Поколения операционных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. П. ОГАРЁВА

Факультет экономический

Кафедра статистики, эконометрики и информационных технологий в управлении

РЕФЕРАТ

Поколения операционных систем

Выполнила: студентка 107 гр.,

направления "Бизнес-информатика"

Шкаликова Алёна Александровна

Проверила: к.э.н., доцент

Соколова Марина Юрьевна

Саранск 2013

Содержание

операционный сетевой локальный корпоративный

Введение

1. Понятие операционной системы

2. Поколения операционных систем

2.1 Нулевое поколение

2.2 Первое поколение

2.3 Второе поколение

2.4 Третье поколение

2.5 Четвертое поколение

2.5.1 Первые ОС

2.5.2 Операционные системы и глобальные сети

2.5.3 Операционные системы мини-компьютеров и первые локальные сети

2.5.4 Развитие операционных систем в 80-е годы

2.5.5 Особенности современного этапа развития операционных систем

Заключение

Список литературы

Введение

В современной жизни весьма актуальным для большинства людей становится умение пользоваться информационными технологиями. Компьютеры все больше проникают во все сферы жизни общества, поэтому культура общения с компьютером становиться важнее, чем раньше. Сейчас ценится человек, умеющий сделать больше, чем обычный пользователь.

Когда мы включаем компьютер, то операционная система загружается в память раньше всех остальных программ, а затем служит платформой и средой для их работы. Без операционной системы невозможно представить работу с компьютером, так как не будет осуществляться диалог между ПК и пользователем. Знание операционной системы необходимо для успешного пользования современными компьютерами.

На самом деле дать четкое и краткое определение этому понятию крайне сложно -- даже специалистов подобный вопрос может поставить в тупик. Дело в том, что операционная система, или «ось», как ее метко называют на просторах нашей родины, является в компьютере своеобразной «вертикалью власти», увешанной целой кучей функций. По сути это комплекс базовых программ, обеспечивающих управление всеми частями ЭВМ -- от процессора до примитивной мыши. На совести «операционки» -- распределение вычислительных мощностей, управление памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами компьютера, обработка запросов, разрешение проблем при конфликтующих запросах от программ или пользователей, работа с файлами, параллельное выполнение задач, обеспечение взаимодействия между процессами и многое другое.

Кроме того, операционная система помогает наладить связь между пользователем с одной стороны и компьютером со всеми его подсистемами, периферийным оборудованием и прикладным программным обеспечением -- с другой. Именно развитие «операционок» сделало работу с электронно-вычислительными машинами доступной широкому кругу пользователей. Если лет двадцать назад для того, чтобы просто разархивировать файл, требовалось ручками набить вагон и тележку далеко не очевидных команд, то сегодня это делается двумя щелчками мыши. «Дружественный интерфейс» -- этот навязший в зубах слоган на деле означает, что пользователю не нужно вдаваться в технические особенности процессов, которые происходят внутри компьютера. Ему не нужно знать, какие именно команды обрабатывает процессор, как формируется задание на печать для принтера, каким образом происходит запись информации на жесткий диск и каков механизм взаимодействия компьютера с периферийными устройствами. Пользователю достаточно уяснить основные принципы работы с операционной системой -- и вперед, покорять Photoshop, зарабатывать очки кармы в сетевых играх, ваять архитектурные шедевры в Autocad.

Целью реферата является ознакомление с понятием операционной системы, а также рассмотрение эволюции операционных систем. В реферате будут рассмотрены поколения операционных систем.

1. Понятие операционной системы

Операциомнная системма - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны, предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

В логической структуре стандартной вычислительной системы операционная система занимает положение между аппаратными средствами с их микроархитектурой, машинным языком и встроенными микропрограммами, с одной стороны, и прикладными программами, с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций.

Операционные системы для персональных компьютеров делятся на:

- однозадачные и многозадачные, в зависимости от числа параллельно выполняемых прикладных задач;

- однопользовательские и многопользовательские, в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с ОС;

- переносимые и непереносимые на другие типы компьютеров;

- несетевые и сетевые.

В настоящее время существует множество различных операционных систем. Разные модели компьютеров имеют разные ОС. У каждой ОС свое назначение. Однако основными функциями всех операционных систем являются управление устройствами и ресурсами компьютера; взаимодействие с пользователем; работа с файлами. Сетевые ОС, кроме перечисленных функций, обеспечивают обработку, передачу и хранение данных в сети, их эффективность оценивается по комплексу критериев: производительности, разнообразия возможностей связи, возможности эффективного администрирования.

