Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

История создания и развития Windows

Введение

На сегодняшний момент операционная система Windows фирмы Microsoft во всех ее проявлениях бесспорно считается самой распространенной операционной системой на ПК: в мире более 150 млн. IBM PC-совместимых компьютеров, и система Windows установлена на 100 млн. из них. Очевидно что ознакомление с ПК необходимо начинать с ознакомления с Windows, ведь без нее работа на ПК немыслима для большинства пользователей. Знание системы Windows - необходимый кирпичик в стене познания ПК.

История создания и этапы развития

Начало

В

те времена, когда работа над Windows только начиналась, считалось, что будущее принадлежит интегрированным средам. Фирма VisiCorp - создатель первой электронной таблицы VisiCalc, занималась созданием пакета Vision, работавшего в текстовом режиме с возможностью управления манипулятором "мышь". Пакет предназначался для объединения нескольких приложений одной многооконной оболочкой. Фирма Quarterdesk в то время разрабатывала пакет DESQ, который впоследствии стал основой для ее многозадачной среды DESQView.

Позиция фирмы Microsoft была иной. После посещения исследовательского центра Xerox PARC президент фирмы Билл Гейтс решил заняться созданием графической среды, которая послужила бы стандартной платформой для разработчиков прикладных программ. Тогда же этот центр посетил и Стив Джобб, создатель компьютеров Macintosh и, позднее, NeXT. Какое впечатление на обоих молодых людей оказало увиденное, хорошо известно. Итак, Microsoft поставила себе задачу по созданию платформы для разработчиков. Предполагалось обеспечить разработчиков встроенными функциями для реализации пользовательского интерфейса и его компонентов - окон, меню, панелей диалога, которые могли бы управляться с помощью клавиатуры или мыши.

Когда работа над средой Windows только начиналась, в распоряжении Microsoft был компьютер с процессором 8088 и максимальным объемом памяти 640 Кбайт. Предполагалось, что пользователи этой среды имеют порядка 256 Кб памяти, а жесткий диск им не доступен из-за высокой цены. Налучшим графическим адаптером в те времена был CGA с разрешением 320 на 200 при работе с четырьмя цветами. Адаптер Hercules обеспечивавший разрешение 720 на 348 в монохромном режиме был тогда новинкой. Работа графической среды в таких условиях была безумно медленной. В 1983 г стали просачиваться первые cведения о разработке Windows.

К концу 1984 года казалось, разработка Windows не завершится никогда. В ноябре 1984 года фирма Microsoft объявила, что поставка Windows отложена до июня следующего года. К тому времени на рынке присутствовали два аналогичных продукта - TopView фирмы IBM и VisiОn фирмы VisiCorp, оба работавшие в текстовом режиме.

В то время Билл Гейтс возлагал большие надежды на графическую пользовательскую среду (концепции "компьютер в каждом доме и на каждом столе" и "мгновенно доступная информация" пришли несколько позже). Несмотря на высокую цену и низкую производительность, на рынке ощущалось некоторое влияние компьютеров Macintosh, хотя в 1984 году появились компьютеры IВМ РС и Compaq.

И, наконец, Windows 1.0

К

огда фирма Microsoft созвала пресс-конференцию на выставке Comdex, проходившей в ноябре 1985 года в Лас-Вегасе, многие посчитали это событие последним шансом, особенно после того как среда Windows не была выпущена, как было обещано, в июне того же года. Пресс-конференция плавно перетекла в презентацию нового продукта - Microsoft Windows 1.0.

По сравнению с интерфейсом Macintosh, среда Windows 1.0 выглядела, мягко говоря, "бледно". Окна на экране не перекрывались (а располагались, заполняя экран, что называется tile), но имели кнопки для изменения размера и могли перемещаться мышью. В первой версии Windows не была реализована метафора "рабочей поверхности" (desktop), к тому времени уже имевшаяся в среде Мас и в графической оболочке GEM фирмы Digital Research. Программа управления файлами MS- DOS Executive работала в текстовом режиме.

Среда Microsoft Windows 1.0 не была требовательна к ресурсам: для ее работы было достаточно 256 Кбайт памяти и компьютера с двумя дисководами. Но как показал опрос первых пользователей, наличие жесткого диска и 640 Кбайт памяти существенно повышали производительность среды. Ряд проблем был решен, когда фирма Microsoft ввела поддержку расширенной памяти (LIM), стандарт которой был изначально разработан фирмой Lotus для работы электронной таблицы 1-2-3. Используя расширенную память, среда Windows 1.03 могла свопировать код и данные в расширенную память вместо жесткого диска, но программы могли выполняться только в оперативной памяти. Для Windows 1.0 поставлялось немного прикладных программ Aldus Page Maker 1.0 (перенесенный с Macintosh) и графический пакет In-A-Vision фирмы Micrografx. Обе программы работали чрезвычайно медленно, даже на компьютерах класса PC AT.

Очевидно, что для того, чтобы Windows заняла лидирующее положение, требовались коренные изменения. В 1987 году произошло два значительных события: была объявлена первая версия системы управления электронными таблицами Excel for Windows (почему-то версии 2.0) и новая версия среды Windows.

