыми командами);
§ для запуска нужной команды достаточно навести на неё курсор и щёлкнуть левой кнопкой мыши.
Графический интерфейс означает, то что изображение рисуется программно по точкам, в этом случае становится возможно одновременное отображение на экране рисунков и текста, оформленного любыми шрифтами. DOS же работает в тестовом режиме, в котором изображение символов на экране создаётся самой видеокартой, возможно отображение только одного типа шрифта.
Все Windows реализуют те или иные модели многозадачности. Достигается это тем, что процессор по очереди выполняет каждую из них, и команда при этом сама выбирает, сколько времени она будет занимать процессор. Но это может привести к тому, что если одно из приложений зависнет, то зависнет и вся машина полностью. Это было не надёжно.
Windows Millennium
Эта операционная система из семейства Win9x появилась в 2000 году. Её выход носил явно маркетинговый характер. Зачем нужна новая ОС, при такой замечательной работе Windows Update и периодических выпусках заплаток.
Windows ME полностью отказалась от DOS (утилита MSCONFIG заменяет AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS), благодаря чему ускорилась загрузка системы. На самом деле исчезла только поддержка реального режима. Теоретически должны были также повыситься надежность и производительность ОС, однако существенной разницы не заметно. Создается впечатление, что код реального режима просто тщательно замаскирован, но остался на месте.
Windows ME – Windows для домашнего использования (“для домохозяек”), для использования мультимедиа, для сёрфинга по Internet. Существуют, правда, сетевые функции, и даже работают быстрее, чем в Win2K, но скорость обеспечена в ущерб стабильности и защищённости. Windows ME можно использовать для организации только домашних сетей.
В этой ОС воплощена простота установки и настройки (скрыв дополнительные, иногда очень полезные), подробная справка по любому вопросу об использовании системы.
System Restore – особый драйвер постоянно отслеживает операции с определенными категориями файлов (системные, файлы приложений, реестр и т. д.) и перед их изменением сохраняет прежние версии в зарезервированной области диска. На основе собранной информации создаются так называемые контрольные точки, т. е. фиксированные состояния, в которые может быть возвращена система, — это происходит после установки приложений (через службу Windows Installer), обновления драйверов или ежесуточно, но не реже одного раза в каждые 10 часов непрерывной работы. В случае любых нежелательных последствий (если только систему удается загрузить) пользователь может запустить апплет System Restore и "вернуться" в произвольную контрольную точку, причем процесс полностью обратим.
Universal Plug-and-Play – данная технология позволяет подключать к локальной сети "умные" бытовые приборы и централизованно управлять ими с персонального компьютера: программировать видеомагнитофон, регулировать температуру в холодильнике и т. д. Даже для западного рынка это, пока что, из области фантастики, а что уж говорить о России.
Для более уверенной работы в Сети в новую ОС включены самые свежие версии Internet Explorer, Outlook Express, NetMeeting, MSN Messenger.
В Windows Me существенно переработан (портирован из Windows 2000) стек TCP/IP. По идее это должно повысить эффективность использования Internet, но для dial-up-подключения вы точно разницы не ощутите. Быть может, несколько больше повезет пользователям широкополосных соединений. С другой стороны, новый стек несовместим с некоторыми специфическими коммуникационными программами.
Встроен механизм компрессии, поддерживающий формат zip и cab. При просмотре архив представляется в виде обычной папки, а вот архивация выполняется несколько неочевидным способом: из контекстного меню выбранные файлы нужно "отправить" в Compressed Folder.
Довольно интересны усовершенствования в области управления электропитанием, в частности функция Hibernate. При выключении компьютера с помощью этой опции на диске сохраняется дамп оперативной памяти, и последующая загрузка ОС выполняется чрезвычайно быстро, причем компьютер возвращается в то же самое состояние (окна, запущенные приложения, открытые документы и т. д.)
'Windows ' XP
Windows XP (Whistler) вышел 25 октября 2001 и представляет собой версию Windows NT 5.1.
Windows XP вышла в двух вариантах Home edition и Professional. Win XP Home edition представляет собой урезанную версию Professional в плане сети.