Операционная система должна:

быть общепризнанной и использоваться как стандартная система на многих компьютерах;

работать с различными аппаратными устройствами;

обеспечивать возможность запуска самых разных программ;

предоставлять средства для проверки, настройки, обслуживания компьютера, его устройств и программного обеспечения.

Другими словами, операционные системы должны обеспечивать пользовательский, программный и аппаратно-программный интерфейс.

Человеку, в первую очередь, приходится иметь дело с интерфейсом операционной системы.

Если ОС принимает команды, вводимые с клавиатуры в специальной командной строке, такая операционная система называется неграфической или имеет интерфейс командной строки.

Если в операционной системе можно управлять с помощью мыши графическими изображениями как объектами, то говорят, что она имеет графический интерфейс пользователя. Такими являются практически все современные операционные системы.[7]

История развития операционных систем

В своем развитии операционные системы прошли через ряд поколений. Вычислительные машины нулевого поколения в 40-х годах не имели операционных систем. В 50-х годах в машинах первого поколения появились возможности пакетной обработки. В начале 60-х годов в системах второго поколения были впервые реализованы такие режимы вычислений, как мультипрограммирование, мультипроцессорный режим, разделение времени и режим реального времени, а также концепция независимости программ от устройств ввода-вывода. Системы третьего поколения (середина 60-х - середина 70-х годов) были по преимуществу универсальными, они предусматривали работу во многих режимах. Они стали как бы программной прослойкой между аппаратными средствами и пользователем. В настоящее время доминирующее положение занимают системы четвертого поколения, в том числе средства для вычислительных сетей, для персональных компьютеров, операционные системы виртуальных машин, системы баз данных и системы распределенной обработки данных.

2. Поколения операционных систем

2.1 Нулевое поколение(40-е годы)

Первые действующие электронно-вычислительные машины появились в начале 1940-х годов. Это было еще даже не первое поколение компьютеров, а, можно сказать, «нулевое» -- их элементной основой являлись обыкновенные электромеханические реле, и на каждую операцию медлительные релейные ЭВМ тратили от двух-трех секунд до минуты.

В середине 1940-х годов, когда реле сменили вакуумные лампы, быстродействие компьютеров стало измеряться тысячами операций в секунду. Впрочем, подобный прирост производительности никак не сказался на принципах ввода данных и управлении вычислениями. Никаких даже самых примитивных аналогов операционных систем не существовало, а компьютеры программировались на чистейшем машинном языке, который представлял собой набор инструкций в двоичном, троичном, десятичном или шестнадцатеричном коде (в зависимости от архитектуры процессора). Ассемблера еще не было, а управление основными функциями ЭВМ и собственно программирование осуществлялось при помощи соединения коммутационных панелей проводами.

Ситуация несколько изменилась с появлением языков программирования и перфокарт. Появились даже библиотеки часто используемых подпрограмм (это были колоды перфокарт, которые хранились в библиотечных шкафах -- отсюда и название), компиляторы и тому подобное программное обеспечение. Изначально все это добро подгружалось вручную, так что масса времени уходила просто на перемещение оператора по машинному залу, поиск нужной подпрограммы, загрузку перфокарт и другие рутинные действия. При этом компьютер стоимостью в несколько миллионов долларов попросту простаивал.

2.2 Первое поколение(50-е годы)

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы -- полупроводниковых элементов. Возросло быстродействие процессоров, увеличились объемы внешней и оперативной памяти. Компьютеры стали более надежными. Теперь они могут непрерывно работать настолько долго, что на них можно возложить выполнение действительно самых важных задач.

Наряду с усовершенствованием аппаратуры заметные улучшения наблюдаются также в области автоматизации программирования и организации вычислительных работ. В это время появились первые алгоритмические языки, это значит что к библиотекам математических и служебных подпрограмм добавился новый тип системного программного обеспечения -- трансляторы.

Выполнение каждой программы стало включать множество вспомогательных работ: загрузка нужного транслятора (АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ и т. п.), запуск транслятора и получение результирующей программы в машинных кодах, связывание программы с библиотечными подпрограммами, загрузка программы в оперативную память, запуск программы, вывод результатов на периферийное устройство. Для организации эффективного совместного использования трансляторов, библиотечных программ и загрузчиков в штат многих вычислительных центров были введены должности операторов, которые профессионально должны выполнять работу по организации вычислительного процесса для всех пользователей этого центра.

Но как бы быстро и надежно ни работали операторы, они никак не могли соперничать в производительности с работой устройств компьютера. Пока оператор запускает очередную задачу , в это время процессор простаивает в ожидании.. А поскольку процессор представлял собой очень дорогое устройство, то низкая эффективность его работы означала низкую эффективность работы компьютера в целом. Для решения этой проблемы были созданы первые системы пакетной обработки, автоматизировшие всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса. Ранние системы пакетной обработки явились прототипом современных операционных систем, они стали самыми первыми системными программами, которые предназначались не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом.

