Характеристики и возможности операционных систем

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. Критерием эффективности для этих систем является способность ОС выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата8.

Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций:

управление данными;

управление задачами (заданиями, процессами);

связь с человеком-оператором.

В различных ОС эти функции реализуются по разному и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств.

Структурно операционная система представляет собой совокупность программ, управляющих ходом работы вычислительной машины, идентифицирующих прикладные программы и данные и осуществляющих связь между машиной и оператором. ОС повышает производительность вычислительного комплекса за счет гибкой организации прохождения потока задач через машину, равномерной загрузки оборудования, оптимального использования всех ресурсов ЭВМ, стандартной организации хранения в машине больших массивов данных при наличии разнообразных способов доступа к ним.

В состав системного программного обеспечения входят также сервисные программы, которые предназначены для проверки исправности блоков ЭВМ, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу в целом.

Системное программное обеспечение ЭВМ предназначено для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ЭВМ. Высокая производительность вычислительной системы обеспечивается ОС благодаря применению режимов пакетной обработки и мультипрограммного и наличию специальных программных средств, для выполнения трудоемких операций ввода-вывода информации.

Очень важную роль для современных ОС стали играть вопросы безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям. Многие ОС обладают сегодня развитыми средствами защиты, основанными на шифровании данных, аутентификации и авторизации.

Современным ОС присуща многоплатформенность, то есть способность работать на совершенно различных типах компьютеров. Многие ОС имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость.

В последние годы получила дальнейшее развитие тенденция увеличения удобства взаимодействия человека с компьютером. Эффективность работы пользователя становится основным фактором, определяющим результативность вычислительной системы в целом.

 

 

1.2. Исторический ракурс развития операционных систем

 

 

Операционные системы начали своё развитие с развитием компьютеров. Первые программы не собирались из готовых блоков, как сегодня, а писались с нуля на языке «родных» для данного компьютера машинных кодов. И это было закономерно, потому что первые компьютеры были несовместимы с другими умными машинами. Лишь в конце пятидесятых годов, когда компьютеры пошли в серийное производство, а их количество исчислялось уже не десятками, а тысячами, появились первые универсальные средства общения человека и машины — языки программирования. Сначала — «низкие» вроде ассемблера, доступные лишь немногим кудесникам от программирования, ну а потом стали появляться разнообразные языки программирования: Алгол-60, Липс, Фортран...

Затем, в середине 70-х, на арену вышел Basic, язык стандартных текстовых команд, работать с которым могли даже школьники. Билл Гейтс и Пол Аллен вошли в историю именно благодаря написанному ими на Basic варианту ОС для компьютеров Альтаир.

У истока создания операционных систем для компьютеров лежит стандарт операционной системы СР/М. Эта операционная система разработана в 1974 году, и нашла своё применение на многих 8-разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые и табличные процессоры, системы управления базами данных.

Стандарт MSX определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств для персональных компьютеров.

Операционная система должна была обладать следующими свойствами: требуемая память - не более 16 К, совместимость с СР/М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков программирования. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX-DOS, поддерживала обширное программное обеспечение, разработанного для СР/М, и одновременно была ориентирована на новые разработки, связанные с DOS: графические программы, символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы9.

Так как операционная система была предельно проста, компакта и очень легко настраивалась на различные конфигурации компьютеров, то она имела большую востребованность. Первая версия системы занимала всего 4 Кб, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти первых персональных компьютеров того времени.

Пик своего использования ОС типа DOS достигла с появлением 16-разрядных ПЭВМ, использующих 16-разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. Ни одна современная операционная система для микрокомпьютеров не может даже сравниться с DOS по периоду своего использования. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Однако и по сей день, эта операционная система существует и используется, несмотря на то, что большая ее часть основывается на разработках 70-х годов10. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения.

ОС система DOS состоит из нескольких частей:

Базовая система ввода-вывода BIOS

Блок начальной загрузки

Модуль расширения базовой системы ввода-вывода

Модуль обработки прерываний

Командный процессор

Утилиты DOS

Рассмотрим, что из себя представляет каждая из выше перечисленных частей.

Базовая система ввода-вывода (BIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть ОС является «встроенной» в компьютер Её назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг ОС, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика ОС.

Блок начальной загрузки – это маленькая программа назначение, которой заключается в считывании с диска в оперативную память ПК двух других частей DOS – модуля расширения базовой системы ввода-вывода  и модуля обработки прерываний. Сам загрузчик размещается на 0 стороне в 1 секторе дорожки 00 системного магнитного диска.

Модуль расширения BIOS – обеспечивает подключение внешних драйверов устройств, подстройку прерываний и других параметров системы, указанных  в настроечном файле config.sys, располагающемся на системном диске.

Модуль обработки прерываний – обслуживает прерывания, вызываемые из прикладных программ. Расположен в файле msdos.sys, записанном в  системной области диска.

Командный процессор – по сути, обычная компьютерная программа расположенная в файле command.com, который может располагаться в любом месте системного диска. Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем.

За очень короткое время МS DOS превратилась из простого загрузчика в универсальную операционную систему для персональных компьютеров, которые работали на базе микропроцессоров Intel 8086. МS DOS уже тогда стала поддерживать компьютерные сети и графические интерфейсы пользователя, всевозможные запоминающие устройства. Очень много прикладных программ стали писаться под МS DOS.