Выход Win XP ознаменовал переход всех ОС Windows на ядро NT (конец серии Windows9x).
Надёжность Многозадачность с вытеснением – допускается одновременная работа нескольких приложений, обеспечивающая в то же время быструю реакцию системы и высокую стабильность ее работы.
Масштабируемая поддержка памяти и процессора – поддерживается до 4 Гбайт оперативной памяти и до двух симметричных микропроцессоров.
Защита Шифрованная файловая система (EFS) с мультипользовательской поддержкой – все файлы шифруются ключом, генерируемым случайным образом. Процессы шифрования и дешифрования прозрачны для пользователя. В операционной системе Windows XP Professional файловая система EFS позволяет иметь доступ к зашифрованному документу сразу нескольким пользователям.
Удобство использования Новое оформление – сохранив ядро Win2K, Win XP приобрела обновлённый внешний вид. Адаптация к особенностям работы конкретного пользователя. Появление контекстного меню в Проводнике, в котором указаны действия, выполняемые с файлами того типа, к которому относится выбранный.
Принципиально новые методы работы с удалёнными системами Пользователь может организовывать виртуальные сеансы работы на своем настольном компьютере с помощью протокола RDP (Remote Desktop Protocol).
Защищенное хранение информации о паролях. Позволяет вводить имя и пароль только один раз, затем система будет вводить их автоматически.
Новая технология отображения текста ClearType позволяет втрое увеличить горизонтальное разрешение текста в программе.
Обеспечивается безопасный доступ и повышается быстродействие при работе в беспроводных сетях.
Файловая система Изменено местоположение структуры данных на физических носителях, отформатированных под NTFS. За счёт этого в среднем на 5-8% повышается производительность.
На NTFS-разделах доступны переменные размеры кластеров (0,5-4 Кбайт).
Новая файловая система NTFS позволяет работать с файлами неограниченного размера, что очень удобно для обработки видео.
Следующая версия Windows NT 5.3 выйдет в 2004 году. Это будет Longhorn (длинный гудок).
Операционная система «UNIX»
За время, прошедшее с момента ее появления в 1969 году, система UNIX была довольно популярной и получила распространение на машинах с различной мощностью обработки. В наше время, в большинстве, случаев ОС UNIX применяется на серверах. Практически весь Internet стоит на UNIX.
UNIX – многопользовательская, многозадачная операционная система.
Популярность UNIX в среде разработчиков обеспечивалась следующими причинами:
§ система написана на языке высокого уровня, благодаря чему ее легко читать, понимать, изменять и переносить на другие машины (первый вариант системы на C имел на 20-40 % больший объем и работал медленнее по сравнению с вариантом на Assembler)
§ наличие довольно простого пользовательского интерфейса, в котором имеется возможность предоставлять все необходимые пользователю услуги
§ наличие элементарных средств, позволяющих создавать сложные программы из более простых
§ наличие иерархической файловой системы, легкой в сопровождении и эффективной в работе
§ очень гибкая в настройке (по сравнению с Windows для рабочих станций и для серверов)
§ обеспечение согласования форматов в файлах, работа с последовательным потоком байтов, благодаря чему облегчается чтение прикладных программ
§ наличие простого, последовательного интерфейса с периферийными устройствами
§ система является многопользовательской, многозадачной; каждый пользователь может одновременно выполнять несколько процессов
Операционная система "IBM OS/2"
OS/2 – операционная система фирмы IBM. Особой популярностью в качестве домашней ОС никогда не пользовалась, оставаясь в тени Windows. OS/2 представляет собой самостоятельную линию развития операционных систем, отличаясь от Windows NT существенно меньшей требовательностью к ресурсам компьютера, а от Linux/UNIX – принципиальной разницей в подходе к разработке и большей схожестью графического интерфейса пользователя с Windows.
1 августа 1984 года IBM выпустила PC/AT. Параллельно разработке Windows, Microsoft cовместно с IBM приступила к разработке новой операционной системы под эти компьютеры — OS/2. Новая ОС должна была преодолеть ограничение DOS на 640 Кб памяти для прикладных программ и реализовать поддержку режима многозадачности. Предполагалось, что к середине 90-х OS/2 станет доминирующей ОС. С самого начала OS/2 была задумана как многопотоковая ОС с вытесняющей многозадачностью. OS/2 также обеспечивает намного более совершенную защиту памяти, поэтому какая-нибудь прикладная программа, содержащая ошибки, редко выводит из строя всю систему.