В ходе реализации систем пакетной обработки был также разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какие действия и в какой последовательности он хочет выполнить на вычислительной машине. Типовой набор директив обычно включал признак начала отдельной работы, вызов транслятора, вызов загрузчика, признаки начала и конца исходных данных.

Оператор составлял пакет заданий, которые в дальнейшем без его участия последовательно запускались на выполнение управляющей программой -- монитором. Кроме того, монитор имел способность самостоятельно обрабатывать наиболее часто встречающиеся при работе пользовательских программ аварийные ситуации, такие как отсутствие исходных данных, переполнение регистров, деление на ноль, обращение к несуществующей области памяти и т. д. Пакет обычно представлял собой набор перфокарт, но для ускорения работы он мог переноситься на более удобный и емкий носитель, например на магнитную ленту или магнитный диск. В первых реализациях сама программа-монитор также хранилась на перфокартах или перфоленте, а в более поздних -- на магнитных дисках и магнитной ленте.

Первые системы пакетной обработки заметно сократили затраты времени на вспомогательные действия по организации вычислительного процесса, это значит, что был сделан еще один большой шаг по повышению эффективности использования компьютеров. Но при этом программисты-пользователи лишились непосредственного доступа к компьютеру, что снижало эффективность их работы -- внесение любого исправления требовало значительно больше времени, чем при интерактивной работе за пультом машины.

2.3 Второе поколение (начало 60-х годов)

Характерной чертой операционных систем второго поколения было то, что они были системами коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и первые системы мультипроцессорного типа. В мультипрограммных системах одновременно несколько пользовательских программ находятся в основной памяти компьютера, а центральный процессор быстро переключается с одной задачи на другую. В случае мультипроцессорных систем единый вычислительный комплекс содержит несколько процессоров, что усиливает вычислительную мощность этого комплекса.

В то время начали появляться методы, которые обеспечивали независимость программирования от (внешних) устройств. Если в системах первого поколения пользователю, который желает осуществить запись данных на магнитную ленту, приходилось в программе задавать конкретный номер физического лентопротяжного устройства, то в системах второго поколения программа пользователя только задавала, что файл должен быть записан на устройстве, имеющем определенную плотность записи и определённое число дорожек.

Операционная система сама находила свободное устройство, которое обладало требуемыми характеристиками, и давала оператору ЭВМ указание установить на это устройство кассету магнитной ленты.

В этот период были разработаны системы с разделением времени (РВ), предоставляющие пользователям возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов телетайпного типа (электронная пишущая машинка, имеющая интерфейс с ЭВМ), а в последующем и с помощью дисплея. При работе с такими ОС используется диалоговый или интерактивный режим. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Пользователь вводит запрос, который обрабатывается и ответ выводится на терминал, что позволяет увеличить эффективность и удобство работы пользователя. Пакетный режим обеспечивал увеличение пропускной способности и максимальную загрузку процессора, отлучая пользователя от ЭВМ, в то время как в режиме разделения времени (РРВ) каждый пользователь имеет непосредственный доступ к ЭВМ через свой терминал. Суть разделения времени максимально проста. Каждой программе, готовой к исполнению, для работы выделяется фиксированный, заранее определенный интервал времени, называемый квантом. Программа в течение одного кванта может быть не выполнена до конца, тогда она прерывается в момент окончания кванта и помещается в конец очереди. Из начала очереди извлекается другая программа, которой планируется фиксированный интервал. При этом ни один из пользователей, работающих за дисплеем, параллельно друг с другом, никак не ощущает, что процессор мультиплексируется несколькими программами.

Появились первые системы реального времени, в которых компьютеры применялись для управления технологическими процессами производства, например на предприятиях по переработке нефти. Были созданы военные системы реального времени, которые обеспечивали постоянный контроль сразу нескольких тысяч пунктов для защиты от внезапного воздушного нападения. Для систем реального времени характерно то, что они обеспечивают немедленную реакцию на предусмотренные события. Если, например, от датчиков системы управления нефтеперерабатывающего предприятия поступят сигналы о том, что температура становится слишком высокой, то может потребоваться немедленное принятие соответствующих мер для предотвращения взрыва. Системы реального времени часто работают со значительной недогрузкой -- поскольку для подобных систем гораздо важнее быть в состоянии постоянной готовности и быстро реагировать на предусмотренные события, чем просто быть занятыми большую часть времени. Этот факт позволяет понять, почему такие системы обычно стоят столь дорого.

