История операционных систем

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОПЕРЕЦИОННЫХ СИСТЕМ

Возникновение и основные этапы развития операционных систем

Первые  ЭВМ были построены и нашли  практическое применение в 40-е годы XX века. Первоначально они использовались для решения единственной частной  задачи – расчет траектории артиллерийских снарядов в системах ПВО(противовоздушной обороны). В силу специфики применения (решение единственной задачи), первые ЭВМ не использовали ни какой операционной системы. В тот период времени, решением задач на ЭВМ занимались в основном сами же разработчики ЭВМ, а процесс использования ЭВМ представлял собой не столько решение прикладной задачи, сколько исследовательскую работу в области вычислительной техники.

Можно выделить три основные характеристики, ставшие уже обязательными для большинства операционных систем: переносимость между различными аппаратными архитектурами, многозадачность и многопользовательский режим работы.

Рассмотрим  основные этапы развития операционных систем от момента их появления до текущего состояния.

Что было до операционных систем

С середины 50-х годов началось бурное развитие вычислительной техники, связанное  с появлением полупроводниковых  элементов. Вместе с этим заметный прогресс наблюдался в автоматизации программирования и организации вычислений, в эти годы появились первые алгоритмические языки (Алгол, Фортран, Кобол). Для организации эффективного совместного использования трансляторов, библиотечных программ и загрузчиков в штат многих вычислительных комплексов были введены операторы – но как быстро они не работали, они не могли состязаться в производительности с работой компьютера. Для решения этой проблемы компанией General Motors для машин IBM 701 были разработаны системы пакетной обработки(По-видимому, это была первая операционная система), которые автоматизировали последовательность действий оператора. Оператор составлял пакет заданий, которые в дальнейшем без его участия запускались на выполнение специальной программой – монитором.

Системы пакетной обработки заданий, реализованные  в 50-е годы, стали прообразом современных  операционных систем. В них впервые  было реализовано программное обеспечение, используемое для управления исполнением прикладных программ.

Операционные  системы для мэйнфреймов

Мэйнфрейм - высокопроизводительный компьютер общего назначения со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для выполнения интенсивных вычислительных работ. Обычно с мэнфреймом работают множество пользователей, каждый из которых располагает лишь терминалом, лишенным собственных вычислительных мощностей.

В 1965–1975 годах появилось следующее поколение  компьютеров: стала возможна реализация сложных компьютерных архитектур (например, IBM/360) и практически всех основных механизмов, присущих современным операционным системам: многозадачность( Основная идея многозадачности вполне очевидна – если текущая программа приостанавливается в ожидании завершения ввода-вывода, то процессор переходит к работе с другой программой, которая в данный момент готова к выполнению.), поддержка многотерминального многопользовательского режима работы компьютера (т.е. подключить к нему несколько терминалов одновременно, причем для пользователя за каждым терминалом будет создана полная иллюзия, что он работает с машиной один.), виртуальная память( Появление системы виртуальной памяти, стало последним шагом на пути к современным операционным системам.  
Толчком к появлению виртуальной памяти стали сложности управления памятью в многозадачных операционных системах. При использовании виртуальной памяти, программы не смогут ошибочно или преднамеренно обратиться к данным других программ или самой операционной системы – подсистема виртуальной памяти гарантирует защиту данных. В настоящее время, виртуальная память, наряду с многозадачностью, является неотъемлемой частью практически любой современной операционной системы.), файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. Но такие системы всё ещё были очень редки и чрезвычайно дороги.

Одним из главных достижений стал переход  к мультипрограммированию – способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера одновременно находится несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. Для того, чтобы у пользователя оставалось ощущение непосредственного взаимодействия с компьютером, был разработан такой вариант мультипрограммирования, как системы разделения времени. Каждый пользователь работает за своим терминалом (В общем случае терминал – это точка входа пользователя в систему, обладающая способностью передавать текстовую информацию.), тогда как все процессы работают псевдопараллельно (каждому процессу выделяется квант процессорного времени, по истечение которого управление передается другому процессу (это действие называют переключением контекста).

Появление операционной системы UNIX

В середине 1970-х годов наряду с мэйнфреймами получили широкое распространение  мини-компьютеры (слово «мини-» сейчас может показаться смешным, такие компьютеры занимали объём в несколько шкафов), такие как PDP-11. Архитектура таких компьютеров была заметно упрощена по сравнению с мэйнфреймами (что значительно снижало стоимость  с миллионов до сотен тысяч долларов), что сказалось на операционных системах для этих компьютеров – они были лишены части функций, например многопользовательского режима работы.