Улучшения: Windows 2.0

По сравнению с версией 1.0, версия Windows 2.0 имела ряд усовершенствований. Тогда как программа MS-DOS Executive по-прежнему работала в текстовом режиме и не было графической программы управления файлами и рабочей области, появились перекрывающиеся окна с кнопками максимизации и минимизации. Поддержка перекрывающихся окон стала одной из причин длительных судебных процессов между фирмой Apple и фирмами Digital Research (графическая оболочка GEM) и Microsoft. Окна могли перемещаться по экрану; была реализована поддержка клавиатурных эквививалентов для большинства стандартных команд и функций меню.

Не менее важным было введение протокола динамического об мена данными (DDE), и пакет Excel явился первым примером использования этой концепции. Протокол давал возможность установить динамическую связь между приложениями. Аналогичный протокол был реализован, фирмой Apple только в рамках операционной системы System 7 в 1990 году.

Использование процессора 80386

Годом позже среда Windows была поделена на два продукта, символизируя тем самым разделение рынка на системы с процессором 386 и без него. Версия Windows/286 была улучшенной версией Windows 2.0 с поддержкой протокола управления расширенной памятью EMS 4.0. Версия Windows/386 предоставляла несколько больше возможностей. Используя аппаратные преимущества процессора 80386, эта среда могла эмулировать расширенную память в дополнительной памяти и выполнять одновременно несколько программ, работая в виртуальном 8086 режиме процессора 80386.

Но даже при наличии Windows/386, высокопроизводительных процессоров, значительного количества памяти и поддержке VGA-графики среде Windows не доставало большого количества прикладных программ. Большинство фирм - производителей программного обеспечения делали ставку на OS/2. К их числу относились Borland и Lotus. В их планы разработка приложений для среды Windows в ближайшее время не входила.

Windows 3.0. Похоже на то, что обещали

microsoft windows программное обеспечение

Крупным шагом вперед стал выпуск в мае 1990 года версии Windows 3.0. Фирма Microsoft ввела поддержку защищенного режима процессоров 80286 и 80386, что давало прикладным программам больше памяти. Поддержка 386 расширенного режима была перенесена из Windows/386. Прикладным программам теперь отводилось до 16 Мбайт памяти, причем не странично организованной, как в LIM EMS, а доступной для одновременного использования. Была реализована псевдомногозадачность и возможность выполнения DOS- программ в окне. Заметно улучшился пользовательский интерфейс. Программы управления файлами File Manager и Program Manager были выполнены в стиле самой среды, появилась программа конфигурации Control Panel, были добавлены пропорциональные шрифты, а также объемные интерфейсные элементы: полосы прокрутки и кнопки. Изменения в работе дисплейных драйверов и возможность адресации большего объема памяти позволили Windows работать существенно быстрее. Наконец-то, и пользователи, и разработчики программных продуктов получили именно ту среду, которую они так долго ждали. Среди фирм - производителей программного обеспечения началась поистине Windows-истерия: все, что можно и нельзя было перенести в эту среду, получало название for Windows: компиляторы, электронные таблицы, графические пакеты, коммуникационные программы, игры - все шло на алтарь Windows. В такой гонке многие фирмы задыхались, отставали, другие вырывались вперед. Друзей не было и нет, небольшие и крупные фирмы, вовремя не развернувшиеся в сторону Windows, сметались с пути, их скупали, с ними объединялись, обменивались акциями, одним словом, неповоротливые клиенты просто уничтожались. Многие фирмы росли как на дрожжах: еще вчера они предлагали один - два продукта, работающих в среде DOS, а сегодня - широкий спектр Windows-продуктов. Пусть не очень высокого качества, но зато сегодня.

Windows 3.1. Еще лучше чем было

Н

есмотря на все улучшения, в среде Windows 3.0 были и существенные упущения: недостаток системных ресурсов, что делало невозможным использование имеющейся памяти, и знаменитые системные ошибки (UAE), происходившие намного чаще, чем этого можно было ожидать. Решение этих проблем привело к появлению версии Windows 3.1, которая изначально планировалась как небольшое улучшение версии 3.0. На самом деле введение поддержки масштабируемых шрифтов технологии TrueType и исправление ряда принципиальных ошибок превратило Windows 3.1 в самостоятельный проект, к которому в результате добавились значительные новшества. Так, был реализован протокол создания составных документов OLE, документирован протокол Drag-and-Drop, улучшен интерфейс с протоколом DDE (библиотека DDEML), введены панели диалога общего назначения (COMMDLG), в ответ на многочисленные запросы были открыты ранее недокументированные функции и рабочие области ядра (TOOLHELP). Одним словом, среда Windows превратилась в хороший инструмент для разработчиков и удобный графический интерфейс для пользователей.

Windows for Workgroups 3.11: интеграция сетевых средств

В

ноябре 1992 года фирма Microsoft выпустила несколько обновленную версию Windows - Windows for Workgroups 3.11, первую операционную систему Windows, включающую в свой состав сетевые средства. Данная система логически продолжает линию Windows и позволяет соединить в единую сеть отдельные компьютеры по бессерверной схеме (одноранговая сеть), а также позволяет работать как сетевой клиент для сервера Windows NT. Теперь для организации сети необходимо иметь только Windows и соответствующее оборудование - сетевые карты, кабели и т.д. В Windows for Workgroups впервые стали использоваться 32-разрядные драйверы виртуальных устройств (VxD) и 32-разрядный доступ к жесткому диску, что значительно повысило производительность. Еще одним новшеством стало то, что Windows for Workgroups работала только в 386-м расширенном режиме, тем самым подписывая смертный приговор устаревшим 286-м процессорам.

