4. Четверте покоління (з 1980 року по наші дні): персональні комп'ютери

Наступний період еволюції операційних систем пов'язаний з появою

великих інтегральних схем (Large Scale Integration, LSI) - кремнієвих мікросхем,

містять тисячі транзисторів на одному квадратному сантиметрі. Це поколінь

покоління стало поколінням персональних комп'ютерів на базі мікропроцесорів.

З точки зору архітектури персональні комп'ютери (спочатку називаються

звані мікрокомп'ютерами) були багато в чому схожі на міні-комп'ютери

класу PDP-11, але, звичайно, відрізнялися за ціною. Якщо поява міні-комп'ютерах

міні-комп'ютерів дозволило відділам компаній і факультетам університетів мати

власний комп'ютер, то з появою мікропроцесорів кожна людина

отримав можливість купити власний персональний комп'ютер.

Було створено кілька сімейств мікрокомп'ютерів. У 1974 році фірма Intel

представила перший 8-розрядний мікропроцесор загального призначення 8080. Ряд

компаній виробляв повноцінні комп'ютерні системи, оснащені

процесором 8080 (або сумісним Zilog Z80) і операційною системою СР / М

(Control Program for Microcomputers - програма управління

мікрокомп'ютерами) компанії Digital Research. Такі системи отримали широке розповсюдження

поширення. Для СР / М було написано безліч програм, а сама операційна

система утримувала лідерство у світі персональних комп'ютерів

протягом приблизно 5 років Фірма Moto. Наступний період еволюції операційних систем пов'язаний з появою великих інтегральних схем (Large Scale Integration, LSI) - кремнієвих мікросхем,містять тисячі транзисторів на одному квадратному сантиметрі. Це поколінь

покоління стало поколінням персональних комп'ютерів на базі мікропроцесорів.

З точки зору архітектури персональні комп'ютери (спочатку називаються

звані мікрокомп'ютерами) були багато в чому схожі на міні-комп'ютери

класу PDP-11, але, звичайно, відрізнялися за ціною. Якщо поява міні-комп'ютерах

міні-комп'ютерів дозволило відділам компаній і факультетам університетів мати

власний комп'ютер, то з появою мікропроцесорів кожна людина

отримав можливість купити власний персональний комп'ютер.

Було створено кілька сімейств мікрокомп'ютерів. У 1974 році фірма Intel

представила перший 8-розрядний мікропроцесор загального призначення 8080. Ряд

компаній виробляв повноцінні комп'ютерні системи, оснащені

процесором 8080 (або сумісним Zilog Z80) і операційною системою СР / М

(Control Program for Microcomputers - програма управління

мікрокомп'ютерами) компанії Digital Research. Такі системи отримали широке розповсюдження

поширення. Для СР / М було написано безліч програм, а сама операційна

система утримувала лідерство у світі персональних комп'ютерів на

Протягом приблизно 5 років.

Фірма Motorola також представила 8-розрядний мікропроцесор - 6800. Після

того як група інженерів внесла ряд пропозицій щодо його удосконалення,

які були відкинуті, вона виділилася в компанію MOS Technology і

розробила центральне процесорний пристрій 6502. Цим пристроєм були

оснащені деякі перші персональні комп'ютери. Одна з їхніх

різновидів, Apple II, стала головним конкурентом СР / М на ринку домашніх і

освітніх комп'ютерів. Проте популярність СР / М була настільки

висока, що багато власників Apple II набували співпроцесорі плати

розширення Z-80 для отримання можливості працювати з системою СР / М

(Процесор 6502 несумісний з цією ОС). Плати СР / М випускала невелика компанія

Microsoft, заодно що була постачальником інтерпретаторів BASIC для ряду

мікрокомп'ютерів під управлінням СР / М.

Наступне покоління мікропроцесорів було 16-розрядним. Фірма Intel

запропонувала процесор 8086, а на початку 1980-х компанією IBM був випущений

персональний комп'ютер IBM PC на основі процесора Intel 8088 (внутрішній

процесор 8086 з зовнішнім 8-розрядним трактом даних). Компанія Microsoft

запропонувала IBM пакет, що включав власний інтерпретатор BASIC і

операційну систему DOS (Disk Operating System - дискова операційна система).