Системное программное обеспечение (СПО) ОС этого периода решало множество проблем, связанных с защитой данных и результатов работы различных программ, защитой данных в оперативной памяти и распределением устройств. Кроме того, ОС должна управлять новыми устройствами, входящими в состав аппаратного обеспечения. Для решения этих задач системное программное обеспечение сформировалось в сложную систему, требующую для реализации своих возможностей значительных вычислительных ресурсов.

2.4 Третье поколение (середина 60-х -- середина 70-х годов)

7 апреля 1964 года компания IBM выпустила на рынок революционную разработку (на нее ушло около $30 млрд в перерасчете на сегодняшние цены) -- IBM System/360.

Это была первая ЭВМ с элементной базой на основе интегральных микросхем -- то есть компьютер третьего поколения. Использование микросхем позволило снизить стоимость ЭВМ и в то же время увеличить надежность и производительность компьютеров. Кроме того, IBM System/360 представлял собой целое семейство мейнфреймов, различавшихся только по цене и производительности. Имея одинаковую структуру и набор команд, эти машины были полностью совместимы друг с другом, благодаря чему программы, написанные для одного компьютера, могли работать на любой другой ЭВМ семейства IBM/360. До этого для каждого мейнфрейма писался свой собственный набор программного обеспечения. При этом нередко возникали пренеприятные ситуации, когда организация, которую уже не устраивала мощность имеющегося в наличии компьютера, приобретала новую машину, после чего штат программистов в срочном порядке переписывал весь необходимый пакет программ.

С выпуском семейства IBM/360 впервые появилось программное обеспечение, которое могло использоваться сколь угодно долго, причем с постоянными доработками и улучшениями. Примерно таким программным продуктом должна была стать операционная система OS/360, разработанная компанией IBM для своих компьютеров. По задумке, данная ОС должна была отлично работать как на слабеньких ЭВМ, специализирующихся на простейшем копировании перфокарт и операциях с магнитными лентами, так и на мощных суперкомпьютерах, способных на самые сложные вычисления. Кроме того, предполагалось, что OS/360 будет эффективно работать на системах не только разной мощности, но и с различным количеством внешних устройств. В операционную систему закладывалась поддержка распространенных на тот момент принтеров, графопостроителей, устройств считывания и печати перфокарт, механизмов, работающих с магнитными лентами, и т. д.

Ну и, наконец, OS/360 стала первой многозадачной системой. Достигалось это следующим образом: оперативная память разбивалась на несколько разделов, каждому из которых назначалось отдельное задание (при этом часть разделов занимала сама «операционка»). Пока одна программа ожидала завершения процедуры ввода-вывода информации, другая могла использовать центральный процессор. Таким образом даже во время ввода данных центральный процессор не простаивал, обрабатывая уже имеющиеся в оперативке задания. Благодаря этому же принципу была реализована система подкачки, когда в освободившийся раздел памяти подгружалось новое задание. Так отпала необходимость предварительно формировать целый пакет заданий -- теперь они просто поочередно загружались в оперативную память автоматически.

Несмотря на все заслуги, OS/360 вошла в историю как одна из худших «операционок». Огромное количество новаций, множество противоречивых требований, принципиальная новизна разработки -- все это привело к появлению огромной, чрезвычайно сложной системы, примерно в 700 раз превышающей по объему FMS. Миллионы строк, написанных на ассемблере тысячами программистов, сотни и сотни ошибок, десятки новых версий, исправляющих старые ошибки и тут же привносящих новые... Один из разработчиков OS/360 Фред Брукс впоследствии написал довольно язвительную (но не лишенную остроумия) книгу «Мифический человеко-месяц», в которой он описывал свой опыт работы с этой операционной системой. На обложке было изображено стадо динозавров, по горло увязших в яме с дегтем. По мнению автора, эта драматическая картина очень точно описывала процесс разработки OS/360 и мучительную борьбу с бесчисленными ошибками. И все же система OS/360 неплохо справлялась с поставленными перед ней задачами и, что главнее всего, стала прочным фундаментом для будущих, более совершенных операционных систем.

2.5 Четвертое поколение(от середины 70-х годов до настоящего времени)

Операционные системы четвертого поколения -- это наиболее совершенные системы настоящего времени. Разработчики и пользователи ещё помнят печальный опыт третьего поколения, и поэтому очень осторожно относятся к переходу на более сложные и современные операционные системы.

Благодаря широкому распространению вычислительных сетей и средств оперативной обработки данных (в режиме он-лай ) пользователи теперь имеют доступ к территориально распределенным компьютерам при помощи терминалов различных типов. Возникновение микропроцессора дало толчок для разработки персонального компьютера, который в свою очередь, с точки зрения социальных последствий, стал одним из наиболее важных достижений вычислительной техники за несколько последних десятилетий. В настоящее время многие пользователи владеют собственными компьютерами, на которых они могут работать в любое время дня и ночи, когда захотят. Если в начале 60-х годов очень мощный компьютер стоил сотни тысяч долларов, то сейчас его можно приобрести менее чем за тысячу долларов.