Windows NT 3.51- новая технология Microsoft

Windows NT, выпущенная в июле 1993 года, разработана как операционная система высокого класса для компьютеров класса high-end. Она изначально разрабатывалась как сетевая операционная система для работы как в качестве сервера, так и в качестве рабочей станции. Windows NT это не последовательница Windows 3.х, а в корне новая операционная система, открывающая новую линию Windows. Внешне Windows NT очень сильно похожа на Windows 3.х, но ее внутренняя структура в корне отличается от Windows 3.х. Архитектура Windows NT разрабатывалась таким образом, чтобы система обладала максимальной устойчивостью и надежностью. И надо сказать это разработчикам удалось, Windows NT обеспечивает стабильность вполне сравнимую с серверами UNIX. Windows NT функционирует не только на платформе Intel, но и на RISC-процессорах: PowerPC, MIPS R4000, DEC Alpha. Windows NT может исполнять приложения DOS, Win16, Win32, POSIX и приложения OS/2, не использующее графический интерфейс. Одним из важнейших новшеств стало использование новой файловой системой NTFS, обеспечивающей высокую надежность файловой системы и практически любого восстановления сбоев, кроме того могут использоваться старая система FAT и HPFS (OS/2 Warp), которые позволяют использовать Windows NT на одном разделе жесткого диска с DOS и OS/2. Также нововведением стала поддержка симметричной мультипроцессорной обработки и технологии OpenGL, позволяющей работать с 3-хмерными объектами. К сожалению эту операционную систему даже сейчас не могут себе позволить большинство пользователей, так как она чрезвычайно требовательна к аппаратуре, официальные требования составляют: процессор 386/25, 12 Мбайт ОЗУ, 90 Мбайт свободного места на диске.

Долгожданная Windows 95

24 августа 1995 года в продажу поступила новая операционная система Windows 95. Еще до выхода было продано около 400 тыс. экземпляров beta-версий этой системы. Вся компьютерная общественность буквально помешалась на этой системе - выход Windows 95 стал главнейшим событием 1995 года. Начался шквал: все журналы писали о Windows 95, стали выходить книги, проводилась широкая рекламная компания, все производители программного обеспечения стали переделывать свои продукты для этой новой операционной системы, производители компьютеров и комплектующих старались получить логотип Designed for Windows 95. Причина же, по которой Windows 95 оказалась в центре всеобщего внимания, проста: это самое важное обновление системы Windows со времени появления в 1990г. Windows 3.0.

Пользователи теперь получили теперь преимущества объектно-ориентированного интерфейса, включая настоящий «рабочий стол» и пиктограммы, копирование и удаление техникой перетаскивания (drag-and-drop), вложенные папки и легко доступный диалог для задания свойств. Файловая система распознает длинные имена файлов и хорошо соответствует метафоре «рабочего стола».

Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуру Windows, в том числе истинно 32-разрядный интерфейс прикладного программирования (API), защищенные адресные пространства для ее собственных 32-разрядных прикладных программ, вытесняющую многозадачность, разделение прикладных программ на потоки и более широкое использование виртуальных драйверов устройств. Модель защиты памяти реализована с серьезными компромиссами, целью которых было достигнуть совместимости с существующими 16-разрядными прикладными программами и драйверами устройств. Но на практике устойчивость системы оказывается лучше, чем у Windows 3.1х. Производительность же Windows 95 на удивление высока. На медленных системах, оснащенных ОЗУ не более 4 Мбайт, ее показатели почти такие же, а иногда и лучше результатов Windows 3.1х, в зависимости от выполняемой операции. На более быстродействующих системах с большей памятью она остается весьма конкурентоспособной в одно- и многозадачном режимах работы.

Windows NT с новым лицом - Windows NT 4.0

Осенью 1996 года на прилавках магазинов появилась Windows NT 4.0. Ее новый интерфейс полностью совпадает с применяемым в Windows 95. Не все, что есть в Windows 95, имеется в NT 4.0. Наиболее заметно отсутствие поддержки для конфигурирования устройств по принципу Plug & Play. На сегодня добавить периферийное устройство к системе на базе NT намного сложнее, чем в случае Windows 95. Встроенного управления электропитанием тоже нет, и пользователи блокнотных компьютеров, возможно, будут жаловаться на то, что аккумуляторы у них садятся быстрее, чем при работе с Windows 95. Ни то, ни другое не планируется добавлять до появления следующей полноценной версии NT, которая должна выйти в 1998 г. Некоторые изменения коснулись и архитектуры: достигнута более высокое быстродействие и снижены потребности в памяти, однако новый объектно-ориентированный интерфейс сводит эти достижения на нет и в общем остается такой же прожорливой на память.