Система DOS була розроблена іншою компанією, проте компанія Microsoft

придбала продукт і уклала з автором договір про вдосконалення

операційної системи. В результаті з'явилася операційна система MS-DOS (Micro-

(Microsoft DOS), швидко завоювала ринок IBM PC.

Операційні системи СР / М, MS-DOS і APPLE DOS мали інтерфейс

командного рядка, за допомогою якого користувачі вводили команди з

клавіатури. Декількома роками раніше співробітник дослідницького інституту

Стенфорда Дуг Енгельбарт (Doug Elgelbart) винайшов графічний інтерфейс

користувача (Graphical User Interface, GUI), що включав вікна, значки, меню

і миша. Стів Джоб (Steve Jobs) з компанії Apple побачив можливість

створення системи з дружнім інтерфейсом (для користувачів, не тільки

нічого не знають про комп'ютери, а й не бажають займатися їх

вивченням), і на початку 1984 було оголошено про створення комп'ютера Apple Macintosh.

Комп'ютер був оснащений 16-розрядним центральним процесором Motorola

68000 і 64 Кбайт постійної пам'яті (Read Only Memory, ROM) для

підтримки графічного інтерфейсу. У наступні роки комп'ютер Macintosh був

удосконалено: процесори стали 32-розрядними, а потім фірма Apple

перейшла до використання процесорів IBM PowerPC з RISC-архітектурою, спочатку

32 -, пізніше - 64-розрядної. У 2001 році Apple кардинально змінила

операційну систему, випустивши Mac OS X з новою версією графічного інтерфейсу

Macintosh на основі Berkley UNIX. У 2005 році компанія заявила про намір

перейти до використання процесорів Intel.

Щоб скласти конкуренцію Macintosh, компанія Microsoft розробила

операційну систему Windows. Спочатку Windows представляла собою лише

графічне середовище, що працює поверх 16-розрядної ОС MS-DOS; іншими

словами, вона була швидше оболонкою, ніж справжньої операційної

системою. Що ж до поточних версій Windows, це - нащадки ОС Windows

NT, написаної «з нуля».

Інший значущий претендент на лідерство у світі персональних комп'ютерів -

операційна система UNIX та різні її відгалуження. Вона домінує на

робочих станціях і інших потужних комп'ютерах, таких як мережеві сервери.

Особливо поширена ця ОС серед високопродуктивних систем на RISC-

процесорах. На комп'ютерах з процесором Pentium популярної альтернативи

альтернативою Windows є ОС Linux, все частіше використовується студентами і

корпоративними клієнтами (в даній книзі терміном «Pentium» ми будемо позначати

все сімейство однойменних процесорів, включаючи малопотужні Celeron,

високопродуктивні Хеоп і сумісні мікропроцесори AMD).

Хоча багато користувачів UNIX, особливо досвідчені в програмуванні,

воліють командний рядок графічному інтерфейсу, практично всі

системи UNIX підтримують віконну середу X Windows, розроблену MIT Ця

Середа дозволяє користувачеві створювати, видаляти, переміщати і змінювати розміри

вікон за допомогою миші. Найчастіше існує можливість використання

повноцінного графічного інтерфейсу користувача на базі X Window, наприклад,

інтерфейсу Motif. Це дозволяє любителям графічного режиму надати

UNIX зовнішній вигляд, що нагадує Macintosh і Microsoft Windows.

З середини 80-х років почали рости і розвиватися мережі персональних

комп'ютерів, керованих мережевими і розподіленими операційними системами [117].

У мережній операційній системі користувачі знають про існування

численних комп'ютерів, можуть реєструватися на віддалених машинах і

копіювати файли з однієї машини на іншу. Кожен комп'ютер працює під

управлінням локальної операційної системи і має власного

локального користувача (або користувачів). Як правило, комп'ютери працюють

незалежно один від одного.