Персональные компьютеры могут использоваться в качестве терминалов мощных вычислительных и зачастую снабжаются интерфейсными средствами приема-передачи данных. Пользователь системы четвертого поколения может обращаться к территориально распределенным машинам вычислительной сети - это значит, что его возможности больше не ограничиваются взаимодействием с одним компьютером в режиме разделения времени. Значительно затруднились проблемы защиты информации от возможного несанкционированного доступа, поскольку эта операция требует передачи информации по линиям связи различных видов. Теперь большое внимание уделялось шифрованию данных, так как надо обязательно кодировать секретные или личные данные таким образом, чтобы даже в случае незаконного их получения никто, кроме адресатов, которым они предназначались (или обладателей ключей дешифрования), не могли бы их использовать.

Число людей, которые имеют возможность доступа к компьютерам, в 80-х годах в процентном отношении оказалось гораздо большим, чем когда-либо до этого, и продолжает очень быстро увеличиваться. Сейчас часто используют термины дружественная, удобная для пользователя, ориентированная на неподготовленного пользователя -- они означают системы, предоставляющие пользователям со средним уровнем квалификации простой доступ к вычислительным ресурсам. Если в 60-х и 70-х работа с компьютером заключалась в применении сложного языка программирования, где много символических, мнемонических обозначений и сокращений, то в 70-х годах эта система заменилась управлением при помощи меню, что значительно упростило работу пользователя

Начала широко распространяться система виртуальных машин,что позволило пользователю не задумываться о физических деталях построения ЭВМ, с которыми он работает. Теперь виртуальная машина создаёт для него функциональный эквивалент компьютера. Современному пользователю машина помогает выполнять его работу. Тем временем пользователь не задумывается о внутреннем устройстве этой машины и её функционировании.

Основная роль ложится на системы баз данных, задача которых- обеспечить доступ к различной информации для тех, кто имеет право на это. В настоящее время существует тысячи баз данных, которые предусматривают при помощи терминалов доступ через сети связи..

Особенно широко распространена система распределённой обработки данных. Сейчас считается, что гораздо разумнее иметь вычислительные мощности непосредственно там, где они необходимы, вместо того чтобы передавать данные для обработки в какие-либо вычислительные центры.

2.5.1 Первые ОС

Основным периодом развития ОС считается промежуток с 1965 по 1975 г.. В это время в технической базе вычислительных машин произошёл скачок от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что способствовало появлению следующего поколения компьютеров. В этот период были воплощены в жизнь практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы получило развитие системное программирование. Промышленная реализация мультипрограммирования явилась кульминационным событием данного периода. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. Возможности компьютера по обработке и хранению данных резко возросли, поэтому выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным. Эти усовершенствования значительно улучшили эффективность вычислительной системы. Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах - в системах пакетной обработки и разделения времени. Целью мультипрограммных систем пакетной обработки так же, как и их однопрограммных предшественников являлось обеспечение максимальной загрузки аппаратуры компьютера ,но всё же решали эту задачу эффективнее. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. В результате достигалась сбалансированная загрузка всех устройств компьютера, а следовательно, увеличивалось число задач, решаемых в единицу времени.

В мультипрограммных системах пакетной обработки пользователь по-прежнему был лишен возможности интерактивного взаимодействия со своими программами. Для того, чтобы хотя бы частично вернуть пользователям ощущение непосредственного взаимодействия с компьютером, был разработан другой вариант мультипрограммных систем - системы разделения времени. Этот вариант рассчитан на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. В числе первых операционных систем разделения времени, разработанных в середине 60-х годов, были TSS/360 (компания IBM), CTSS и MULTICS (Массачусетский технологический институт совместно с Bell Labs и компанией General Electric). Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счёт периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки, что явилось платой за удобства работы пользователей. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие ОС получили название систем удалённого ввода заданий. Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей - модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержания удалённой работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удалёнными терминалами, сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение - прообразом сетевых операционных систем.

В компьютерах 60-х годов большую часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя операционная система. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера, непосредственно направленных на поддержку нового способа организации вычислительного процесса. При разделении ресурсов компьютера между программами необходимо обеспечить быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надёжно защитить коды и данные одной программы от непреднамеренной или преднамеренной порчи другой программы. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую, средства защиты областей памяти, а также развитая система прерываний.

