Тема 3. Системное программное обеспечение.

1. Операционные системы.

   1. Поколение операционных систем.

Операционные системы подобно ЭВМ на пути своего развития прошли через ряд радикальных изменений, так называемых поколений. В первых ЭВМ операционной системы не было. Пользователи писали программы на машинном языке и имели полный доступ к аппаратным средствам. Каждая программа загружалась отдельно. После её выполнения вручную производилась подготовка ЭВМ к выполнению следующей программы.

Первое поколение (50-е годы).

Первые операционные системы были разработаны с целью ускорения и упрощения перехода от программы к программе. До их создания много времени терялось в промежутках между завершением одной программы и началом выполнения следующей. В подготовительном и заключительном периоде компьютер простаивал. Разработчики первых операционных систем стремились свести такие простои к минимуму. Эти операционные системы предусматривали объединение отдельных программ в группы, которые стали называть пакетами. Каждая запущенная на выполнение программа получала в своё полное распоряжение все ресурсы компьютера. После её завершения управление ресурсами возвращается операционной системе, которая приводила их в исходное состояние и обеспечивала ввод в оперативную память и запуск на выполнение следующей программы. Такой режим управления программами получил название пакетная обработка. Кроме этого в операционную систему были включены стандартные программы ввода-вывода (драйверы), чтобы пользователю-программисту не приходилось описывать процессы ввода и вывода на машинном языке в своих программах. С помощью драйверов в этих операционных системах обеспечивалась независимость пользовательских программ от конкретных особенностей внешних устройств.

Второе поколение (начало 60-х годов).

Основной особенностью второго поколения была их нацеленность главным образом на повышение пропускной способности дорогостоящей аппаратуры, т.е. увеличение объема работ за единицу времени. Такие операционные системы создавались как системы пакетной обработки с так называемым мультипрограммным режимом управления программами. В этом режиме несколько программ одновременно находятся в оперативной памяти, а центральный процессор под управлением операционной системы переключается с одной программы на другую, при этом потери во времени сведены к минимуму за счет того, что при вводе или выводе выполнение одной программы, центральный процессор переключается на выполнение другой программы. Таким образом, несколько программ выполняются одним процессором как бы одновременно.

В то время появились мультипроцессорные вычислительные системы, в которых устанавливалось несколько процессоров. Операционные системы второго поколения стали обеспечивать ещё и мультипроцессорный режим управления программами. Кроме этого были созданы операционные системы, которые обеспечивали пользователям диалоговый (интерактивный) режим взаимодействия с выполняемыми программами. Суть этого режима заключается в том, что в процессе выполнения программ, на экран выводится различная информация (вопрос, результаты и т.д.), в ответ на которые пользователь может ввести какие-либо данные, ответить на вопрос и т.д.

Операционные системы, которыми управляет программа, обеспечивая такой режим взаимодействия с ними, стали называть системами с разделением времени (разделения времени). Это название связано с тем, что в моменты, когда от пользователя требуются ответы на заданные вопросы, операционная система прерывает программу, ожидает от пользователя информацию, получает её (с помощью драйвера), передаёт в программу и только после этого обеспечивает продолжение её выполнения. Подобные прерывания возникают, когда в программе встречаются соответствующие команды ввода информации (по инициативе программы). В результате этого выполнение программы непрерывно, а частями (её выполнение разделено во времени).

Появились операционные системы, обеспечивающие немедленную реакцию программ на ввод информации. Такой режим управления программами был назван режимом реального времени. В отличие от режима разделения времени в данном режиме любая выполненная программа прерывается сразу же, как только начинается ввод информации. В результате этого у пользователя возникает иллюзия мгновенной реакции программы на ввод информации (как бы в реальном времени). Операционные системы реального времени применяются для управления технологическими процессами.

Третье поколение (с середины 60-х до середины 70-х годов).

Такие операционные системы были многорежимными. Они стали мощной программной прослойкой между пользовательскими программами и аппаратными средствами. Они были столь грамоздскими, что пользователь был вынужден изучать сложные специальные языки, чтобы описывать задания для операционной системы и требуемые для них ресурсы.

Четвертое поколение (середина 70-х годов).

Операционные системы этого поколения появились прежде всего в связи с широким распространением персональных компьютеров и вычислительных сетей. Главное их отличие заключается в том, что они обеспечивают значительно более простое взаимодействие пользователей с программами, работу в сети, защиту информации от несанкционированного доступа и т.п. Как правило, это операционные системы разделения времени, в которых еще реализованы режим пакетной обработки и мультипрограммный режим.

(21.11. 2012г.)