Операционные системы: назначение, этапы развития, виды, компонентный состав

    Фирма Microsoft, ведя самостоятельные разработки в области графического интерфейса пользователя, стремилась к тому, чтобы оконная среда не только представляла собой оболочку для MS DOS, позволяющую работать с файлами и запускать программы, но и предоставляла бы разработчикам собственный интерфейс прикладного программирования (Application Interface Programming, API ).

    Корпорация Microsoft объявила о начале разработки графической операционной оболочки Windows 10 ноября 1983 года, хотя еще в конце 1982 г. программисты Microsoft начали создавать универсальный набор графических процедур, названный Графическим Интерфейсом с Компьютером (Computer Graphic Interface, CGI).

    Первоначально предполагалось, что CGI как набор процедур будет поставляться с компиляторами Microsoft, позволяя разработчикам программ выводить графику на самые различные типы принтеров. Программисты могли бы использовать в своих программах функции CGI, которые затем переводились бы в команды нужного типа принтера.

    Вскоре после начала работ над CGI корпорация Microsoft развернула работы по созданию графической операционной среды для компьютеров с MS DOS. Создание такой оболочки было инспирировано неожиданным интересом пользователей IBM-совместимых компьютеров к объявлению корпорацией VisiCorp о начале работ над многооконной операционной оболочкой VisiOn. Таким образом, конкуренция сделала свое дело - в феврале 1983 года стало ясно, что Microsoft создаст свою собственную оболочку Windows.

    Хотя многие особенности и свойства Windows кардинально изменились в последующем, некоторые положения были ясны с самого начала. Windows должна быть многозадачной, т.е. должна позволять запускать несколько программ одновременно. Windows должна работать со всеми типами дисплеев и принтеров. И, поскольку пользователям очень трудно отказаться от привычных программных средств, Windows должна позволять запускать приложения DOS. Последняя цель оказалась настолько трудной в реализации, что задержала весь проект на многие месяцы.

    Когда работы над CGI перешли в фазу тестирования, это не был уже самостоятельный продукт. CGI был переименован в GDI (the Graphic Device Interface - "Интерфейс с графическими устройствами") и стал частью Windows, включив в себя процедуры работы не только с принтером, но и с дисплеем. Для этого в GDI были добавлены функции, обеспечивающие поддержку типографско-издательских особенностей в работе с текстами, и процедуры манипулирования графическими объектами.

    К ноябрьской выставке 1983 года COMDEX первый прототип Windows был готов. При презентации первого варианта Windows было обещано, что коммерческая продажа начнется в мае 1984. Весной 1984 года дата начала  продаж была отодвинута на ноябрь. В ноябре эта дата была перенесена на июнь 1985 года. Однако коробки с Windows появились в магазинах только 18 ноября 1985 года.

    Но, несмотря на то, что в ноябре 1985 года Windows все же вышел на прилавки магазинов, в течение двух лет (с 1985 по 1987 год) он не оказал большого влияния на рынок программного обеспечения и не стал альтернативой MS DOS, как надеялась Microsoft. Большое число пользователей (51%) покупали Windows не ради созданных для него приложений (которых было очень мало по сравнению с обычными программами для MS DOS) или графического интерфейса, а для того, чтобы иметь возможность быстро переключаться с одного приложения DOS на другое.

    С 1987 года ситуация начала резко меняться. Начали появляться мощные и известные приложения, написанные для работы под Windows. С выходом третьей версии Windows стало ясно, что Windows не просто завоюет прочное место на рынке программного обеспечения, но станет основной стратегической политики Microsoft в создании программного обеспечения. варианте оставляют всех конкурентов далеко позади".

    К 1990 году фирма Microsoft добилась серьезных технических успехов в плане разработки графического интерфейса. С одной стороны, Microsoft сильно продвинулось в этой области во многом благодаря тому, что одновременно она вела (совместно с IBM) разработки графического интерфейса Presentation Manager для операционной системы OS/2. С другой - Microsoft нашла самостоятельное решение для использования всей оперативной памяти программами, основанными на Windows API. В июле 1990 года "PC Magasine" пометил статью о новой версии Windows 3.0, в которой отмечалось, что "Microsoft Windows превратился в блестящую многозадачную операционную систему, которой еще только пытается стать OS/2".

    "Событием - 90" был выпуск графической операционной оболочки Microsoft Windows 3.0, которая стала бестселлером и лучшим продуктом года. Windows имела приятный графический пользовательский интерфейс (по сравнению с тем, что до сих пор появлялось для IBM PC), предоставляла значительный комплекс услуг, оперировала всем объемом памяти, адресуемым микропроцессором 80286 , 80386 и выше. С 32 - разрядными микропроцессорами (80386 и выше) и при наличии не менее 2 Мб памяти Windows 3.0 могла использовать виртуальную память, этот режим работы был назван 386 расширенным (386 Enhanced Mode ).

    Система имела многозадачные возможности. DOS-программы под Windows 3.0 выполнялись в режиме вытесняющей многозадачности. Программы, соответствующие Windows API, выполнялись в режиме кооперативной многозадачности. Минимальный объем оперативной памяти, при котором Windows могла хоть как-то функционировать, составлял 1 Мб в стандартном режиме (Standard Mode). Кроме того, Windows по-прежнему могла работать на машинах класса IBM PC XT с использованием только нижних 640 Кб памяти (реальный режим, Real Mode).