Предшественником МS-DOS была операционная система 86-DOS, написанная в середине 80-х гг. Тимом Петерсоном для компании Sеаttlе Соmputer Рroducts. В то время наиболее популярной системой для микрокомпьютеров на базе Intel 8080 и Zilog Z-80 была операционная система СР/М-80 фирмы Digital Research. Операционная система СР/М-80 обеспечивала доступ к разнообразным средствам прикладного программного обеспечения, в ней можно было работать с текстовыми процессорами, администраторами баз данных и т.д. Программы, которые работали в СР/М-80, можно было легко преобразовать для запуска в операционной системе 86-DOS, для этого надо было выполнить несложное редактирование исходных файлов. Так как ОС 86-DOS поставлялась на рынок вместе с микрокомпьютерами фирмы Seattle Computer Research с интерфейсом S-100 на базе Intel 8086, то её выход не повлиял на состояние дел в мире персональных компьютеров вообщем. Другие поставщики микрокомпьютеров на базе Intel 8086 ждали выпуска системы СР/М-86 фирмы Digital Research11.

В конце 1980 года компания IBM начала разработку компьютеров нового поколения и предложила фирмам по разработке программного обеспечения создать новую операционную систему. У Microsoft не было собственной операционной системы, за исключением автономной версий Microsoft ВАSIС; компания приобрела право на продажу системы Петерсона 86-DOS у Seattle Computer Products. Сделка была обоюдовыгодной: Seattle Computer Products получила лицензию на право использовать и продавать языки программирования и все версии операционной системы для микропроцессора 8086, разработанные фирмой Microsoft.

Мicrosoft значительно переработала систему 86-DOS, и дала название МS DOS. Когда осенью 1981 г. появились первые компьютеры IВМ РС, фирма IВМ предложила для них в качестве основной операционную систему МS DOS, названную РС DOS 1.0. В качестве альтернативных операционных систем для новых микрокомпьютеров фирма IВМ выбрала системы СР/М-86 (фирмы Digital Research) и Р-sуstem (фирмы Softech). Но эти системы имели ряд недостатков: обладали малым для IBМ РС быстродействием, высокой стоимостью, отсутствием доступных языков программирования. Как следствие эти ОС не нашли своего места на рынке программного обеспечения , к тому же фирма IВМ с помощью РС DOS реализовала все прикладные программные средства для IВМ РС, а также инструментарий, работающий под их управлением.

Кроме широко распространенных машин, проектируемых в соответствии со сложившимися стандартами, создаются машины, в которых особо выделяется какое-либо свойство. Так, в начале и середине 80-х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй - цветным, но оба компьютера отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей.

Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор "мышь". Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью "мыши".

С 1990-х наибольшее распространение получили операционные системы семейства Microsoft Windows и системы класса UNIX (особенно GNU/Linux). Основные функции этих ОС:

1. Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение; Стандартизованный доступ к периферийным устройствам
2. Управление оперативной памятью
3. Управление энергонезависимой памятью, как правило с помощью файловой системы;
4. Пользовательский интерфейс.

 Дополнительные функции:

1. Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);
2. Взаимодействие между процессами;
3. Межмашинное взаимодействие;
4. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений;
5. Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы.

Первыми удачными версиями Windows являются 3.1 и 3.11 (с поддержкой сетевого режима), которые вышли в свет в 1992—1993 гг. Но впервые Windows приблизилась к своему нынешнему облику лишь через два года, с выходом по-настоящему революционной системы Windows 95. Именно в ней впервые был сделан решительный шаг по превращению оболочки в полноценную операционную систему, хотя ядром по-прежнему служила старая добрая DOS.

Windows 95 процарствовала на рынке  операционных систем пять лет. В 1999 году на свет появилась Windows ME (Millennium Edition), режим DOS в которой был искусственно заблокирован. Впрочем, еще в 1993 году Microsoft начала работу над новой линейкой ОС, построенных на принципиально новом ядре. Ее основателем стала операционная система Windows NT, рассчитанная на профессионалов и корпоративных пользователей. Несмотря на то, что интерфейс NT не слишком отличался от других версий Windows, устроена она была совершенно иначе — с большим упором на стабильность, надежность и меньшим — на развлекательную сферу. Для новой ОС была даже разработана новая защищенная файловая система NTFS (NT File System), работать с которой версии Windows массовой линейки до поры до времени не могли.

Окончательный отказ от «линии DOS» связан с выходом новой операционной системы Windows ME и «профессиональной» Windows 2000 Microsoft. В двадцать первый век человечество вошло уже с новой системой, объединившей достоинства обоих своих родителей... Windows XP. Эта ОС стала самой популярной как среди обычных пользователей, так и среди профессионалов. Такая популярность позволяет ей и сейчас присутствовать на рынке, хотя обновлений для неё уже не выпускается. С появлением Windows Vista ожидалось, что XP завершит свой жизненный цикл... Но, опытные пользователи первым делом сносили с ноутбука Vista, а потом устанавливали XP. На нетбуках же у нее и вовсе не было конкурентов. Vista оказалась самым неудачным проектом корпорации Microsoft, даже не смотря на устранение выявленных в ходе использования недостатков. На её смену была разработана и выпущена в 2009 году операционная система Windows 7. Первая бета-версия Windows 7 была явлена публике еще в начале 2009 года — и оказалась на много лучше Vista. Никаких революционных изменений в систему внесено не было — ну если не считать же таковым обновленную «Панель Задач», модифицированный «сетевой центр» и новые значки. В этой операционной системе появилась поддержка экранного управления «мультитач». На данный момент она очень хорошо себя зарекомендовала и получила широкое распространение. Но на рынке программного обеспечения стали появляться и другие операционные системы, имеющие право на существование и претендующие на возможность потеснить ОС семейства Windows. Одной из таких операционных систем является Linux.