2.2 Основные концепции операционных систем

ОС является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе. Схема взаимодействия пользователя и компьютера с помощью операционной системы продемонстрирована на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема взаимодействия пользователя и компьютера

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. Предназначение ОС можно разделить на три основные составляющие:

• Удобство - операционная система делает использование компьютера простым и удобным;

• Эффективность - операционная система позволяет эффективно использовать ресурсы компьютерной системы;

• Возможность развития - операционная система должна допускать разработку тестирования новых приложений и системных функций без нарушения нормального функционирования вычислительной системы.

Функции операционной системы можно сравнить с обязанностями главного менеджера. Операционная система решает, какие ресурсы компьютера будут использованы, какие программы будут запущены, и в каком порядке будут следовать эти и другие операции для выполнения поставленной пользователем задачи.

Итак, ОС выполняет три основные функции:

• распределяет (allocates) и назначает (assigns) использование ресурсов компьютера;

• планирует (schedules) использование ресурсов компьютера и время исполнения задач;

• осуществляет текущий контроль (monitoring) работы компьютера.

Ресурс - любой логический или физический компонент ЭВМ и предоставляемые им возможности.

По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее:

• Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение;

• Обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, оптические диски и т.д.;

• Предоставлять доступ к различным устройствам ввода/вывода, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства;

• Предоставлять некоторый пользовательский интерфейс.

Более развитые ОС предоставляют следующие возможности:

• Параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач;

• Распределение ресурсов компьютера между задачами;

• Организация взаимодействия задач друг с другом.

2.3 История развития операционных систем

История ОС насчитывает больше полвека. Она во многом определялась и определяется развитием элементной базы и вычислительной аппаратуры.

Первые (1945-1955г.г.) компьютеры работали без операционных систем, как правило, на них работала одна программа.

Когда скорость выполнения программ и их количество стали увеличиваться, простои компьютера между запусками программ стали составлять значительное время.

В 1955-1965г.г. появились первые системы пакетной обработки которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных ОС. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.

В 1965-1975 годах переход к интегральным микросхемам открыл путь к появлению следующего поколения компьютеров, ярким представителем которых является IBM/360. В этот период были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы, а также сетевая работа.

Именно в период развития третьего поколения вычислительных машин операционные системы приобрели современный облик.

В начале 70-х годов появились первые сетевые ОС, которые позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими связанными между собой компьютерами.

Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.

К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры. Архитектура мини-компьютеров была значительно упрощена по сравнению с мэйнфреймами, что нашло отражение и в их ОС.

С середины 70-х годов началось массовое использование UNIX, уникальной для того времени ОС, которая сравнительно легко переносилась на различные типы компьютеров. Хотя ОС UNIX была первоначально разработана для мини-компьютеров, ее гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров.

В начале 80-х годов для работы на компьютерах IBM PC/XT была разработана система MS-DOS (Microsoft Disk Operation System - Дисковая операционная система Microsoft).

МS-DOS - неграфическая ОС, которая использует интерфейс командной строки. Это значит, что все команды надо набирать по буквам в специальной строке. Изучение операционной системы стало самостоятельной задачей, достаточно сложной для простого пользователя.

Так возникла необходимость в новом посреднике — в так называемых программах-оболочках. Оболочка — это программа, которая запускается под управлением ОС и помогает человеку работать с этой операционной системой. Одна из самых известных программ-оболочек называется Norton Comander (Подобные Nortonу: Volkov Commander, Far, Windows Commander).

Когда встал вопрос об использовании IВМ РС в качестве домашнего компьютера, возникла острая необходимость в графической операционной системе, которая наглядно выводит информацию на экран и которой можно управлять с помощью мыши.

В 80-х годах стало возможным реализовать графический интерфейс пользователя (GUI - Graphical User Interface), теория которого была разработана еще в 60-е годы.

Первой ОС с поддержкой графического интерфейса пользователя стала операционная система Macintosh (сокращенно - Mac), разработанная для компьютеров Apple PC в 1983 году.

Этот интерфейс был весьма удобным: рабочий стол, окна, раскрывающиеся меню и пиктограммы ярлыков позволяли использовать компьютер с максимальным удобством. Впервые такой графический интерфейс был разработан в компании Apple.

В 1986 году компания IBM и Microsoft объединили свои усилия с целью создания качественного программного обеспечения. Результатом их работы стала операционная система OS/2 (Operation System) для компьютеров PS/2 (Personal system/2). Большого распространения она не получила.

С 1985 года стала выпускаться Windows, в то время она была графической оболочкой к MS-DOS вплоть до 1995г., когда вышла Windows95.

Выпущенная в сентябре 1995г. система Windows95 стала первой графической операционной системой для компьютеров IВМ РС. Все следующие версии операционных систем Windows (98, NT, ME, 2000, XP) являются графическими.

К началу 90-х практически все ОС стали сетевыми, способными поддерживать работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные сетевые ОС, предназначенные исключительно для выполнения коммуникационных задач (система IOS компании Cisco Systems).

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС, для которых характерны высокая степень масштабируемость, поддержка сетевой работы, развитые средства обеспечения безопасности, способность работать в гетерогенной среде, наличие средств централизованного администрирования и управления.

С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами для персональных компьютеров и серверов являются:

• ОС семейства Microsoft Windows и Windows NT;

• ОС семейства Mac OS и Mac OS X;

• Системы класса UNIX, и Unix подобные (особенно GNU/Linux).