Мережеві операційні системи мало відрізняються від однопроцесорних

операційних систем. Ясно, що вони потребують мережевий інтерфейс контролеру

і спеціальне низкорівневе програмне забезпеченні, що підтримує

роботу контролера, а також в програмах, які дозволяють користувачам

віддалену реєстрацію в системі і доступ до виділених файлів. Але ці доповнення,

по суті, не змінюють структуру операційної системи.

Розподілена операційна система, навпаки, представляється користувачам

традиційної однопроцесорній системою, хоча вона і функціонує на

безлічі процесорів. При цьому користувачі не повинні турбуватися про те, де

працюють їхні програми або де розташовані файли; все це повинно

автоматично і ефективно оброблятися самою операційною системою.

Щоб створити справжню розподілену операційну систему,

недостатньо просто додати кілька сторінок коду до однопроцесорній операційної

системі, так як розподілені і централізовані системи мають

істотні відмінності. Розподілені системи, наприклад, часто дозволяють

прикладним завданням одночасно оброблятися на кількох процесорах,

тому потрібно більш складний алгоритм завантаження процесорів для

оптимізації розпаралелювання.

Наявність затримок при передачі даних в мережах означає, що ці алгоритми

повинні справлятися з неповною, застарілою або навіть неправильною інформацією. Ця ситуація радикально відрізняється від однопроцесорної системи, в

якої операційна система має повну інформацію щодо

стану системи, також представила 8-розрядний мікропроцесор - 6800. Після

того як група інженерів внесла ряд пропозицій щодо його удосконалення,

які були відкинуті, вона виділилася в компанію MOS Technology і

розробила центральне процесорний пристрій 6502. Цим пристроєм були

оснащені деякі перші персональні комп'ютери. Одна з їхніх

різновидів, Apple II, стала головним конкурентом СР / М на ринку домашніх і

освітніх комп'ютерів. Проте популярність СР / М була настільки

висока, що багато власників Apple II набували співпроцесорування плати

розширення Z-80 для отримання можливості працювати з системою СР / М

(Процесор 6502 несумісний з цією ОС). Плати СР / М випускала невелика компанія

Microsoft, заодно що була постачальником інтерпретаторів BASIC для ряду

мікрокомп'ютерів під управлінням СР / М.

Наступне покоління мікропроцесорів було 16-розрядним. Фірма Intel

запропонувала процесор 8086, а на початку 1980-х компанією IBM був випущений

персональний комп'ютер IBM PC на основі процесора Intel 8088 (внутрішній

процесор 8086 з зовнішнім 8-розрядним трактом даних). Компанія Microsoft

запропонувала IBM пакет, що включав власний інтерпретатор BASIC і

операційну систему DOS (Disk Operating System - дискова операційна система).

Система DOS була розроблена іншою компанією, проте компанія Microsoft

придбала продукт і уклала з автором договір про вдосконалення

операційної системи. В результаті з'явилася операційна система MS-DOS

(Microsoft DOS), швидко завоювала ринок IBM PC.

Операційні системи СР / М, MS-DOS і APPLE DOS мали інтерфейс

командного рядка, за допомогою якого користувачі вводили команди з

клавіатури. Декількома роками раніше співробітник дослідницького інституту

Стенфорда Дуг Енгельбарт (Doug Elgelbart) винайшов графічний інтерфейс

користувача (Graphical User Interface, GUI), що включав вікна, значки, меню

і миша. Стів Джоб (Steve Jobs) з компанії Apple побачив можливість створення системи з дружнім інтерфейсом (для користувачів, не тільки нічого не знають про комп'ютери, а й не бажають займатися їх вивченням), і на початку 1984 було оголошено про створення комп'ютера Apple Macintosh.