Windows будущего

К концу 1996 года фирма Microsoft планировала выпустить новую операционную систему Windows 96 под кодовым названием «Nashvill». Однако этого не удалось и сроки были переназначены на середину 1997 года, кроме того было изменено кодовое название на «Memphis». Все же, как заявляет фирма Microsoft, выпустить систему к этим срокам не удастся и срок перенесен на 1998 год. Новая версия будет иметь "браузерный" (Web-ified) интерфейс, стирающий грань между перемещениями в пределах Рабочего стола и по компьютерным сетям и содержащий как новые технологии, так и - в преобразованном виде - привычные возможности. Если в Проводнике Windows 9.х выбрать в меню View (просмотр) новую опцию Web View (Web-просмотр), перемещение по жесткому диску вашего компьютера будет обеспечивать Internet Explorer 4.0. Значки файлов и древесно-списочное представление структуры каталогов исчезнут, замененные, как обещают представители Microsoft, наглядной трехпанельной схемой гиперсвязей с окнами просмотра, производящей впечатление хорошо спроектированной Web-страницы. А средство Active Desktop позволит с помощью компонентов ActiveX добавлять непосредственно к Рабочему столу просмотр Web, вывод новостей в режиме реального времени и даже телепередачи. Это называется "отъединением" пользовательского интерфейса от операционной системы и должно обеспечить возможность сколь угодно частого внесения поверхностных нововведений без замены версии ОС.

Глубинных изменений тоже планируется немало. В Windows 9.х будет введена переработанная файловая система - FAT32, - более экономно использующая дисковое пространство и поддерживающая жесткие диски объемом до 2 Тбайт (правда, производительность некоторых программ с переходом на новую файловую систему может слегка снизиться). Новая версия будет также поддерживать мультимедийные дополнения MMX к набору инструкций процессора Pentium. Изменился и способ связи между файлами приложений. Это сделано для преодоления проблем, возникающих при случайном удалении DLL, и усовершенствования не очень ясного сейчас процесса деинсталляции в Windows 95. Переработанная Панель управления не будет так перегружена значками, как нынешняя, и в ней появятся мастера, помогающие пользователю в настройке системы. Расширения, ориентированные на сеть, позволят компьютерам запрашивать центральный сервер или Web-страницу относительно появления там новых программ, чтобы загружать обновленные компоненты (это станет шагом в сторону сетевой модели ПК), а также обеспечат лучшую синхронизацию версий файлов для портативных компьютеров. Усовершенствованная система управления электропитанием для блокнотных ПК сможет отключать интенсивно расходующие энергию PC-карты; планируется также поддержка ожидаемого вскоре стандарта на 32-разрядные PC-карты - CardBus.

КРУПНЫМ ПЛАНОМ

Windows 3.х

За шесть лет, прошедшие со дня появления в свет Windows 3.1, она стала фактическим стандартом для операционных систем, ориентированных на PC. Windows 3.1 и Windows for Workgroups 3.11 предустанавливаются в 80% новых персональных компьютеров, а на прикладные программы Windows приходится 60% продаж программного обеспечения. И все же, если учесть, что фирма Intel выпустила свой 32-разрядный микропроцессор i386 десять лет тому назад, 16-разрядная Windows переживает не первую молодость. Система Windows 3.1 построена на тех же принципах, что и Windows 3.0, впервые появившаяся в 1990 г. Она загружается поверх DOS, которая обеспечивает многие базовые функции ОС. Windows добавляет к инфраструктуре DOS графическую операционную среду и новые функциональные возможности, такие как простой механизм кооперативной многозадачности, используемый для одновременного выполнения нескольких прикладных программ DOS и Windows.

Рисунок 1. Интерфейс Windows 3.x

В соответствии с архитектурой Windows все прикладные программы и системный код размещаются в едином адресном пространстве. Это означает, что недоработанная прикладная программа, содержащая ошибки, может испортить области памяти, которые используются операционной средой или другой прикладной программой. Результатом будет весьма неприятная ошибка общего нарушения защиты (General Protection Fault). Иногда Windows с честью выходит из положения, восстанавливая свою работоспособность, но чаще всего это ей не удается.

В своей основе Windows 3.x - 16-разрядная операционная система, поэтому для программ память представляется состоящей из 64-Кбайт сегментов, а все данные в свой основе 16-разрядные. Такая система не только доводит программистов, но и может оказаться менее эффективной по сравнению с 32-разрядной адресацией при работе с большими массивами данных. Еще одно следствие 16-разрядной базы этой ОС - ограниченность системных ресурсов. В Windows 3.x для хранения таких структур, как дескрипторы файлов прикладных программ выделяется лишь небольшой блок памяти в других адресах. После того как эти области памяти заполнятся, Windows не может загрузить новые прикладные программы, даже если в ее распоряжении остается вполне достаточно памяти в других адресах.

Пользовательский интерфейс Windows, основанный на модулях Program Manager и File Manager, знаком большинству пользователей PC. Сюда входят панель управления Control Panel, служащая для изменения параметров среды, и ряд небольших прикладных программ, среди которых Notepad, Write, Paint, Terminal и неувядающие игры Minesweeper и Solitaire.

В Windows for Workgroups дополнительно введен ряд сетевых функций. Наиболее заметные из них - средства организации одноранговых сетей, которые позволяют вам пользоваться диском или каталогом совместно с другими пользователями либо с помощью встроенных сетевых функций Windows, либо через более крупную сеть на основе сервера, такую, как NetWare фирмы Novell или Windows NT. Кроме того, в Windows for Workgroups добавлен клиент электронной почты Microsoft Mail и планировщик Schedule +. Для пользователей, не подключенных к сети, большое преимущество Windows for Workgroups состояло в применении 32-разрядного виртуального драйвера устройств (VxD) для файловой системы. Он может значительно повысить производительность многих накопителей с интерфейсом IDE. Хотя Windows подвергалась справедливой критике за недостаточность предусмотренных в ней средств защиты памяти и примитивную модель многозадачности, она представляла собой большой шаг вперед по сравнению с DOS и более старыми версиями этой же оболочки. Для пользователей, располагающих медленными машинами с ОЗУ ограниченной емкости, она по-прежнему остается лучшей альтернативой.

