Операционные системы

Желание иметь свободно распространяемую рабочую версию MINIX (в противоположность образовательной) привело финского студента Линуса Торвальда (Linus Torvalds) к написанию системы Linux. Эта система была разработана на основе операционной сстемы MINIX и первоначально обладала ее характерными особенностями, например, поддерживала ту же файловую систему. Позже система Linux была значительно расширена, но сохранила большую часть структуры, общей как для системы MINIX, так и для системы UNIX, на которой и была основана.

4. Четвертое поколение (с 1980 г. по настоящее время): персональные компьютеры, классически сетевые и распределенные системы.Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (LSI, Large Scale Integration) – кремниевых микросхем, содержащих тысячи транзисторов на одном квадратном сантиметре. В 1974 г., когда компания Intel выпустила первый универсальный 8-разрядный центральный процессор Intel 8080, для него потребовалась операционная система, с помощью которой можно было бы его протестировать.

Компания Intel привлекла к разработкам одного из своих консультантов Гэри Килдэлла (Gary Kildall), который вместе с другом вначале сконструировал контроллер для 8-дюймового гибкого диска, недавно выпущенного компанией Shugart Associates, затем подключил диск к процессоруIntel 8080. Таким образом, появился первый микрокомпьютер с диском для которого в 1974 г. Килдэлл написал дисковую операционную систему СР/М(Control Program for Microcomputers – программа управления для микрокомпьютеров), положившую начало созданию операционных систем для микроЭВМ. В 1977 г. компания Digital Research переработала ОС СР/М, чтобы сделать эту систему пригодной для работы с другими 8-разрядными машинами.

В рамках операционной системы СР/М было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языковБейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и др., текстовые и табличные процессоры, системы управления базами данных, графические пакеты, символьные отладчики и другие проблемно-ориентированные программы. Успех системы в значительной степени был обусловлен ее предельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 Кб, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени. Позже было написано множество прикладных программ, работающих в операционной системе СР/М, что позволило ей занимать высшую позицию в мире микрокомпьютеров на протяжении 5 лет.

В начале 80-х гг. ХХ в. корпорация IBM разработала IBM PC (Personal Computer-персональный компьютер) и начала искать для него программное обеспечение. Сотрудники IBM обратились к Биллу Гейтсу (Bill Gates), чтобы получить лицензию на право использования его интерпретатора языка Бейсик (BASIC). Они также поинтересовались, не знает ли он операционную систему, которая могла бы работать на IBM PC. Гейтс посоветовал обратиться к Килдэллу, главе компании «Digital Research», но их сотрудничество не стало успешным, поэтому Корпорация IBMснова обратилась к Гейтсу с просьбой обеспечить ее операционной системой.

После повторного запроса  Гейтс выяснил, что в компании-изготовителе компьютеров Seattle Computer Products есть подходящая операционная система DOS (Disk Operating System – дисковая операционная система). Он выкупил операционную систему DOS и создал пакет программDOS/BASIC, который был куплен компанией IBM. Впоследствии для усовершенствования программы корпорация IBM пригласила Билла Гейтса и Тима Патерсона (Tim Paterson), автора DOS, ставшего первым служащим компании Гейтса «Microsoft». Видоизмененная система была переименована вMS-DOS (MicroSoft Disk Operating System) и быстро заняла доминирующее положение на рынке IBM PC. Самым важным оказалось решение Гейтса продать MS-DOS компьютерным компаниям для установки вместе с их оборудованием.

Позже был написан стандарт MSX, который определял ОС и характеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSXмашина должна была иметь: оперативную память объемом не менее 16 Кб; постоянную память объемом 32 Кб с встроенным интерпретатором языка Бейсик; цветной графический дисплей с разрешающей способностью 256Í192 точки и 16 цветами; трехканальный звуковой генератор на 8 октав; параллельный порт для подключения принтера; контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.

Операционная система  такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая память – не более 16 Кб, 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 Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX-DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые разработки, связанные с DOS.

