Эволюция операционных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные компьютеры - сложные системы, состоящие из множества элементов. Управление всеми компонентами и их оптимальное использование необходимо для стабильной и качественной работы, однако рядовому пользователю или даже опытному программисту организовать это, разобравшись во всех деталях работы каждого устройства, совсем не просто. Поэтому для решения этой задачи был создан специальный уровень программного обеспечения, которым большинство компьютеров сейчас оснащены уже при покупке. Совокупность взаимосвязанных программ, которые предназначены для управления ресурсами компьютера и организации работы с пользовательскими программами, называется операционной системой.

Рассматривать эволюцию операционных систем следует, ориентируясь на развитие вычислительных машин, так как элементная база и программное обеспечение совершенствовались вместе, взаимно влияя друг на друга. Новые технические возможности вызывали появление новых, более эффективных и удобных в использовании программ, в то время как свежие программные решения требовали более мощных ресурсов. Ключевую роль играли такие критерии, как удобство, эффективность и безопасность. Операционные системы, отвечающие этим требованиям, получали дальнейшее распространение и развитие. В противном случае система естественным образом не находила поддержки и устаревала.

Историю развития операционных систем для удобства можно разделить на четыре периода.

Первый период (1945 - 1955 годы)

Это период - начало истории ЭВМ в целом. После Второй мировой война начали появляться первые ламповые вычислительные устройства, зародилась идея о машине, хранящей программу в памяти, и этот принцип постепенно реализовывался на практике. При этом одни и те же люди проектировали, разрабатывали, отлаживали и использовали машину. Компьютер не был инструментом для решения различных прикладных пользовательских задач. Правильнее будет сказать, что только начинались исследования вычислительной техники, потому широкое использование не предполагалось.

Программирование полностью осуществлялось средствами машинного языка, а отладка проходила путем наблюдения за изменениями в памяти машины и состоянием регистров. Никакого явного диалога с пользователем не происходило. Лишь в 1954, в конце первого периода, начинается разработка первого системного программного обеспечения. Выражено оно было возникновением первых компиляторов, например, Fortran, созданного в период 1954-1957 годов под руководством Джона Бэкуса (IBM). Он стал первым языком программирования высокого уровня, который получил широкое распространение для инженерных и научных вычислений. Однако Fortran - все же язык программирования, осуществивший переход от машинного кода к понятным человеку элементам, а не полноценная операционная система. Нельзя так назвать и библиотеки математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 год - начало 60-х)

Следующий этап отделяется от предыдущего периода переходом на новую элементную базу - полупроводники. Как мы знаем, применение транзисторов привело к повышению надежности оборудования, снижению потребления электроэнергии. В целом стоимость эксплуатации и обслуживания ЭВМ стала значительно меньше, началось применение вычислительной техники коммерческими организациями.

На этапах разработки также происходили изменения. Упрощался процесс программирования, так как активно развивались алгоритмические языки (COBOL, ALGOL, LISP), которые были намного понятнее, чем машинный код. Среди персонала появились узкие специализации: разработчики, программисты, операторы и специалисты по эксплуатации ЭВМ.

Процесс работы с машиной также теперь выглядел иначе. Заказчик формировал задание - входные данные в виде стопки перфокарт - и формулировал ресурсы, затрачиваемые во время работы. В память программы загружал оператор, а затем получал результат. При таком способе работы процессор часто не использовался, что было невыгодно. Для того, чтобы избежать простоя вычислительных ресурсов, решили объединять задачи со схожими ресурсами в пакет заданий. Теперь процессор мог приступать к обработке программы, не дожидаюсь, когда предыдущая программа полностью завершится и пользователь получит результат. Для управления процессом вычисления появились системы пакетной обработки. Их главная задача - запуск программ из пакета друг за другом для повышения нагрузки на процессор. Именно мониторные системы, реализующие пакетную обработку заданий, стали прообразом современных операционных систем. Первой операционной системой для компьютеров можно считать GM-HAA, разработанную Робертом Патриком (GeneralMotors) и Оуэном Моком (NorthAmericanAviation) в 1955 году. Работала она только на больших вычислительных машинах, а ее главной задачей был запуск новой программы по завершении предыдущей.

Третий период (начало 60-х - 1980 год)

В 60-х годах был осуществлен переход на новую элементную базу. Отдельные полупроводники заменялись интегральными микросхемами. Еще больше увеличилась эффективность, производительность и надежность вычислительной техники. Вместе с усложнением устройств росла сложность решаемых задач. На смену перфокартам, чтение которых резко замедляло процесс работы, приходит память на магнитных лентах. Теперь данные задания предварительно записывались в память, это было гораздо быстрее чтения. Считывалось новое задание сразу после того, как завершалось чтение предыдущего. Этот принцип носил название спулинг. Позже магнитные ленты сменили диски. Затем появилась возможность выполнять ввод и вывод данных во время выполнения вычислений. Это послужило основанием для принципа микропрограммирования, с развитием которого в дальнейшем увеличивалась мощность процессора. Это стало переворотным моментом, изменившим устройство вычислительной системы.