Необходимость поддержки DOS стала для разроботчиков одной из самых неприятных помех. Ни одна из проблем не являлась непреодолимой, но их комбинация была убийственной. IBM и Microsoft расплачивались за непродуманные решения, принятые при разработке DOS в 1981 году. К тому же огромная популярность DOS произвела эффект бумеранга – разработчики вынуждены были поддерживать DOS приложения в OS/2, чтобы иметь хоть какие-то шансы на завоевание рынка. В конце концов разработчики OS/2 нашли решение, как исполнять DOS в защищенном режиме, хотя в процессе поиска решения и столкнулись с огромным количеством проблем. Окончательный выход выглядел следующим образом: имелась одна-единственная полноэкранная сессия DOS, которая не могла выполняться в фоновом режиме. Реализация подобного подхода требовала частого переключения между защищенным и реальным режимами (при активной DOS задаче).
В начале 1990-х годов пути двух гигантов IT-индустрии разошлись. Microsoft независимо от IBM начинает разработку Windows 3.0. IBM, независимо от Microsoft, разворачивает работу над облегчённой версией OS/2, которая требовала бы меньше ресурсов, чем OS/2 1.2.
Операционная система "Linux"
Особого рассмотрения достоин Linux, ОС на платформе UNIX, но ядро которой написано заново.
Linux — это полная многозадачная многопользовательская операционная система (точно также как и другие версии UNIX). Это означает, что одновременно много пользователей могут работать на одной машине, одновременно выполнять много программ.
В Internet хранятся коды системы в неоткомпилированном состоянии, каждый желающий может принять участие в её создании. Linux – это система, которую пользователи сделали для пользователей.
В 1991 в Хельсинки Линус Торвальдс начал проект, позже превратившийся в ядро Linux. Первоначально был создан терминальный эмулятор, который Линус использовал для доступа на Unix-серверы университета. Он создал программу под своё оборудование, но не зависящую от используемой ОС. Разработка была основана на ОС MINIX с использованием GNU C компилятора. Изначально название Линусом было придумано "Freax" (производная от "freak", "free" И "uniX"), но через полгода коллега по университету переименовал файлы, хранившиеся на ftp-сервере, в Linux, с чем Торвальдсу пришлось согласиться.
Linux:
§ дает возможность бесплатно и легально иметь современную ОС для использования как на работе, так и дома
§ обладает высоким быстродействием
§ работает надежно, устойчиво, совершенно без зависаний
§ не подвержена вирусам Windows, которых большинство
§ позволяет использовать полностью возможности современных ПК, снимая ограничения, присущие DOS и MS Windows по использованию памяти машины и ресурсов процессора(ов)
§ эффективно управляет многозадачностью и приоритетами, фоновые задачи (длительный расчет, передача электронной почты по модему и т.д. и т.п.) не мешают интерактивной работе
§ позволяет легко интегрировать компьютер в локальные и глобальные сети, в т.ч. в Internet; работает с сетями на базе Novell и MS Windows
§ позволяет выполнять представленные в формате загрузки прикладные программы других ОС – различных версий Unix, DOS и MS Windows
§ обеспечивает использование огромного числа разнообразных программных пакетов, накопленных в мире Unix и свободно распространяемых вместе с исходными текстами
§ предоставляет богатый набор инструментальных средств для разработки прикладных программ любой степени сложности, включая системы класса клиент-сервер, объектно-ориентированные, с многооконным текстовым и/или графическим интерфейсом, пригодных для работы как в Linux, так и в других ОС
§ дает пользователю и особенно разработчику замечательную учебную базу в виде богатой документации и исходных текстов всех компонент, включая ядро самой ОС
§ дает всем желающим попробовать свои силы в разработке, организовать общение и совместную работу через Internet с любыми из разработчиков ОС Linux и сделать свой вклад, став соавтором системы.