Развитие и концепция операционной системы Windows

В стандартном режиме (возможном  на компьютерах с процессором 80286 или 80386) Windows 3.1 полностью использует имеющуюся на компьютере расширенную память, загружая туда все приложения, написанные специально для Windows. Программы DOS загружаются в обычную память.

В расширенном режиме (возможном  на компьютерах с процессором 80386 и выше) при запуске приложений (как Windows, так и обычных программ для MS-DOS) Windows 3.1 поддерживает т.н. режим виртуальной машины (запускаемой программе как бы выделяется свой собственный компьютер со всеми ресурсами), реализуя многозадачную среду.

Windows 3.1 позволяет запускать одновременно несколько программ (в том числе одну и ту же программу несколько раз), с возможностью мгновенного переключения с одной программы на другую. Это позволяет инициировать длительный процесс (печать, сортировку и копирование больших объемов данных) и заняться другой работой, а не ждать, пока он закончится.

После выпуска Windows 3.1, Microsoft решила разделить  рынок на два крупных сегмента: рынок домашних и офисных ПК, и  рынок высокопроизводительных рабочих  станций и серверов (примерно такое  же деление наблюдалось на процессорном рынке начиная с середины 1995 года). Фактически для различных сегментов рынка выпускались совершенно различные продукты. Если для первого сегмента выпускалась линейка Windows 9x, где требовалась максимальная производительность и совместимость, то для второго сегмента выпускалась линейка Windows NT , где главной целью ставилась максимальная надежность и отказоустойчивость (нередко в ущерб производительности).

 

3. Линейка операционных  систем Windows 9x

3.1 Windows 95

Выход новой ОС Windows 95, должен был состояться еще в 1994 году - именно тогда появились официальные сообщения о завершении разработки новой ОС, получившей название Chicago. Однако время представления "Чикаго" постоянно откладывалось, корпорация Microsoft делала обнадеживающее заявление за заявлением. В августе 1995 года. Windows 95 все-таки вышла в свет.

Рисунок 2

Windows превратилась из графической  надстройки для DOS в полноценную  операционную систему. По крайней  мере, так заявляли ее разработчики. На самом же деле все было  сложнее: в качестве основы  в Windows 95 по-прежнему использовалась  добрая старая DOS. Чуть модернизированная,  конечно, и не заявленная в  качестве отдельного продукта. Впрочем,  большинство потребителей такой  вариант устраивал. Ведь у них  оставалась возможность работать в привычном DOS-режиме, не загружая графическую оболочку Windows и, следовательно, не расставаться с привычными DOS-программами.

Более того — новая операционная система стала 32-разрядной. Все предыдущие версии DOS и Windows были 16-разрядными и, стало  быть, не могли в полной мере использовать возможности даже процессоров семейства 386 и уж тем более — новых  процессоров Pentium. Конечно, в этом достоинстве  крылись и некоторые неудобства — специально под Windows пользователям пришлось заменять все свои Windows-программы на новые, 32-разрядные версии. Однако на практике переход оказался сравнительно легким — уже в течение года были выпущены новые версии всех популярных программных продуктов. Но и старые 16-разрядные версии могли работать с новой ОС без всяких проблем.

Новая Windows 95 имела новый графический интерфейс - более элегантный, удобный и просто красивый по сравнению с Windows 3.1. Многое Microsoft заимствовала из операционных систем конкурентов — OS/2, MacOS и т. д.

В течение двух лет, последовавших  со дня выпуска Windows 95, вышло еще  несколько промежуточных версий этой ОС. Летом 1996 года свет увидела  новая версия Windows под названием OSR2 (ОЕМ Service Release), предназначенная только для поставки вместе с готовыми компьютерами (ОЕМ). В OSR2 были исправлены многие ошибки Windows 95, добавлена поддержка нескольких новых устройств. А самое главное  — новая версия Windows внесла серьезные  изменения в способ расположения файлов на жестком диске (файловую систему) — вместо устаревшей FAT16 пользователи OSR2 могли использовать файловую систему FAT32, позволяющую сэкономить место на диске.