С появлением ПЭВМ, использующих 16-разрядные микропроцессоры  типа Intel 8088 и 8086, операционная система MS DOS стала доминирующей и самой долголетней. С момента появления в 1981 г. MS-DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире. Когда в 1983 г. появился компьютер IBM PC/AT с центральным процессором Intel 80286, операционная система СР/М доживала свои последние дни. Позже система MS-DOS широко использовалась на компьютерах с процессорами 80386 и 80486. Хотя первоначальная версияMS-DOS была довольно примитивна, последующие версии системы выходили более совершенными с новыми свойствами, включая многое, позаимствованное от UNIX. В настоящее время для MS-DOS разработан огромный фонд программного обеспечения:  

–   трансляторы практически для всех популярных языков высокого уровня: Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула-2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт,Ада, Кобол, ПЛ-1, Пролог, Смолток и др., причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов;

–   инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах: ассемблеры, символьные отладчики и др., которые сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ;

–   кроме системного программного обеспечения, для DOS создано множество прикладных программ.

Операционные системы СР/М, MS-DOS и другие для первых микрокомпьютеров полностью основывались на вводе команд с клавиатуры. Затем, благодаря исследованиям, проведенным в 60-е гг. ХХ в. Дагом Энгельбартом (Doug Engelbart) в научно-исследовательском институте Стэнфорда (Stanford Research Institute), это свойство операционной системы изменилось. Энгельбарт изобрел графический интерфейс пользователя (GUI,Graphical User Interface), состоящий из окон, значков, различных меню и мыши. Эту идею переняли разработчики из Xerox PARC и встроили в сконструированные ими машины.

Однажды Стив Джобе (Steve Jobs), который изобрел компьютер Apple, посетил PARC и увидел GUI. Он осознал его потенциальную ценность и приступил к созданию Apple с графическим интерфейсом. Это привело к проекту Lisa, который был слишком дорог и потерпел коммерческую неудачу. Вторая попытка Джобса, Apple Macintosh, имела огромный успех не только из-за невысокой цены, но и потому, что на нем работал дружественный интерфейс, т. е. предназначенный для пользователей, ничего не знающих о компьютерах и не желающих чему-либо обучаться.

В первом проекте  дисплей был монохромным, во втором – цветным, но оба имели высокую  разрешающую способность и скорость вывода графической информации. Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В  них применяется 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.

Когда корпорация Microsoft решила создать преемника MS-DOS, она находилась полностью под влиянием успехов компании Macintosh. Была разработана система, получившая название Windows, которая на протяжении 10 лет, с 1985 по 1995 гг., исполняла роль графической среды поверх операционной системы MS-DOS. В 1995 гг. вышла в свет автономная версия Windows 95, включающая в себя множество особенностей операционной системы MS-DOS, но только для загрузки и выполнения старых программ. В 1998 гг. была выпущена измененная версия этой системы – Windows 98, которая все еще содержала большое количество программ 16-разрядного Ассемблера Intel.

Другой операционной системой Microsoft стала Windows NT (NT, New Technology – новая технология), которая на определенном уровне совместима с Windows 95, но ее ядро полностью переписано. Это 32-разрядная система. Дэвид Катлер, главный разработчик Windows NT, был также одним из создателей операционной системы VMS для компьютеров VAX, поэтому некоторые идеи системы VMS присутствуют и в Windows NT. Корпорация Microsoft ожидала, что первая же версия Windows NT вытеснит MS-DOS и все другие версии Windows, так как это была система, намного превосходящая предыдущие, но надежда не оправдалась. И только системе Windows NT 4.0 удалось получить относительно широкое распространение, особенно в корпоративных сетях. Версия Windows NT 5.0 была переименована в Windows 2000 в начале 1999 г. Она должна была стать преемником Windows 98 и Windows NT 4.0. Но этому также не было суждено случиться, поэтому корпорация Microsoft выпустила еще одну версию Windows 98, названную Windows Me (Me, Millennium edition – выпуск тысячелетия).