В привилегированном режиме, предназначенном для работы программных модулей операционной системы, процессор мог выполнять все команды, в том числе и те из них, которые позволяли осуществлять распределение и защиту ресурсов компьютера. Программам, работающим в пользовательском режиме, некоторые команды процессора были недоступны. Таким образом, только ОС могла управлять аппаратными средствами и исполнять роль арбитра для пользовательских программ, которые выполнялись в непривилегированном, пользовательском режиме.

Система прерываний позволяла синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и асинхронно, таких как каналы ввода-вывода, диски, принтеры и т.п.

Ещё одной важной тенденцией этого периода является создание семейств программно-совместимых машин и операционных систем для них. Примерами семейств программно - совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, являются серии машин IBM/360, IBM/370 и PDP-11.

Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Однако такая совместимость подразумевает возможность работы на больших и малых вычислительных системах, с большим и малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, 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 нескончаемый поток исправлений. Операционные системы этого поколения были очень дорогими. Так, например, разработка OS/360, объём кода для которой составил 8 Мбайт, стоила компании IBM 80 миллионов долларов.

Однако, несмотря на необозримые размеры и множество проблем, OS/3600 и другие ей подобные операционные системы этого поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. За это десятилетие был сделан огромный шаг вперёд и заложен прочный фундамент для создания современных операционных систем.[6]

2.5.2 Операционные системы и глобальные сети

Начало70-х годов - это время появления первых сетевых операционных систем. Эти системы в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределённое хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, которые связаны электрическими связями. Любая сетевая операционная система выполняет все функции локальной операционной системы, а также обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей по сети взаимодействовать с операционными системами других компьютеров. По мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки, происходило появление программных модулей, реализующих сетевые функции .

Теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с самого появления вычислительных машин, однако наиболее значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Данные и программы на этих дорогостоящих компьютерах часто были уникальными, доступ к ним необходимо было обеспечить широкому кругу пользователей, которые находились в различных городах на значительном расстоянии от вычислительных центров.

В 1969 году Министерство обороны США произвели работы по объединению суперкомпьютеров оборонных и научно - исследовательских центров в единую сеть. Эту сеть стали называть ARPANET, она является отправной точкой для создания самой известной в настоящее время глобальной сети - Интернета. В сеть ARPANET объединялись компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с добавленными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети.

Первыми сетевыми ОС, имеющими практическое значение, являются операционные системы, установленные на компьютерах сети ARPANET, в совокупности с дополнительными модулями, обеспечивающими взаимодействие узлов сети.

В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов, получившей название SNA (System Network Architecture). Эта многоуровневая архитектура, во многом подобная стандартной модели OSI, появившейся несколько позже, обеспечивала взаимодействие по глобальным связям типа «терминал - терминал», «терминал - компьютер» и «компьютер - компьютер» . Нижние уровни архитектуры были реализованы специализированными аппаратными средствами, наиболее важным из которых является процессор телеобработки. Функции верхних уровней SNA выполнялись программными модулями. Один из них составлял основу программного обеспечения процессора телеобработки. Другие модули работали на центральном процессоре в составе стандартной операционной системы IBM для мэйнфреймов.

В это же время в Европе велись активные работы по созданию и стандартизации сетей X.25. Эти сети с коммутацией пакетов не были привязаны к какой-либо конкретной операционной системе. После получения статуса международного стандарта в 1974 году протоколы X.25 стали поддерживаться многими операционными системами. С 1980 года компания IBM включила поддержку протоколов X.25 в архитектуру SNA и в свои операционные системы.[6]

2.5.3 Операционные системы мини-компьютеров и первые локальные сети

К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры, такие как PDP-11, Nova, HP. В миникомпьютерах впервые использовались преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера.

Архитектура миникомпьютеров была значительно упрощена по сравнению с мейнфреймами, что нашло отражение и в их операционных системах. Многие функции мультипрограммных многопользовательских ОС мейнфреймов были усечены, учитывая ограниченность ресурсов миникомпьютеров. Операционные системы миникомпьютеров часто стали делать специализированными, например, только для управления в реальном времени(ОС RT-11для миникомпьютеров PDP-11) или только для поддержания режима разделения времени (RSX-11M для тех же компьютеров. Эти операционные системы не всегда были многопользовательскими, что во многих случаях оправдывалось невысокой стоимостью компьютеров.