Важным  этапом в истории мини-компьютеров  и операционных систем в целом  явилось появление операционной системы UNIX в лаборатории Bell Labs компании AT&T. Изначально она была разработана для мини-компьютера PDP-7 и включала в себя множество архитектурных особенностей более сложных операционных систем, такие как разделение времени и многопользовательская работа. В 1970-х годах началось массовое использование операционной системы UNIX, к этому времени она была переписана на языке программирования высокого уровня С, что заметно облегчило её переносимость. Поскольку эта операционная система распространялась вместе с исходными текстами, она стала первой операционной системой, в которою могли вносить изменения энтузиасты. Удачные архитектурные решения UNIX, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили этой операционной системе завоевать рынок не только мини-компьютеров, но и мэйнфреймов, серверов, рабочих станций на базе RISC-процессоров.

Многие  появившиеся впоследствии операционные системы позаимствовали некоторые  ключевые идеи UNIX: переносимость на основе языка C, иерархическую файловую систему, интерфейс командной строки.

Развитие  операционных систем в глобальных сетях

В начале 1980-х годов в рамках экспериментальной  сети ARPANET впервые появился рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. Переход на TCP/IP был ускорен ещё и тем, что его первая реализация была создана в рамках BSD UNIX (Berkley Software Distribution – академической версии UNIX, созданной в университете Беркли). Новая глобальная сеть, получившая название Интернет, стала средой для развития информационных технологий, создания всевозможных сообществ разработчиков и развития открытых систем.

В этот период появляется множество коммерческих версий операционной системы UNIX: SunOS (в  дальнейшем, Solaris), HP-UX, Irix, AIX и многие другие. Разнообразие версий породило проблему их несовместимости, которую периодически пытались решать различные организации. В результате были приняты стандарты POSIX (Portable Operation System Interface based on uniX – интерфейс для переносимых операционных систем, основанных на UNIX), включающие формальное описание программного интерфейса операционной системы, описание командной оболочки, безопасности и т.п..

С конца 80-х, персональные компьютеры получили повсеместное распространение, и в  сообщество пользователей ПК оказалось  вовлечено множество людей различных специальностей. Многие из них не имели специальной компьютерной подготовки, но хотели использовать компьютер в своей работе, т.к. использование компьютера давало ощутимые преимущества в их деле. С другой стороны, усложнение операционных систем и прикладных программ сделало управление ими достаточно сложной задачей даже для специалистов, и интерфейс командной строки, который к этому времени стал стандартом для операционных систем, перестал удовлетворять практическим запросам. Наконец, появились новые аппаратные возможности: цветные графические мониторы, высокопроизводительные графические контроллеры и манипуляторы типа мышь.

Операционные  системы для персональных компьютеров

Ещё одно знаменательное событие начала 1980-х  годов – появление персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры они мало отличались от мини-компьютеров и рабочих станций, но стоимость их была значительно ниже. Это позволило персональным компьютерам распространиться повсеместно, и это в значительной степени изменило современные информационные технологии.

Первые  операционные системы для персональных компьютеров были очень просты (например, MS-DOS). Недостатки в функциональности компенсировались графическим интерфейсом пользователя. Со временем эти операционные системы (например, Microsoft Windows) получили сетевую подсистему и возможность работать с несколькими программами одновременно. Также для персональных компьютеров появились и более мощные операционные системы, как OS/2 (не получила широкого распространения) и Windows NT, которые также обладали многозадачностью и многопользовательским режимом работы.

В первую очередь благодаря низкой стоимости  аппаратного и программного обеспечения, персональные компьютеры начали вытеснять  прежде распространенные рабочие станции  и мэйнфреймы. На домашних и офисных компьютерах повсеместно распространились операционные системы компании Microsoft, тогда как нишу серверов заняли наследники UNIX: коммерческие версии UNIX и открытые, свободно распространяемые Linux и операционные системы из семейства BSD, созданные и поддерживаемыми энтузиастами по всему миру.

Операционные  системы для встраиваемых систем

В начале 21-го века широкое распространение  получили встраиваемые и мобильные устройства. Благодаря развитию вычислительных систем, такие устройства, как мобильные телефоны или домашние бытовые приборы, обрели возможности, сравнимые с персональными компьютерами. В настоящее время в этой области существует множество операционных систем, среди которых всё большую роль начинают играть открытые операционные системы, наследующие архитектуру и принципы работы UNIX.

В заключении можно сказать, что за половину века своего существования операционные системы прошли сложный путь, огромное влияние на который оказало развитие вычислительной аппаратуры. Хотя большинство алгоритмов и подходов в операционных системах было разработано в 1960–1970-х годах, в настоящее время операционные системы продолжают развиваться и видоизменяться согласно потребностям пользователей.