Эволюция ОС

Лекция 1

Первый период (1945 -1955)

В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента 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 вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965)

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. В этот период произошло разделение персонала на программистов, операторов, и разработчиков вычислительных машин.

В эти годы появились первые алгоритмические языки и первые системные программы – трансляторы (АЛГОЛ, ФОРТРАН). Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий получила название пакета заданий. Пакет заданий последовательно запускался на выполнение монитором. Монитор мог обрабатывать часто встречающиеся аварийные ситуации. Разработка механизма виртуальной памяти – программе предоставляется виртуальной адресное пространство, превосходящее размер физической оперативной памяти компьютера.

Третий период (1965 - 1980)

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. В технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности третьему поколению компьютеров.

В этот период реализованы практически все основные механизмы современных ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, сетевая работа.

Мультипрограммирование - способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах – в системах пакетной обработки и разделения времени.

Цель мультипрограммных систем пакетной обработки – максимальная загрузка оборудования компьютера. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ, а выполняет другую программу. В результате – сбалансированная загрузка, увеличивалось число задач решаемых в единицу времени.

Недостаток таких систем – пользователь не может интерактивно взаимодействовать со своими программами.

Возникают системы разделения времени, рассчитанные на многотерминальные системы. Каждой программе периодически выделяется доля процессорного времени – иллюзия единоличного владения вычислительной системой. Но в таких системах эффективность использования оборудования ниже.

Реализация мультипрограммирования привела к внесению изменений в аппаратуру компьютера. В процессорах появились пользовательский и привилегированный режим, регистры быстрого переключения между программами, средства защиты областей памяти, система прерываний.

Многотерминальность привела к необходимости реализации защиты данных (аутентификация, авторизация).

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин и ОС для них. Первым семейством программно-совместимых машин, явилась серия машин IBM/360. Это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной.

Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы (OS/360), построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих постоянный поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

Но, несмотря на размеры – 8Мбайт и множество проблем, OS/360 и другие операционные системы машин третьего поколения удовлетворяли большинству требований потребителей.

Важным событием в истории миникомпьютеров и ОС стало создание в 1970г ОС Unix (программный код на 90% на Си – легкий перенос на различные архитектуры).

Четвертый период (1980 - настоящее время)

Период связан с появлением больших интегральных схем (БИС). Произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление микросхем. Наступила эра персональных компьютеров. Архитектура персонального компьютера ничем не отличалась от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но цена у них существенно отличалась. Если миникомпьютер дал возможность иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или университету, то персональный компьютер сделал это возможным для отдельного человека.

Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения.

Появление стека сетевых протоколов TCP/IP в 1980 и создание Интернет – полигон для испытания сетевых ОС, возможности их взаимодействия, способность работы при высокой нагрузке.

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS (1981) и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, 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 высокопроизводительных RISC-процессоров.

В 1984г появляется Apple Mac OS, использующая графический пользовательский интерфейс. В 1985г появляется первая версия ОС Microsoft Windows.

Появление процессоров с поддержкой мультипрограммирования позволило перенести на персональные компьютеры всю мощь ОС Unix.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.

Каждая машина в сети выполняет свою собственную локальную операционную систему, отличающуюся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети. Сетевая ОС содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленной работы, но эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.