WINDOWS 95

Среди прочих благоприятных изменений в пользовательском интерфейсе - анимационные пиктограммы и диалоговые окна с закладками. В целом новый интерфейс представляет собой существенное улучшение по сравнению с Windows 3.1, хотя прежним пользователям потребуется некоторое время, чтобы привыкнуть к нему. Конечно, метафора «рабочего стола», основанная на применении папок, и длинные имена файлов изобретены не создателями Windows 95; в течение длительного времени они были составной частью различных пользовательских интерфейсов, начиная с Macintosh и кончая Workplace Shell операционной системы OS/2.

Увеличилось число и повысилось качество поставляемых вместе с Windows 95 стандартных вспомогательных программ - от традиционного калькулятора и игр до мощных инструментальных средств контроля состояния системы. Также очевидны значительные усовершенствования средств связи. Теперь в состав операционной системы входит клиент Exchange, который разрабатывался как универсальный почтовый ящик для входящей корреспонденции. Он работает в качестве клиентского ящика-получателя с системой Microsoft Mail, службой Microsoft Exchange Server и другими почтовыми системами, совместимыми со стандартом MAPI, а также с Microsoft Network. Он также позволяет получать и отправлять факсы с помощью встроенной службы Microsoft Fax. Расширились сетевые функциональные возможности. В состав Windows 95 включен встроенный клиент для сетей NetWare 3.x, 4.x и для серверов Windows NT. Предусмотрены также средства для работы с протоколами IPX/SPX, NetBEUI, TCP/IP. Последний из перечисленных протоколов позволяет выполнять подключение к Internet, хотя лучшая программа для соединения с Internet, содержащая утилиту просмотра Web, входит в состав пакета Microsoft Plus!. Windows95 позволяет непосредственно подсоединяться к другому компьютеру через кабель и располагает базовыми средствами для установления коммутируемых соединений через телефонные линии с сервером удаленного доступа Remote Access Server системы Windows NT, NetWare Connect или с коммутируемыми серверами компании Shiva. В состав Windows95 также входит интерфейс прикладного программирования для телефонии (TAPI) фирмы Microsoft, обеспечивающий совместную работу вашей машины с телефоном, регистрируя телефонные вызовы и выполняя функции автоответчика (прикладные программы для телефонии будут поставляться независимыми фирмами).

Windows95 показывает вполне приемлемые результаты при выполнении как новых прикладных программ, так и программ Windows 3.x, хотя Windows for Workgroups опережает ее по быстродействию во многих дисковых операциях. Но на машинах с ОЗУ 8 Мбайт и более ее производительность сравнима или выше, чем у предыдущих версий Windows. Производительность системы при выполнении Windows-программ намного превышает аналогичный показатель системы Windows NT.

При создании Windows 95 фирма Microsoft пошла на многие компромиссы. Но большинство пользователей, располагающих как минимум 8 Мбайт памяти, сделают правильный выбор, если перейдут на Windows 95. В результате они получат усовершенствованный графический интерфейс, более высокую производительность, усовершенствованный механизм многозадачности, надежную обратную совместимость и способность выполнять большое число новых прикладных программ.

Windows NT

Microsoft Windows NT Workstation была разработана как персональная операционная система высокого класса, обладающая более совершенными функциональными возможностями и высокими системными требованиями, нежели ее конкуренты. Для ее работы нужно , как минимум 12-Мбайт ОЗУ, а для инсталляции может потребоваться до 75 Мбайт пространства на жестком диске. Так же как и Windows 95, это 32-разрядная многозадачная, многопотоковая операционная система, но, кроме того, она обладает важными средствами обеспечения безопасности, надежной новой файловой системой с регистрационным журналом и может быть перенесена на отличные от Intel аппаратные платформы. Ее базовая архитектура обеспечивает лучшую защиту, чем любая соперничающая с ней система.

В среде Windows NT служебные программы операционной системы выполняются в отдельных адресных пространствах, как и любая отдельная прикладная программа, написанная в соответствии с Win32 API. Существующие 16-разрядные программы для среды Windows могут выполняться в защищенных адресных пространствах для взаимной защиты или в совместно используемом пространстве, если требуется взаимообмен. Кроме того, Windows NT допускает применение 16-разрядных прикладных программ OS/2, работающих в текстовом режиме, и прикладных программ с интерфейсом Posix. Каждая прикладная программа DOS может выполняться на своей виртуальной машине; Windows NT обеспечивает реализацию таких особенностей среды DOS, как резидентные программы и отображаемая (expanded) память. В ней не могут устанавливаться драйверы устройств DOS, в том числе драйверы факсов, звуковых плат, сканеров и эмуляторов терминалов.

Архитектура системы Windows NT более надежна, чем любой другой системы фирмы Microsoft. Она благополучно восстанавливается после любых попыток привести ее к краху. Обеспечение такого уровня защиты неизбежно влечет за собой рост непроизводительных издержек и дополнительной памяти, что в большинстве случаев приводит к снижению производительности. В настоящее время Windows NT 3.51 реализована в версиях для рабочих станций Intel, Alpha, MIPS и PowerPC, хотя и возникает необходимость перекомпилировать прикладные программы, для того чтобы они выполнялись на каждой из этих платформ.

