Эволюция операционных систем

Казанский (Приволжский) Федеральный  Университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

на тему: «Эволюция операционных систем»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка

Литвинова Е.

Группа: 212-Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань

2011

 

Содержание

 

 

 

 

Введение

Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы (ОС). Каждая программа пользуется услугами  ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для неё эти услуги.

Операционная система (ОС) – (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. (1) К числу широко известных семейств операционных систем относятся DOS, WINDOWS, UNIX, NETWARE и др.

Операционная система (ОС) представляет собой совокупность программ, выполняющих две функции: предоставление пользователю удобств виртуальной машины¹ и повышение эффективности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами.

 

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая место операционной системы в многоуровневой структуре компьютера

 

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 прерываний², управление таймерами и оперативной памятью. В результате пользователю предоставляется виртуальная машина, реализующая работу на логическом уровне.

Появление первых операционных систем

Первый период (1945 -1965)

 

Идея компьютера была предложена английским математиком Чарльзом Бэбиджем (Charles Babage) в середине девятнадцатого века. Его механическая «аналитическая машина» так и не смогла по-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям, необходимым для изготовления нужных деталей точной механики. Конечно, никакой речи об операционной системе для этого «компьютера» не шло.

Настоящее рождение цифровых вычислительных машин произошло вскоре после окончания Второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Не было никакого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм, которые программист мог использовать для того, чтобы не писать каждый раз коды, вычисляющие значение какой-либо математической функции или управляющие стандартным устройством ввода-вывода. Операционные системы все еще не появились, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления, который представлял собой примитивное устройство ввода-вывода, состоящее из кнопок, переключателей и индикаторов. (2)

 

Второй период (1965 - 1975)

 

Важный период развития ОС относится  к 1965-1975 годам. В это время в  технической базе вычислительных машин  произошёл переход от отдельных  полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присутствующие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Революционным событием данного этапа явилась промышленная реализация мультипрограммирования. В условиях резко возросших возможностей компьютера по обработке и хранению данных выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным. Решением стало мультипрограммирование – способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. Эти усовершенствования значительно улучшили эффективность вычислительной системы. Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах – в системах пакетной обработки и разделения времени. Мультипрограммные системы пакетной обработки так же, как и их однопрограммные предшественники, имели своей целью обеспечение максимальной загрузки аппаратуры компьютера, однако решали эту задачу более эффективно. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном  выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. В результате достигалась сбалансированная загрузка всех устройств компьютера, а следовательно, увеличивалось число задач, решаемых в единицу времени.

В мультипрограммных системах пакетной обработки пользователь по-прежнему был лишен возможности интерактивного взаимодействия со своими программами. Для того, чтобы хотя бы частично вернуть пользователям ощущение непосредственного взаимодействия с компьютером, был разработан другой вариант мультипрограммных систем – системы разделения времени. Этот вариант рассчитан на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. В числе первых операционных систем разделения времени, разработанных в середине 60-х годов, были TSS/360 (компания IBM), CTSS и MULTICS (Массачусетский технологический институт совместно с Bell Labs и компанией General Electric). Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счёт периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки, что явилось платой за удобства работы пользователей. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие ОС получили название систем удалённого ввода заданий. Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей – модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержания удалённой работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удалёнными терминалами, сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение – прообразом сетевых операционных систем.

В компьютерах 60-х годов большую  часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя операционная система. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера, непосредственно направленных на поддержку нового способа организации вычислительного процесса. При разделении ресурсов компьютера между программами необходимо обеспечить быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надёжно защитить коды и данные одной программы от непреднамеренной или преднамеренной порчи другой программы. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую, средства защиты областей памяти, а также развитая система прерываний.

В привилегированном режиме, предназначенном для работы программных модулей операционной системы, процессор мог выполнять все команды, в том числе и те из них, которые позволяли осуществлять распределение и защиту ресурсов компьютера. Программам, работающим в пользовательском режиме, некоторые команды процессора были недоступны. Таким образом, только ОС могла управлять аппаратными средствами и исполнять роль арбитра для пользовательских программ, которые выполнялись в непривилегированном, пользовательском режиме.

Система прерываний позволяла синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и асинхронно, таких как каналы ввода-вывода, диски, принтеры и т.п.

Ещё одной важной тенденцией этого  периода является создание семейств программно-совместимых машин и операционных систем для них. Примерами семейств программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, являются серии машин IBM/360, IBM/370 и PDP-11.

Программная совместимость требовала  и совместимости операционных систем. Однако такая совместимость подразумевает возможность работы на больших и малых вычислительных системах, с большим и 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. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. Операционные системы этого поколения были очень дорогими. Так, например, разработка OS/360, объём кода для которой составил 8 Мбайт, стоила компании IBM 80 миллионов долларов.

Однако, несмотря на необозримые размеры  и множество проблем, OS/3600 и другие ей подобные операционные системы этого поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. За это десятилетие был сделан огромный шаг вперёд и заложен прочный фундамент для создания современных операционных систем.