Одно из главных отличий Windows 95 состоит  в том, что основной упор в ней  делается на документ, а программа, задача, приложение или программный  код вообще рассматриваются только как инструмент для работы с документом.

Подход к аппаратному обеспечению  также кардинальным образом изменился. Теперь система использует стандарт Рlug & Р1ау (переводится как «включай – и - работай») что облегчает и максимально автоматизирует процесс добавления новых периферийных устройств. Стандарт Рlug & Р1ау - это совместная разработка фирм Intel и Microsoft. Основная его идея заключается в том, что каждое устройство, соответствующее этому стандарту, сообщает о себе определенную информацию, благодаря которой операционная система выполняет автоматическую конфигурацию периферийных устройств и разрешает аппаратные конфликты.

Windows 95 является 32-разрядной операционной системой, которая работает только в защищенном режиме процессора. Ядро, включающее управление памятью и диспетчеризацию процессов, содержит только 32-разрядный код. Это уменьшает издержки и ускоряет работу. Только некоторые модули имеют 16-разрядный код для совместимости с режимом МS-DOS. Windows 95 32-разрядный код используется везде, где только возможно, что позволяет обеспечить повышенную надежность и отказоустойчивость системы. Помимо этого, для совместимости с устаревшими приложениями и драйверами используется н 16-разрядный код.

Windows 95 поддерживает приоритетную многозадачность (preemptive multitasking) н параллельные процессы (multithreading). В Windows 95 за распределение времени процессора отвечает ядро системы, что обеспечивает нормальную работу фоновых задач.

Windows 95 поддерживает многопоточность - технологию, которая позволяет соответствующим образом осуществлять многозадачное выполнение своих собственных процессов.

В Windows 95 для жестких дисков используются виртуальные таблицы распределения файлов (VFAT), а для компакт-дисков - новая файловая система CDFS (СD – ROM File System). При этом имена файлов могут содержать до 255 знаков, включая пробелы и специальные символы (совместимость со старой файловой системой сохранена, хотя и несколько искусственным путем. Теперь в большинстве случаев не требуется модуль МSСDEX ЕХЕ, выполнявший преобразование файловой системы стандарта ISO-9660 (компакт-диска) к файловой системе МS-DOS.

Значительно переработан код, который  отвечает за обработку изображений, поэтому качество воспроизведения  файлов АVI сильно возросло по сравнению с Windows З.1, а скорость их воспроизведения теперь почти не зависит от выбранного масштаба изображения. Встроенные возможности работы со звуком, видео и компакт-дисками дадут новый толчок развитию приложений мультимедиа. Windows 95 - это первая версия Windows, которая бросает вызов МS-DOS в сфере поддержки игрового программного обеспечения.

Windows 95 занимает меньше места в основной памяти, так что теперь вы можете запускать многие из тех программ МS-DOS, которые не работали под управлением Windows 3.1. Программы, которые и сейчас не будут помещаться в память, можно запускать в режиме эмуляции МS-DOS. Переключаясь в этот режим, Windows 95 завершает все работающие приложения, а потом удаляет из памяти и саму себя, оставляя лишь маленький загрузочный модуль. Закончив работать с программой МS-DOS, вы можете вернуться в Windows нажатием одной клавиши.

Каждая собственная прикладная программа Windows 95 видит неструктурированное 4 Gb адресного пространства, в котором размещается она сама плюс системный код и драйверы Windows 95. Каждая 32-разрядная прикладная программа выполняется так, как будто она монопольно использует весь ПК. Код прикладной программы загружается в это адресное пространство между отметками 2 и 4 Gb. Хотя 32-разрядные прикладные программы "не видят" друг друга, они могут обмениваться данными через буфер обмена (Clipboard), механизмы DDE и OLE. Все 32-разрядные прикладные программы выполняются в соответствии с моделью вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельными потоками. Планировщик потоков, представляющий собой составную часть системы управления виртуальной памятью (VMM), распределяет системное время среди группы одновременно выполняемых потоков на основе оценки текущего приоритета каждого потока и его готовности к выполнению. Вытесняющее планирование позволяет реализовать намного более плавный и надежный механизм многозадачности, чем кооперативный метод, используемый в Windows 3.1x.