    С формальной точки зрения Windows не была операционной системой - она достраивала ядро и командный процессор системы MS-DOS собственным ядром и графическим интерфейсом. Однако для пользователя более существенным было то, что под Windows нет существенных проблем с выполнением MS-DOS приложений, а приложения, написанные для Windows взаимодействуют с ее графическим интерфейсом, пользуются сервисом Windows и всей доступной для Windows - приложений памятью. Microsoft и сама производила программные продукты для Windows, например, знаменитый текстовый процессор Word и электронные таблицы Excel. Но важнейшее значение для продвижения Windows на рынок имело, то что в считанные месяцы на производство программ для Windows перешло подавляющее большинство независимых программных фирм.

    Утвердив, таким образом, новый стандарт на программное обеспечение для IBM PC - совместимых компьютеров, Microsoft расторгла соглашение о совместных разработках с IBM. Windows 3.0 оказалась значительно более удачным в рыночном плане изделием, чем все предыдущие версии OS/2 и Windows, вместе взятые. За первый год поставок Windows 3.0 и фирма Microsoft продала 5 млн. экземпляров продукта, в то время как общий объем продаж первого поколения OS/2 не достигал и полумиллиона копий.

    Начало 90-х годов характеризуется очень быстрым ростом влияния Microsoft Windows, причем не только на программном, но и на аппаратном рынке. Появился спрос, например, на платы видеоадаптеров, оптимизированные для Windows, т.е. с микропроцессором не ниже 80386 и объемом памяти не менее 4 Мб. Впрочем, система функционировала и на более слабой аппаратуре.

   В апреле 1992 года появилась Windows 3.1. С этого момента Windows официально именуется операционной системой. Интерфейс Windows 3.1, был несколько улучшен, в частности, были усилены возможности управления экранными объектами мышью. Динамический обмен данными между приложениями (Dynamic Data Exchange, DDE) теперь поддерживался непосредственно Windows. В систему вошли средства мультимедиа, ранее поставлявшиеся отдельно в пакете Windows Multimedia Extensions. Для расширения издательских возможностей в Windows 3.1 была встроена поддержка системы масштабирования шрифтов True Type. Windows 3.1, как и Windows 3.0, являлась 16-разрядной системой, но предлагала только 2 режима работы - стандартный и 386 расширенный. Теперь с Windows уже нельзя было работать на машине класса XT, но 286-е компьютеры остались "дееспособными". В целом Windows стала значительно более стабильной и удобной, производительность системы несколько повысилась. Все это привело к тому, что с середины 1992 года развитие Windows-рынка фактически относилось уже к Windows 3.1, и все больше приложений производилось именно для Windows 3.1, а не для предыдущей версии.

    Следующей заметной вехой в истории Windows является Microsoft Windows for Workgroups 3.11, выпущенной в конце 1993 года. Эта версия была не только "настольной" операционной системой, но и самостоятельной сетевой операционной системой для локальной сети, а также сетевым клиентом для сервера Windows NT. Кроме того, Windows for Workgroups содержала новую версию виртуальной файловой системы, совместимую с MS DOS, а в остальном представляла собой слегка улучшенную модификацию Windows 3.1, работающую только в 386 расширенном режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Компонентный состав ОС. Загрузка компьютера.

    Структура операционной системы:

1.      Ядро –  переводит команды с языка  программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.

2.      Драйверы  – программы, управляющие устройствами.

3.      Интерфейс  – оболочка, с помощью которой  пользователь общается с компьютером.

    Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

    Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.

    В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.

    К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств — специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.

    Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

    Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.

    Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Запуск компьютера

    При поступлении сигнала о запуске процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. В ОЗУ в этот момент ничего нет, если бы там была какая-либо программа, то она начала бы выполнятся.

     Для того чтобы компьютер мог начать работу необходимо наличие специальной микросхемы – ПЗУ. Программы ПЗУ записываются на заводе и называются BIOS.

   После включения компьютера процессор начинает считывать и выполнять микрокоманды, которые хранятся в микросхеме BIOS. Прежде всего начинает выполнятся программа тестирования POST, которая проверяет работоспособность основных устройств компьютера. В случае неисправности выдаются определенные звуковые сигналы, а после инициализации видеоадаптера процесс тестирования отображается на экране монитора.

    Затем BIOS начитает поиск программы-загрузчика операционной системы. Программа-загрузчик помещается в ОЗУ и начинается процесс загрузки файлов операционной системы.

Загрузка операционной системы

    Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком диске, на CD …). Однако программы могут выполнятся, только если они находятся в ОЗУ, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.

     Диск, на котором находятся файлы операционной системы и с которого происходит загрузка, называют системным. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение "Non system disk" и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

   После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы для ввода команд, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы. В случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут вводиться с помощью мыши.

Компьютеры без операционных систем

    Первые персональные компьютеры не имели операционных систем и были похожи на современные игровые приставки. При включении компьютера в сеть процессор обращался к постоянной памяти (ПЗУ), в котором была записана программа поддержки несложного языка программирования, например языка БЕЙСИК или похожего. Первичное изучение команд этого языка обычно занимало не более нескольких часов, и вскоре на компьютере можно было набирать и запускать несложные программы. Подключив к компьютеру магнитофон, можно было загрузить постороннюю программу. Загруженная программа отключала ПЗУ и далее работа с компьютером происходила под управлением загруженной программы (как в игровых приставках).

    Первые бытовые персональные компьютеры 70—80-х годов не имели операционных систем, но некоторые пользователи рассматривали содержащийся в ПЗУ язык программирования как самостоятельную операционную систему, хотя и упрощенную. Она позволяла принимать и понимать команды от клавиатуры и загружать посторонние программы.

Первые дисковые операционные системы

    Серьезная необходимость в операционных системах возникла, когда к персональным компьютерам стали подключать дисководы. Дисковод отличается от магнитофона тем, что это устройство свободного доступа, а магнитофон — устройство последовательного доступа. Для загрузки программы с ленты надо было перемотать кассету, после чего компьютер загружал первую встретившуюся программу.