Главным соперником Windows в мире персональных компьютеров становится система UNIX, которая является самой сильной операционной системой для рабочих станций и сетевых серверов. Она стала особенно популярна на машинах с высокопроизводительными RISC-процессорами (RISC, reduced instruction set computer – компьютер с сокращенным набором команд). На компьютерах с процессорами Pentium популярной альтернативой Windows для студентов и других разнообразных пользователей становится Linux.

Хотя многие пользователи UNIX, особенно опытные программисты, предпочитают командный интерфейс графическому, почти все UNIX-системы поддерживают оконную систему, созданную в Массачусетском технологическом институте. Она называется X Windows. Эта система оперирует основными функциями окна, позволяя пользователю создавать, удалять, перемещать окна и изменять их размеры с помощью мыши. Часто поверх системы X Windows может быть установлен полный графический интерфейс, например Motif, придающий системе UNIX внешний вид системы типаMicrosoft Windows или как у компьютера Macintosh.

С середины 80-х гг. ХХ в. начали развиваться сети персональных компьютеров, управляемые сетевыми и распределенными  операционными системами. В сетевой  операционной системе пользователи могут регистрироваться на удаленных  машинах и копировать файлы с  одной машины на другую. Каждый компьютер  работает под управлением локальной операционной системы и имеет своего собственного локального пользователя. Сетевые операционные системы несущественно отличаются от однопроцессорных операционных систем. Дополнительно им требуются: сетевой интерфейсный контроллер; специальное низкоуровневое программное обеспечение, поддерживающее работу контроллера; программы, разрешающие пользователям удаленную регистрацию в системе и доступ к удаленным файлам.

Распределенная операционная система представляется пользователям  традиционной однопроцессорной системой, хотя она и составлена из ряда процессоров, которые автоматически обрабатывают программы и файлы. Распределенные системы позволяют прикладным задачам  одновременно обрабатываться на нескольких процессорах, поэтому требуется  сложный алгоритм загрузки процессоров  для оптимизации распараллеливания.

Первоначально прототипы  современных операционные системы  создавались как средство, освобождающее  операторов ЭВМ второго поколения  от рутинных работ (по установке лент и колод перфокарт на соответствующие  внешние устройства, по загрузке программ для исполнения, по обработке ошибок при чтении данных и сбоях процессора, по составлению очередности прохождения  отдельных заданий, перемотке лент и т. д.). Ко второй половине 80-х гг. ХХ в. на мировом рынке ПЭВМ утвердились три группы операционных систем, ориентированных на определенные классы ПЭВМ.

1. Простейшие операционные  системы для 8-разрядных ПЭВМ  с оперативными запоминающими  устройствами емкостью 50…150 Кб и  внешней памятью на гибких магнитных дисках. В группу простейших операционных систем входят: ОС ДВК, МИКРОС, МикроДОС, СР/М-80. Эти системы были рассчитаны на обслуживание одного пользователя, причем в каждый момент в памяти ПЭВМ могла находиться только одна прикладная программа. Сервис, предоставляемый пользователю, был минимален. Операционные системы этой группы характеризуются предельной простотой процедур обращения к ядру системы и достаточной гибкостью работы с устройствами внешней памяти.

2. Инструментальные однопользовательские  операционные системы для 16-разрядных  ПЭВМ с оперативными запоминающими  устройствами емкостью 256…1024 Кб (файлы  размещаются как на гибких  дисках, так и на жестких дисках). В группу инструментальных однопользовательских  операционных систем входят: РАФОС-2 (с модификациями), МИКРОС-86, АДОС для ПЭВМ «Искра 1030/1130», ДОС для ПЭВМ ЕС-1840/1841, MS-DOS.

3. Мобильные инструментальные  операционные системы для 32-разрядных ПЭВМ с оперативными запоминающими устройствами емкостью более 1 Мб. К этой группе относятся операционные системы: UNIX, XENIX, ИНМОС, ДЕМОС, МНОС, СР/М-68К.