Системный код Windows 95 размещается выше границы 2 Gb. В пространстве между  отметками 2 и 3 Gb находятся системные  библиотеки DLL кольца 3 и любые DLL, используемые несколькими программами. (32-разрядные  процессоры фирмы Intel предоставляют  четыре уровня аппаратной защиты, поименованные, начина с кольца 0 до кольца 3. Кольцо 0 наиболее привилегированно.) Компоненты кольца 0 в системе Windows 95 отображаются в пространство между 3 и 4 Gb. Эти важные участки кода с максимальным уровнем  привилегий содержат подсистему управления виртуальными машинами (VMM), файловую систему  и драйверы VxD.

Область памяти между 2 и 4 Gb отображается в адресное пространство каждой 32-разрядной  прикладной программы, т. е. оно совместно  используется всеми 32-разрядными прикладными  программами в вашем ПК. Такая  организация позволяет обслуживать  вызовы API непосредственно в адресном пространстве прикладной программы  и ограничивает размер рабочего множества. Однако за это приходится расплачиваться снижением надежности. Ничто не может  помешать программе, содержащей ошибку, произвести запись в адреса, принадлежащие системным DLL, и вызвать крах всей системы.

В области между 2 и 3 Gb также находятся  все запускаемые вами 16-разрядные  прикладные программы Windows. С целью  обеспечения совместимости эти  программы выполняются в совместно  используемом адресном пространстве, где они могут испортить друг друга так же, как и в Windows 3.1x.

Адреса памяти ниже 4 Mb также отображаются в адресное пространство каждой прикладной программы и совместно используются всеми процессами. Благодаря этому  становится возможной совместимость  с существующими драйверами реального  режима, которым необходим доступ к этим адресам. Это делает еще  одну область памяти незащищенной от случайной записи. К самым нижним 64 К этого адресного пространства 32-разрядные прикладные программы  обращаться не могут, что дает возможность  перехватывать неверные указатели, но 16-разрядные программы, которые, возможно, содержат ошибки, могут записывать туда данные.

 

3.2  Windows 98

К работе над новой версией Windows Microsoft приступила сразу же после выхода Windows 95. Ожидалось, что новая ОС увидит свет в конце 1996 года и будет называться Memphis. Но этого не произошло ни в 1996, ни в 1997 годах. Только 25 июня 1998 года новая ОС Microsoft поступила в магазины. А примерно через месяц вышла в свет и русскоязычная версия Windows 98.

 

Рисунок 4

Системные требования выросли –  для работы в этой ОС желательно было иметь процессор Pentium 150 Мгц  и 32 Мбайт памяти. Теперь, что касается новшеств. Появилась полноценная поддержка AGP, USB, DVD-ROM и множества других устройств. ОС была интегрирована с Internet: отныне работать с глобальной сетью можно было в "проводнике" и в других программах, для этого в программах появился такой элемент, как адресная строка, интерфейс стал схож с Internet Explorer (кстати сказать, ОС комплектовалась версией 4.0 этого браузера). Была проведена тщательная работа по повышению стабильности работы ОС. Отчасти это удалось. К тому же, ОС комплектовалась программой Windows Update, которая, при наличии подключения Internet, могла определять компоненты ОС, которые можно обновить, и устанавливала соответствующие обновления. А под толстым слоем "косметики" кроются изменения в ядре ОС, в частности был частично переписан механизм управления ОЗУ (многое было заимствовано из Windows NT). Новую ОС в первую очередь, ее устанавливали те пользователи, которые имели указанное выше новейшее оборудование, а таких со временем становилось все больше

Основные изменения коснулись  интерфейса — теперь "Рабочий  Стол" Windows 98 стал еще красивее, а  главное — он полностью интегрирован со средой Интернет. В новой ОС окончательно была стерта разница между файлами  и папками на компьютере и объектами  Всемирной Информационной Паутины (World Wide Web). Основным средством работы с файлами и папками в обоих случаях служит программа Internet Explorer.