Важной вехой в истории операционных систем явилось создание ОС UNIX. Первоначально эта операционная система предназначалась для поддержания режима разделения времени в мини-компьютере PDP-7. С середины 70-х годов началось массовое использование ОС UNIX. К этому времени программный код для UNIX был на 90% написан на языке высокого уровня С. Широкое распространение эффективных С-компиляторов сделало UNIX уникальной для того времени ОС, обладающей возможностью сравнительно лёгкого переноса на различные типы компьютеров. Поскольку эта ОС поставлялась вместе с исходными кодами, то она стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи-энтузиасты. Хотя UNIX была первоначально разработана для мини-компьютеров, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров: суперкомпьютерах, мэйнфреймах, мини-компьютерах, серверах и рабочих станциях на базе RISC-процессоров, персональные компьютеры. Поскольку эта ОС поставлялась вместе с исходными кодами, то она стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи-энтузиасты.

Гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили операционной системе Unix занять прочные позиции во всех классах компьютеров.

Доступность мини-компьютеров и вследствие этого их распространённость на предприятиях послужили мощным стимулом для создания локальных сетей. Предприятие могло себе позволить иметь несколько мини-компьютеров, находящихся в одном здании или даже в одной комнате. Естественно, возникала потребность в обмене информацией между ними и в совместном использовании дорогого периферийного оборудования.

Первые локальные сети строились с помощью нестандартного коммуникационного оборудования, в простейшем случае - путём прямого соединения последовательных портов компьютеров. Программное обеспечение также было нестандартным и реализовывалось в виде пользовательских приложений. Первое сетевое приложение для ОС UNIX - программа UUCP (UNIX-to- UNIX Copy program) - появилась в 1976 году и начала распространяться с версией 7 AT&T UNIX с 1978 года. Эта программа позволяла копировать файлы с одного компьютера на другой в пределах локальной сети через различные аппаратные интерфейсы - RS-232, токовую петлю и т.п., а кроме того, могла работать через глобальные связи, например модемные.[6]

2.5.4 Развитие операционных систем в 80-е годы

К наиболее важным событиям этого десятилетиям можно отнести становление Интернета, стандартизацию технологий локальных сетей разработку стека TCP/IP. Появились также персональные компьютеры и различные операционные системы для них.

В конце 70-х годов был создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. В состав этого стека входил набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды и предназначался для связи экспериментальной сети ARPANET с другими сетями. Министерство обороны США в 1983 году приняли стек протоколов TCP/IP в качестве военного стандарта. При переходе компьютеров сети ARPANET на стек TCP/IP ускорилась его реализация для операционной системы BSD UNIX. С этого времени началось совместное существование UNIX и протоколов TCP/IP, а практически все многочисленные версии Unix стали сетевыми.

Интернет стал отличным полигоном для испытаний многих сетевых операционных систем, позволившим в реальных условиях проверить возможности их взаимодействия, степень масштабируемости, способность работы при экстремальной загрузке, создаваемой сотнями и тысячами пользователей. Независимость от производителей, гибкость и эффективность сделали протоколы TCP/IP не только главным транспортным механизмом Интернета, но и основным стеком большинства сетевых ОС.

Всё десятилетие было отмечено постоянным появлением новых, всё более совершенных версий ОС UNIX. Среди них были и фирменные версии UNIX: SunOS, HP-UX, Irix, AIX и многие другие, в которых производители компьютеров адаптировали код ядра и системных утилит для своей аппаратуры. Разнообразие версий породило проблему их совместимости, которую периодически пытались решить различные организации. В результате были приняты стандарты POSIX и XPG, определяющие интерфейсы ОС для приложений, а специальное подразделение компании AT&T выпустило несколько версий UNIX System III и UNIX System V, призванных консолидировать разработчиков на уровне кода ядра.