Комп'ютер був оснащений 16-розрядним центральним процесором Motorola

68000 і 64 Кбайт постійної пам'яті (Read Only Memory, ROM) для

підтримки графічного інтерфейсу. У наступні роки комп'ютер Macintosh був

удосконалено: процесори стали 32-розрядними, а потім фірма Apple

перейшла до використання процесорів IBM PowerPC з RISC-архітектурою, спочатку

32 -, пізніше - 64-розрядної. У 2001 році Apple кардинально змінила

операційну систему, випустивши Mac OS X з новою версією графічного інтерфейсу

Macintosh на основі Berkley UNIX. У 2005 році компанія заявила про намір

перейти до використання процесорів Intel.

Щоб скласти конкуренцію Macintosh, компанія Microsoft розробила

операційну систему Windows. Спочатку Windows представляла собою лише

графічне середовище, що працює поверх 16-розрядної ОС MS-DOS; іншими

словами, вона була швидше оболонкою, ніж справжньої операційної

системою. Що ж до поточних версій Windows, це - нащадки ОС Windows

NT, написаної «з нуля».

Інший значущий претендент на лідерство у світі персональних комп'ютерів -

операційна система UNIX та різні її відгалуження. Вона домінує на

робочих станціях і інших потужних комп'ютерах, таких як мережеві сервери.

Особливо поширена ця ОС серед високопродуктивних систем на RISC-

процесорах. На комп'ютерах з процесором Pentium популярної альтернативи

альтернативою Windows є ОС Linux, все частіше використовується студентами і

корпоративними клієнтами (в даній книзі терміном «Pentium» ми будемо позначати

все сімейство однойменних процесорів, включаючи малопотужні Celeron,

високопродуктивні Хеоп і сумісні мікропроцесори AMD).

Хоча багато користувачів UNIX, особливо досвідчені в програмуванні,

воліють командний рядок графічному інтерфейсу, практично всі

системи UNIX підтримують віконну середу X Windows, розроблену MIT Ця

Середа дозволяє користувачеві створювати, видаляти, переміщати і змінювати розміри

вікон за допомогою миші. Найчастіше існує можливість використання

повноцінного графічного інтерфейсу користувача на базі X Window, наприклад,

інтерфейсу Motif. Це дозволяє любителям графічного режиму надати

UNIX зовнішній вигляд, що нагадує Macintosh і Microsoft Windows.

З середини 80-х років почали рости і розвиватися мережі персональних

комп'ютерів, керованих мережевими і розподіленими операційними системами.

У мережній операційній системі користувачі знають про існування

численних комп'ютерів, можуть реєструватися на віддалених машинах і

копіювати файли з однієї машини на іншу. Кожен комп'ютер працює під

управлінням локальної операційної системи і має власного

локального користувача (або користувачів). Як правило, комп'ютери працюють

незалежно один від одного.

Мережеві операційні системи мало відрізняються від однопроцесорних

операційних систем. Ясно, що вони потребують мережевому інтерфейсному контролері

і спеціальному низкорівневу програмному забезпеченні, що підтримує

роботу контролера, а також в програмах, які дозволяють користувачам

віддалену реєстрацію в системі і доступ до виділених файлів. Але ці доповнення,

по суті, не змінюють структуру операційної системи.

Розподілена операційна система, навпаки, представляється користувачам

традиційної однопроцесорній системою, хоча вона і функціонує на

безлічі процесорів. При цьому користувачі не повинні турбуватися про те, де

працюють їхні програми або де розташовані файли; все це повинно

автоматично і ефективно оброблятися самою операційною системою.

Щоб створити справжню розподілену операційну систему,

недостатньо просто додати кілька сторінок коду до однопроцесорній операційної

системі, так як розподілені і централізовані системи мають

істотні відмінності. Розподілені системи, наприклад, часто дозволяють

прикладним завданням одночасно оброблятися на кількох процесорах,

тому потрібно більш складний алгоритм завантаження процесорів для

оптимізації розпаралелювання.

Наявність затримок при передачі даних в мережах означає, що ці алгоритми

повинні справлятися з неповною, застарілою або навіть неправильної інформації

інформацією. Ця ситуація радикально відрізняється від однопроцесорній системи, в

якої операційна система має повну інформацію щодо стану системи.