Развитие операционных систем в 80-е годы.

 

Всё десятилетие было отмечено постоянным появлением новых, всё более совершенных  версий ОС UNIX. Среди них были и фирменные версии UNIX: SunOS, HP-UX, Irix, AIX и многие другие, в которых производители компьютеров адаптировали код ядра и системных утилит для своей аппаратуры. Разнообразие версий породило проблему их совместимости, которую периодически пытались решить различные организации. В результате были приняты стандарты POSIX и XPG, определяющие интерфейсы ОС для приложений, а специальное подразделение компании AT&T выпустило несколько версий UNIX System III и UNIX System V, призванных консолидировать разработчиков на уровне кода ядра.

Также широкое распространение  получили операционные системы MS-DOS фирмы Microsoft, PC DOS фирмы IBM, Novell DOS фирмы Novell и другие. Первая ОС DOS для персонального компьютера была создана в 1981г. называлась MS-DOS 1.0. Microsoft приобрела у Seattle Computer Products право на 86 – DOS, адаптировала эту ОС для тогда еще секретных IBM PC и переименовала ее в MS-DOS. В августе 1981 года DOS 1.0 работает с одной 160К односторонней дискетой. Системные файлы занимают до 13 К: для нее требуется 8-К ОЗУ.

Май 1982 DOS 1.1 позволяет работать с двухсторонними дискетами. Системные файлы занимают до 14К.

Март 1983 Появления DOS 2.0 вместе с IBM PC XT. Созданная заново эта версия имеет почти втрое больше команд чем DOS 1.1. Теперь она дает возможность использовать 10 Mбайт жесткого диска. Древовидную структуру файловой системы и 360-К гибких дисков. Новый 9-секторный формат диска увеличивает ёмкость на 20% по сравнению с 8-секторным форматом. Системные файлы занимают до 41К для работы системы требуется 24-К ОЗУ.

Декабрь 1983 Вместе с PCjr появилась система PC-DOS 2.1 фирмы IBM.

Август 1984. Вместе с первыми IBM PC AT  на базе процессора 286 появляется DOS 3.0. Она ориентируется на 1,2 Мб гибкие диски и жесткие диски большей чем раньше емкостью. Системные файлы занимают до 60Кб.

Ноябрь 1984. DOS 3.1 поддерживает сети Microsoft системные файлы занимают до 62К.

Ноябрь 1985. Появление Microsoft Windows.

Рис.2. Ноябрь 1985: Microsoft Windows 1.0 (заставка)

 

Рис. 3. Ноябрь 1985: Microsoft Windows 1.0

 

Декабрь 1985. DOS 3.2 работает с 89-мм дискетами на 720К. Она может адресовать до 32 Мбайт на отдельном  жестком диске. Системные файлы занимают до 72К.

Апрель 1986.  Появление IBM PC Convertihle .

Сентябрь 1986. Compaq выпускает первый ПК класса 386.

Апрель 1987. Вместе с PS/2 первым ПК фирмы IBM класса 386 появляется DOS 3.3. Она работает с новыми 1.44 Мбайт гибкими дисками и несколькими типами разбития жесткого диска на разделы объемом до 32 Мбайт каждый, что позволяет использовать жесткие диски большой емкостью. Системные файлы занимают до 76 К для работы системы требуется 85К ОЗУ. MS-DOS была наиболее популярна и продержалась 3-4 года. Одновременно IBM объявила о выпуске OS/2.

Ноябрь 1987.  Начало поставки Microsoft Windows 2.0 и OS/2. Июль 1988 появляется Microsoft Windows 2.1  (Windows/286  Windows/386). Ноябрь 1988. DOS 4.01 включает интерфейс, меню оболочки и обеспечивает разбиение жесткого диска на разделы, объем которых превышает 32 Мбайта. Системные файлы занимают до 108К; для работы системы требуется 75К ОЗУ.

 
Рис. 4. Ноябрь 1987: Microsoft Windows 2.0 (заставка)

 

 
Рис. 5. Декабрь 1987: Microsoft Windows 2.0

 

 Май 1990. Появляется Microsoft Windows 3.0 и DR DOS 5.0.

 
Рис. 6. Май 1990: Microsoft Windows 3.0

 

 Июнь 1991. MS-DOS 5.0 имеет свои особенности то, что она позволяет эффективно использовать ОП. DOS 5.0  обладает улучшенными интерфейсами меню оболочки, полноэкранным редактором, утилитами на диске и и возможность смены задач. Системные файлы занимают до 118К: для работы системы требуется 60-К  ОЗУ, а 45 К можно загрузить в область памяти с адресами старше 1 Мбайт, что освобождает место в обычной памяти для работы прикладных программ MS-DOS 6.0  кроме стандартного набора программ. Имеет в своем составе программы для резервного копирования, антивирусную программу и другие усовершенствования в  ОС MS-DOS 6.21    и MS-DOS 6.22.