Пользовательский интерфейс Windows NT практически идентичен интерфейсу Windows 3.1, со знакомой оболочкой на базе программ File Manager и Programm Manager, стандартными диалоговыми окнами, той же самой базовой организацией и встроенными прикладными программами. Как и в Windows for Workgroups, в него входят служебные программы для одноранговых сетей, а также клиенты для Microsoft Mail и Schedule+. Кроме того, этот интерфейс имеет много административных инструментов, в том числе утилиты для создания резервных копий, просмотра журнала событий Event Viewer, администратор диска Disk Administrator и программа контроля производительности Performance Monitor; он также обеспечивает функции сервера удаленного доступа (WAS), позволяющие производить регистрацию на удаленной машине.

Многие сетевые средства входят в комплект поставки. Возможности сервера встроены в Windows NT Workstation, и вы можете совместно пользоваться файлами, каталогами и накопителями, если зарегистрированы как член группы Administrators (администраторы) или Power Users (полноправные пользователи). Windows NT располагает необходимыми средствами для работы со многими протоколами, в том числе IPX/SPX, ТCP/IР и NetBEUI, а также для клиентов сетей Windows NT и NetWare. Инициатор запросов NetWare, утилита NetWare Link, является клиентом серверов NetWare 3.х и 4.х, хотя она еще не может работать с такими средствами NetWare 4.0, как служба управления каталогами (NDS).

Инсталляция проходит в большинстве случаев успешно, хотя иногда приходится задавать параметры звуковых и сетевых плат. Добавление новых драйверов упростилось: система выводит четкие указания относительно нужных драйверов. В целом совместимость с существующим программным обеспечением хорошая, хотя и не идеальна.

Windows NT устроит пользователей, желающих получить максимально возможную степень устойчивости и защиты. Хотя в прошлом для этой ОС создавалось недостаточное число программ, переход разработчиков на систему Windows 95, имеющей почти идентичный интерфейс API, означает, что эта проблема вскоре исчезнет. Для работы Windows NT требуется мощный аппаратный комплект, но тем не менее она представляет хороший выбор для пользователей, готовых затратить несколько больше средств на приобретение оборудования и не нуждающихся в драйверах DOS.

Windows NT 4.0

Генеалогия Windows NT 4.0 весьма занимательна. Со времени появления версии Windows 3.51 в компьютерном мире изменилось многое: выпущены новые программы, созданы новые устройства, а сеть Internet из небольшой закрытой системы, доступной узкому кругу специалистов превратилась в явление мирового масштаба. Внешне Windows NT 4.0 аналогична Windows 95. Единственный признак, позволяющий с первого взгляда различить эти две системы, - стартовое меню, где указано, в какой среде вы работаете. Достоинства и недостатки Windows 95 уже хорошо известны, однако необходимо отметить, что новый облик, как ни странно, не слишком облегчил работу. Например, если раньше многие функции управления файлами и дисками были объединены в программе File Manager, то теперь их приходится разыскивать по многочисленным меню объектов.

В пакет входит ряд прикладных программ: Internet Information Server 2.0, Index Server, FrontPage, Internet Explorer, Domain Name System (DNS) Server, Proxy Server и Internet Resource Center, все пакеты Service Pack, Plus! и ряд дополнительных утилит, среди которых имеются как новые, например Administrative Wizards или Imager, так и усовершенствованные версии старых программ, например Task Manager.

Administrative Wizard позволяет автоматизировать типичные задачи, возникающие при управлении сетью, а обновленные версии программ Windows NT Diagnostic, Perfomance Monitor служат для оперативного контроля за состоянием системы. Диалоговое окно Task Manager трансформировалось в мощную программу, которая предоставляет массу полезной информации - от степени загруженности процессора до имен всех активных системных процессоров. При этом пользователь не остается пассивным наблюдателем: при желании с помощью Task Manager можно, например, завершение любой задачи.

Один из ключевых компонентов Windows NT 4.0 - Internet Information Server 2.0. Это гибкое и многофункциональное решение как для подключения к сети Internet, так и для создания собственной частной сети intranet. От пользователя требуется только настроить параметры протокола TCP/IP (при установленном сервисе DHCP IP-адрес присваивается автоматически), запустить IIS и создать одну или несколько собственных Web-страниц. После этого Web-документы доступны для всех пользователей вашей сети, у которых установлено ПО, обеспечивающее функционирование протокола TCP/IP и стандартный браузер World-Wide Web.

Появились некоторые изменения в подсистеме дистанционного доступа, Remote Access Service (RAS). Теперь имеется возможность использовать защищенные каналы связи, новый протокол Point-To-Point Tunneling Protocol (PPTP), возможность использовать несколько модемов для организации каналов связи с удаленными сетями.

