История развития и поколения ОС

Отдельные этапы развития операционных систем определяются как развитием эле-

ментной базы компьютеров, так и появлением новых идей в использовании после-

дних и эволюцией информационных технологий в целом. Поэтому выделять эти эта-

пы и говорить о поколениях ОС можно в большой степени условно, вплоть до того,

что в настоящее время такая классификация скорее является данью традиции (ана-

логичная ситуация имеет место в классификации компьютеров по поколениям, утра-

тившей актуальность еще раньше).

Первоначально поколения ОС определялись в соответствии с элементной базой

компьютеров, на которых ОС ставилась, но очень скоро к этому классификационно-

му признаку добавились характеристики организации вычислительного процесса, про-

граммного обеспечения, области использования, и классификация практически сразу

потеряла четкость и приобрела черты исторического экскурса. Ниже эта история крат-

ко приводится так, как она сложилась.

Первый период (1945 -1955).

Реально отсчет эры ЭВМ начинается с 40-х годов, когда были созданы первые

ламповые вычислительные устройства (1946-48гг.). В то время одна и та же

группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программиро-

вании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа

в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве ин-

струмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей.

Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об

операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительно-

го процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было

никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математи-

ческих и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 – 1965).

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техни-

ки, связанный с появлением новой технической базы – полупроводниковых эле-

ментов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли

непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выпол-

нение действительно практически важных задач. Именно в этот период произошло

разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационников

и разработчиков вычислительных машин.

В эти годы появились первые алгоритмические языки, а следовательно, и

первые системные программы – компиляторы. Стоимость процессорного време-

ни возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени

между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработ-

ки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем

самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обра-

ботки явились прообразом современных операционных систем, они стали первы-

ми системными программами, предназначенными для управления вычислитель-

ным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан

формализованный язык управления заданиями, с помощью которого програм-

мист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычис-

лительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило в виде коло-

ды перфокарт, получила название пакета заданий.

Третий период (1965 – 1980).

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-

1980 годам. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полу-

проводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что

дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров.

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совмес-

тимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных

на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале

60-х годов, это семейство значительно превосходило машины второго поколения по

критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин ста-

ла общепризнанной.

Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Та-

кие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычис-

лительных системах, с большим и смалым количеством разнообразной периферии, в ком-

мерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, по-

строенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требовани-

ям, оказались чрезвычайно сложными “монстрами”. Они состояли из многих миллионов

ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок,

вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной си-

стемы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

Однако, несмотря на необозримые размеры и множество проблем, OS/360 и дру-

гие ей подобные операционные системы машин третьего поколения действи-

тельно удовлетворяли большинству требований потребителей.

Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мульти-

программирования. Мультипрограммирование – это способ организации вычис-

лительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполня-

ются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вы-

вода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном вы-

полнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу

(многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой уча-

сток оперативной памяти, называемый разделом.

Другое нововведение – спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как

способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания

считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помеще-

нии вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое

задание с диска загружалось в освободившийся раздел.

Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной обработки появился но-

вый тип ОС – системы разделения времени. Вариант мультипрограммирования, при-

меняемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного

пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины.

Четвертый период (1980 – настоящее время).

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением боль-

ших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени

интеграции и удешевление микросхем. Компьютер стал доступен отдельному челове-

ку, и наступила эра персональных компьютеров. Если миникомпьютер дал возмож-

ность иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или универси-

тету, то персональный компьютер сделал это возможным для отдельного человека.

Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало раз-

работки “дружественного” программного обеспечения, это положило конец кастовости

программистов.

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Од-

нопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для ком-

пьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и

80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX доминировала в среде

“не-интеловских” компьютеров, особенно построенных на базе высокопроизводитель-

ных RISC-процессоров.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, рабо-

тающие под управлением сетевых или распределенных ОС. К началу 90-х практи-

чески все ОС стали сетевыми, способными поддерживать работу с разнородными кли-

ентами и серверами. Появились специализированные сетевые ОС, предназначенные

исключительно для выполнения коммуникационных задач (например, система IOS ком-

пании Cisco Systems, работающая в маршрутизаторах).

Классификация ОС

Для построения классификации ОС прежде всего необходимо выбрать основа-

ние классификации. Таких оснований множество, но наиболее существенными мож-

но считать следующие:

· область использования ОС;

· типы аппаратной платформы;

· методы проектирования;

· реализация внутренних алгоритмов управления ресурсами.

Классификация по области использования:

- настольные ОС (Desktop Operating System) – ОС, ориентированные на

работу отдельного пользователя в различных предметных областях (разработка

программ, работа с документами и т.п.); основными чертами настольных ОС яв-

ляются универсальность и ориентированность на пользователя; представите-

ли – MacOS, Windows;

- серверные ОС, использующиеся в серверах сетей как центральное звено, а так-

же в качестве элементов систем управления; основной чертой серверных ОС явля-

ется надежность; представители – семейство UNIX, Windows NT;

- специализированные ОС, ориентированные на решение узких классов задач с

жестким набором требований (высокопроизводительные вычисления, управление в

реальном времени); системы такого рода практически неразрывно связаны с аппарат-

ной платформой; представители – QNX, редуцированные и специализированные версии

UNIX, системы собственной разработки;

- мобильные ОС – вариант развития настольных ОС на аппаратной платформе

КПК; основные черты – удобство использования и компактность; представители –

PalmOS, Windows CE.

Безусловно, данная классификация не является абсолютно жесткой, т.е. одна и та

же система может исполнять различные функции. Примером тому служит использо-

вание Linux с графической оболочкой в качестве настольной ОС или Windows NT в

качестве серверной. Однако каждая ОС «сильна» только в своем классе.

Несложно заметить, что каждый класс ОС из приведенной классификации ра-

ботает на своей аппаратной платформе, так что эта классификация в той или

иной мере является и классификацией по типу этой платформы. Можно, однако,

попытаться провести более строгую классификацию такого рода, выделив, в ча-

стности, в отдельные классы:

- ОС для платформы х86, однопроцессорные варианты;

- ОС для платформы х86, многопроцессорные варианты;

- ОС для RISC платформ;

- ОС для мобильных устройств;

- встраиваемые ОС (ОС таких устройств, как принтеры, ЦФК и т.п.).

По внутренним алгоритмам управления ресурсами можно создать несколько би-

нарных классификаций:

- многозадачные /однозадачные ОС

- многопользовательские /однопользовательские ОС и т.п.

Последняя классификация будет уточняться по мере рассмотрения механизмов

управления ресурсами.