Особо значимой стала аппаратная поддержка. Необходима была разработка механизмов защиты. Некоторые программы, например программы ввода-вывода данных, могли исполняться только операционной системой и назывались привилегированными. Благодаря прямому доступу к памяти и снятия с процессора рутинных операций развивалась параллельная архитектура.

Именно в этом периоде, основанном на микропрограммировании, особое внимание стали уделять операционной системе. Теперь операционная система отвечала за организацию интерфейса, планирование использования процессора (то есть за выстраивание в памяти очереди заданий и выделение процессора для выполнения одного из них), сохранение контекста (структурных данных, регистров и промежуточных вычислений), управление памятью, организацию и безопасность хранения информации, коммуникацию между программами, а также за синхронизацию (разрешение неоднозначных ситуаций во время выполнения программ).

Для этого периода характерно появление программно совместимых машин, то есть машин с одинаковой архитектурой. Это значило, что и управляться они должны были одной операционной системой. Первыми такими компьютерами стали машины IBM/360, а наиболее успешными - компьютеры PDP, так же выпущенные IBM. Их операционные системы OS/360 и DOS/360 должны были удовлетворять моделям, выполняющим очень широкий спектр задач, потому оказались сложны в написании и структуре. Проблема состояла в том, что системы писались большим количеством программистов и содержали в себе огромное количество ошибок, которые при обнаружении разработчики пытались исправлять, тем самым еще сильнее увеличивая и без того громоздкий ассемблерный код. К тому же, новые версии, где были исправлены предыдущие ошибки, содержали свежие, получался своего рода замкнутый круг. Например, в системе OS/360 содержится более 1000 известных ошибок. Тем не менее эти системы удовлетворяли большинству требований пользователей.

В 1969 году корпорация BellLaboratories представила операционную систему Unix-собрание кросс-платформенных многопользовательских и многозадачных программ. В этой системе разработчики воплощали идеи минимизации количества функций, применения в разных случаях одинаковых механизмов и методов решения и комбинирования уже существующих программ вместо разработки новых.

Четвертый период (1980 - настоящее время)

Теперь компьютеры стали доступны широкому кругу пользователей, в первую очередь из-за сильного удешевления микросхем и расширения выполняемых задач. Естественно, это требовало создания интуитивно понятного программного обеспечения. Наиболее распространенными в это время стали операционные системы MS-DOS, работающие на базе микропроцессоров Intel, и UNIX, предназначенная для остальных компьютеров на базе RISC-процессоров.

В 1983 году была создана Unix-подобная система GNU - свободно распространяемая система с открытым исходным кодом, программы которой пользователь мог изучать и дорабатывать для своих целей. При этом он должен был опубликовать доработанный код для помощи другим и развития сообщества в целом.

В 1985 году вышла первая версия системы Windows - Windows 1.0,расширяющая возможности уже существующих операционных систем и упрощающая работу. Через пять лет вышла Windows 3.0, завоевавшая особую популярность из-за возникновения графического интерфейса, возможности одновременной работы с несколькими программами и большей эффективности в целом. В последующих версиях совершенствовался интерфейс, повышалась скорость работы программ, развивались идеи работы с дополнительными устройствами и сетью Интернет.

С развитием компьютерных сетей появлялись новые требования к операционным системам. Теперь они должны были поддерживать сетевые интерфейсные устройства, средства удаленного входа в другие устройства сети и доступа к удаленным файлам. Тем не менее, значительно структура операционных систем не менялась.

В последнее десятилетие особое внимание уделяется сетевым операционным системам. Помимо уже традиционных требований, появляются новые: наличие серьёзных средств обеспечения безопасности и защиты личных данных, совместимость с разными средами, наличие средств центрального администрирования и высокая степень масштабируемости (то есть операционная система должна одинаково хорошо работать как в небольших сетях, так и в сложных развернутых объединениях).

В более поздних версиях Windows (XP, Vista, 7, 8)решались задачи стабильности, эффективности работы, надежности и производительности, а также исправлялись ошибки предыдущих систем.

В 1991 году финский программист Линус Торвальдс основываясь на принципах открытого исходного кода, начал разработку ядра своей собственной системы на базе Unix - Linux. К этому моменту уже существовало множество утилит проекта GNU. Поэтому в целомLinux- семейство Unix-подобных систем на базе ядра Linux, выполняющего задачи низкого уровня, и программ и утилит проекта GNU, свободно распространяющееся в виде дистрибутивов. Сейчас Linuxиспользуется на множестве устройств - от компьютеров до серверов.

операционная система программа микросхема

Размещено на Allbest.ru