Особенности сетевой архитектуры прежних версий Windows NT (многоуровневая модель защиты от несанкционированного доступа, специфика модульного построения системы и проч.) ограничивали ее пропускную способность при работе в сетях Fast Internet. В версии 4.0 были улучшены алгоритмы кэширования сетевых запросов, оптимизированы модули подсистемы разделения ресурсов, изменен механизм генерации прерываний (при переходе к высокоскоростным сетям эта функция неожиданно стала источником проблем для сетевых ОС). Второе изменение, на которое указывает Microsoft - увеличенная производительность ОС при выполнении графических операций. Разработчики, которые "переодевали" Windows NT, перенесли часть кода модулей USER и GDI в ядро системы, что позволило ускорить выполнение графических операций на 15-20 %. Однако реальную выгоду от этого улучшения оценить трудно - операции вывода на экран представляют собой лишь малую часть работы, которую выполняют типичные программы для Windows NT. Выводы от более быстрой графики получат преимущественно САПР и ПО для мультимедиа, но даже в этом случае преимущества далеко не очевидны - быстро выполнив запросы на вывод изображения, операционная система, как правило, отдает освободившееся время процессам с более высокими приоритетами.

Сочетание мощной сетевой ОС и графического интерфейса, созданного для неквалифицированных пользователей, выглядит довольно непривычно. Windows NT 4.0 - это не просто очередная версия популярной операционной системы. Она представляет собой основу для нового поколения программных продуктов, ориентированных на работу в сети Internet. Возможность создания инфраструктуры intranet, простота в обращении и хорошая репутация прошлых версий Windows NT в сочетании с усиливающейся тенденцией к созданию однородных сетей делают ее привлекательной для пользователей из сферы бизнеса.

Обзор архитектуры

Windows 3.х

Сегодня легко отыскивать недостатки в архитектуре Microsoft Windows 3.x, которая создавалась в те времена, когда наиболее распространенными были процессоры 286 и ОЗУ малой емкости. Но стоит также вспомнить, что значила Windows 3.х для персонального компьютера: усовершенствованный графический интерфейс пользователя, «невидимое» управление памятью, масштабируемые шрифты и унифицированная модель воспроизведения изображений, многозадачность и 32-разрядные драйверы виртуальных устройств (VxD) - лишь наиболее важные нововведения.

В основе организации Windows 3.х лежит 16-разрядная архитектура. Ее ядро, большинство важнейших компонентов и собственные прикладные программы представляют собой 16-разрядные коды. (Ее редко используемый интерфейс Win32 API дает возможность выполнять 32-разрядные прикладные программы, но не позволяет работать с несколькими потоками.)

Все собственные прикладные программы Windows 3.х и все ее системные библиотеки DLL отображаются в общее сегментированное виртуальное адресное пространство размером 4 Гбайт. Все эти компоненты видимы (и часто доступны на уровне записи) друг для друга. В нижней части этого адресного пространства, обычно ниже метки 1 Мбайт, размещаются драйверы устройств реального режима, обеспечивающие взаимодействие с периферийными подсистемами, такими, как видеоплаты или принтеры. В Windows 3.11 драйверы VxD файловой системы используются для отыскания маршрута доступа к диску в защищенном режиме.

Упрощенная организация системы позволяет получить очень малое рабочее множество (working set - прикладной и системный код, который необходимо загрузить в память для любой данной задачи), поэтому Windows 3.1х может успешно выполняться на компьютерах с ОЗУ ограниченного размера. Такая архитектура также способствует повышению эффективности исполнения кода, так как программы могут вызывать функции API из собственного пространства памяти. Недостаток архитектуры состоит в слабой защите от сбоев при неправильной работе программ. Программы и системные компоненты видимы друг для друга, модуль, содержащий ошибки, может легко испортить содержимое памяти, принадлежащей другому процессу. Хотя Windows 3.1х способна восстанавливать свою работоспособность после некоторых нарушений защиты общего характера (General Protection Fault), зачастую результатом становится крах всей системы.

Рисунок 3. Модель памяти Windows 3.x

Windows 3.1х одновременно выполняет несколько прикладных программ с помощью простого механизма планирования, называемого кооперативной многозадачностью. В этой системе каждая прикладная программа должна добровольно уступить управление, когда, проверив свою очередь сообщений, она обнаруживает, что та пуста. Но если прикладная программа не проверит свою очередь сообщений либо по причине занятости, либо вследствие зависания, то другие прикладные программы лишатся доступа к совместно используемым ресурсам.

Другой недостаток, долгое время вызывавший недовольство пользователей Windows 3.1х, - ограниченность ресурсов модулей GDI и USER. Эти ограничения возникают в связи с тем, что системные библиотеки GDI и USER используют несколько 64-Кбайт динамических областей (хипов) для хранения разнообразных скрытых структур данных, создаваемых выполняющимися в данный момент прикладными программами. Когда эти небольшие хипы переполняются, вы получаете сообщение о нехватке памяти даже если в системе остается много свободной памяти.

WINDOWS 95

Windows 95 представляет собой продукт эволюционного развития системы Windows 3.1х и не означает полного разрыва с прошлым. Хотя она несет в себе много важных изменений по сравнению с 16-разрядной архитектурой Windows, в ней сохранены некоторые важнейшие свойства ее предшественницы. Результатом стало появление гибридной ОС, способной работать с 16-разрядными прикладными программами Windows, программами, унаследованными от DOS, и старыми драйверами устройств реального режима и в то же время совместимой с истинными 32-разрядными прикладными программами и 32-разрядными драйверами виртуальных устройств.