Другое важное отличие Windows 98 от Windows 95 заключается в расширенных возможностях управления интерфейсом. Но есть и более  важные для нас изменения — во внутреннем устройстве ОС. Хотя основная начинка ОС осталась прежней, Windows 98 выигрывала у своей предшественницы за счет корректной работы с новыми комплектующими — процессором Pentium II, графическим портом AGP, шиной USB, новыми моделями видеокарт, материнских плат, модемов и т. д. Наконец, Windows 98 содержала массу новых программ и утилит — в первую очередь полный комплект программного обеспечения для работы в Интернет и утилиту конвертации файловой системы FAT16 в более новую версию FAT32.

 

3.3 Windows 98 SE

В феврале 1999 года Intel выпустила процессор Pentium III (архитектурный аналог Pentium II, добавлен набор инструкций SSE), ранее  был выпущен чипсет Intel i440BX (предназначен для процессоров Pentium II 350-450 Мгц и Pentium III 450-600 Мгц, иногда используется для  построения систем на базе Celeron и Pentium III до 1000 Мгц) и i440GX (предназначен для процессоров Pentium II Xeon и Pentium III Xeon). Эти два чипсета в том числе расширили возможности AGP, представив интерфейс AGP 2.0. Вполне понятно, что для этих новшеств нужна была программная поддержка, в частности, на уровне ОС. Стабильность же работы Windows 98 оставляла желать лучшего.

Все эти обстоятельства привели  к выпуску в июне 1999 года Windows 98 SE (Second Edition – второе издание). Ядро ОС практически не изменилось. Для поддержки  новых режимов AGP были написаны новые VGARTD драйвера. В поставку ОС был включен новейший браузер Internet Explorer 5.0, умевший сохранять web-страницы со всей графической начинкой, а также поддерживавший инструкции SSE (данные инструкции находят свое применение, в основном, в двух областях: в Internet для воспроизведения сложных объемных объектов, и в 3-х мерной графике, повышая до 50% эффективность работы процессора при расчете геометрии). В очередной раз была проделана работа по увеличению стабильности работы системы, однако радикальных изменений не произошло. Внешний вид ОС совершенно не изменился. Подводя итог, можно сказать, что Windows 98 SE заняла место оригинальной Windows 98, т.к. системные требования не были повышены, а сама ОС не была ничем не хуже оригинала.

 

3.4 Windows ME

Microsoft Windows Millennium Edition (Windows ME) - последняя эволюция операционных систем класса Windows 95-98, запущенная в серийное производство в 2000 году. Русская локализация Windows ME появилась на рынке программного обеспечения в ноябре 2000 года.

 

Рисунок 5

 

Millenium Edition – в вольном переводе "ОС нового тысячелетия". За  счет переработанного механизма работы с ОЗУ, требования новой ОС стали немного "скромнее". ОС содержала множество инструментов для повышения стабильности и отказоустойчивости. В частности, каждые сутки или через 10 часов непрерывной работы автоматически делалась резервная копия реестра, с возможностью последующего восстановления (впрочем, это можно сделать в любой момент, например, перед установкой потенциально "опасной" программы). Так же в ОС предусмотрена автоматическая защита от удаления 80 наиболее важных системных файлов. "Подвесить" ОС неопытному пользователю стало намного труднее, хотя ошибок в ОС меньше не стало и висла она как правило гораздо чаще чем Windows 98. В данной ОС впервые полностью отказались от эмуляции MS-DOS. Windows Me комплектуется новыми версиями Internet Explorer 5.5 и Media Player 7 – версия популярного универсального проигрывателя, позволяющего воспроизводить звуки, музыку, видео, анимацию, панорамы и многое другое.