Рисунок 4. Модель памяти Windows 95

Среди наиболее важных усовершенствований явившихся в Windows 95, - изначально заложенная в ней способность работать с 32-разрядными многопотоковыми прикладными программами, защищенные адресные пространства, вытесняющая многозадачность, намного более широкое и эффективное использование драйверов виртуальных устройств и возросшее применение 32-разрядных хипов для хранения структур данных системных ресурсов. Ее наиболее существенный недостаток состоит в относительно слабой защищенности от плохо работающих программ, содержащих ошибки. Каждая собственная прикладная программа Windows 95 видит неструктурированное 4-Гбайт адресное пространство, в котором размещается она сама плюс системный код и драйверы Windows 95. Каждая 32-разрядная прикладная программа выполняется так, как будто она монопольно использует весь ПК. Код прикладной программы загружается в это адресное пространство между отметками 2 и 4 Гбайт. Хотя 32-разрядные прикладные программы «не видят» друг друга, они могут обмениваться данными через буфер обмена (Clipboard), механизмы DDE и OLE. Все 32-разрядные прикладные программы выполняются в соответствии с моделью вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельными потоками. Планировщик потоков, представляющий собой составную часть системы управления виртуальной памятью ( VMM), распределяет время среди группы одновременно выполняемых потоков на основе оценки текущего приоритета каждого потока и его готовности к выполнению. Вытесняющее планирование позволяет реализовать намного более плавный и надежный механизм многозадачности, чем кооперативный метод, используемый в Windows 3.1х.

Системный код Windows 95 размещается выше границы 2 Гбайт. В пространстве между отметками 2 и 3 Гбайт находятся системные библиотеки DLL кольца 3 и любые DLL используемые несколькими программами. (В 32- разрядных процессорах фирмы Intel предоставляются четыре уровня аппаратной защиты, поименованные, начиная с кольца 0 до кольца 3. Кольцо 0 наиболее привилегированно.) Компоненты кольца 0 в системе Windows 95 отображаются в пространство между 3 и 4 Гбайт. Эти важные участки кода с максимальным уровнем привилегий содержат подсистему управления виртуальными машинами (VMM), файловую систему и драйверы VxD.

Область памяти между 2 и 4 Гбайт отображается в адресное пространство каждой 32-разрядной прикладной программы, т. е. оно совместно используется всеми 32-разрядными прикладными программами в вашем ПК. Такая организация позволяет обслуживать вызовы API непосредственно в адресном пространстве прикладной программы и ограничивает размер рабочего множества. Однако за это приходится расплачиваться снижением надежности. Ничто не может помешать программе, содержащей ошибку произвести запись в адреса, принадлежащие системным DLL, и вызвать крах всей системы. В области между 2 и 3 Гбайт также находятся все запускаемые вами 16-разрядные прикладные программы Windows. С целью обеспечения совместимости эти программы выполняются в совместно используемом адресном пространстве, где они могут испортить друг друга так же, как и в Windows 3.1х. Адреса памяти ниже 4 Мбайт также отображаются в адресное пространство каждой прикладной программы и совместно используются всеми процессами. Благодаря этому становится возможной совместимость с существующими драйверами реального режима, которым необходим доступ к этим адресам. Это делает еще одну область памяти незащищенной от случайной записи. К самым нижним 64 Кбайт этого адресного пространства 32-разрядные прикладные программы обращаться не могут, что дает возможность перехватывать неверные указатели, но 16-разрядные программы, которые, возможно, содержат ошибки, могут записывать туда данные.

Некоторые системные DLL Windows 95, в частности USER и GDI, все еще содержат 16-разрядный код. Одно из прискорбных следствий этого состоит в том, что 64- Кбайт локальные хипы модулей USER и GDI и сопутствующие им ограничения системных ресурсов по-прежнему остаются. К счастью, в Windows 95 некоторые структуры данных переместились в 32-разрядные хипы, благодаря чему теперь стало намного сложнее истощить системные ресурсы, чем в среде Windows 3.1х. Другая проблема, связанная c l6-разрядным системным кодом, - эффект Win16Mutex. Так как 16-разрядный системный код нереентерабелен, только один поток может обращаться к 16-разрядным DLL в каждый момент времени, потенциально затормаживая другие процессы, которым нужен доступ к этим библиотекам.

Windows NT Workstation

Между отметками 2 и 4 Гбайт расположены низкоуровневые системные компоненты Windows NT кольца 0, в том числе ядро, планировщик потоков и диспетчер виртуальной памяти. Системные страницы в этой области наделены привилегиями супервизора, которые задаются физическими схемами кольцевой защиты процессора. Это делает низкоуровневый системный код невидимым и недоступным по записи для программ прикладного уровня, но приводит к падению производительности во время переходов между кольцами.

Для 16-разрядных прикладных Windows-программ Windows NT реализует сеансы Windows on Windows (WOW). Windows NT дает возможность выполнять 16-разрядные программы Windows индивидуально в собственных пространствах памяти или совместно в разделяемом адресном пространстве. Почти во всех случаях 16- и 32-разрядные прикладные программы Windows могут свободно взаимодействовать, используя OLE ( при необходимости через особые процедуры thunk) независимо от того, выполняются они в отдельной или общей памяти. Собственные прикладные программы и сеансы WOW выполняются в режиме вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельными потоками. Множественные 16-разрядные прикладные программы Windows в одном сеансе WOW выполняются в соответствии с кооперативной моделью многозадачности. Windows NT может также выполнять в многозадачном режиме несколько сеансов DOS. Поскольку Windows NT имеет полностью 32-разрядную архитектуру, не существует теоретических ограничений на ресурсы GDI и USER.