Также широкое распространение получили операционные системы MS-DOS фирмы Microsoft, PC DOS фирмы IBM, Novell DOS фирмы Novell и другие. Первая ОС DOS для персонального компьютера была создана в 1981г. называлась MS-DOS 1.0. Microsoft приобрела у Seattle Computer Products право на 86 - DOS, адаптировала эту ОС для тогда еще секретных IBM PC и переименовала ее в MS-DOS. В августе 1981 года DOS 1.0 работает с одной 160К односторонней дискетой. Системные файлы занимают до 13 К: для нее требуется 8-К ОЗУ. Май 1982 DOS 1.1 позволяет работать с двухсторонними дискетами. Системные файлы занимают до 14К. Март 1983 Появления DOS 2.0 вместе с IBM PC XT. Созданная заново эта версия имеет почти втрое больше команд чем DOS 1.1. Теперь она дает возможность использовать 10 Mбайт жесткого диска. Древовидную структуру файловой системы и 360-К гибких дисков. Новый 9-секторный формат диска увеличивает ёмкость на 20% по сравнению с 8-секторным форматом. Системные файлы занимают до 41К для работы системы требуется 24-К ОЗУ. Декабрь 1983 Вместе с PCjr появилась система PC-DOS 2.1 фирмы IBM. Август 1984. Вместе с первыми IBM PC AT на базе процессора 286 появляется DOS 3.0. Она ориентируется на 1,2 Мб гибкие диски и жесткие диски большей чем раньше емкостью. Системные файлы занимают до 60Кб. Ноябрь 1984. DOS 3.1 поддерживает сети Microsoft системные файлы занимают до 62К. Ноябрь 1985. Появление Microsoft Windows. Декабрь 1985. DOS 3.2 работает с 89-мм дискетами на 720К. Она может адресовать до 32 Мбайт на отдельном жестком диске. Системные файлы занимают до 72К. Апрель 1986. Появление IBM PC Convertihle . Сентябрь 1986. Compaq выпускает первый ПК класса 386. Апрель 1987. Вместе с PS/2 первым ПК фирмы IBM класса 386 появляется DOS 3.3. Она работает с новыми 1.44 Мбайт гибкими дисками и несколькими типами разбития жесткого диска на разделы объемом до 32 Мбайт каждый, что позволяет использовать жесткие диски большой емкостью. Системные файлы занимают до 76 К для работы системы требуется 85К ОЗУ. MS-DOS была наиболее популярна и продержалась 3-4 года. Одновременно IBM объявила о выпуске OS/2. Ноябрь 1987. Начало поставки Microsoft Windows 2.0 и OS/2. Июль 1988 появляется Microsoft Windows 2.1 (Windows/286 Windows/386). Ноябрь 1988. DOS 4.01 включает интерфейс, меню оболочки и обеспечивает разбиение жесткого диска на разделы, объем которых превышает 32 Мбайта. Системные файлы занимают до 108К; для работы системы требуется 75К ОЗУ. Май 1990. Появляется Microsoft Windows 3.0 и DR DOS 5.0. Июнь 1991. MS-DOS 5.0 имеет свои особенности то, что она позволяет эффективно использовать ОП. DOS 5.0 обладает улучшенными интерфейсами меню оболочки, полноэкранным редактором, утилитами на диске и и возможность смены задач. Системные файлы занимают до 118К: для работы системы требуется 60-К ОЗУ, а 45 К можно загрузить в область памяти с адресами старше 1 Мбайт, что освобождает место в обычной памяти для работы прикладных программ MS-DOS 6.0 кроме стандартного набора программ. Имеет в своем составе программы для резервного копирования, антивирусную программу и другие усовершенствования в ОС MS-DOS 6.21 и MS-DOS 6.22.

Начало 80-х годов связано с ещё одним знаменательным для истории операционных систем событием-появлением персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса мини-компьютеров типа PDP-11, но их стоимость была существенно ниже. Персональные компьютеры послужили мощным катализатором для бурного роста локальных сетей. В результате поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием.

Однако, сетевые функции появились у операционных систем персональных компьютеров не сразу. Первая версия наиболее популярной операционной системы раннего этапа развития персональных компьютеров- MS-DOS компании Microsoft - была лишена этих возможностей. Это была однопрограммная однопользовательская ОС с интерфейсом командной строки, способная стартовать с дискеты. Основными задачами для неё были управление файлами, расположенных на гибких и жестких дисках в UNIX - подобной иерархической файловой системе, а также поочерёдный запуск программ. MS-DOS не была защищена от программ пользователя, так как процессор Intel 8088 не поддерживал привилегированного режима. Разработчики первых персональных компьютеров считали, что при индивидуальном использовании компьютера и ограниченных возможностях аппаратуры нет смысла в поддержке мультипрограммирования, поэтому в процессоре не были предусмотрены привилегированный режим и другие механизмы поддержки мультипрограммных систем.

Недостающие функции для MS-DOS и подобных ей ОС компенсировались внешними программами, предоставлявшими пользователю удобный графический интерфейс(например, Norton Commander) или средства тонкого управления дисками (например, PC Tools). Наибольшее влияние на развитие программного обеспечения для персональных компьютеров оказала операционная среда Windows компании Microsoft, представлявшая собой надстройку над MS-DOS.

Сетевые функции также реализовывались в основном сетевыми оболочками, работавшими поверх ОС. При сетевой работе всегда необходимо держать многопользовательский режим, при котором один пользователь - интерактивный, а остальные получают доступ к ресурсам компьютера по сети. В таком случае от операционной системы требуется хотя бы некоторый минимум функциональной поддержки многопользовательского режима. История сетевых средств MS-DOS началась с версии 3.1. Эта версия MS-DOS добавила к файловой системе необходимые средства блокировки файлов и записей, которые позволили более чем одному пользователю иметь доступ к файлу. Пользуясь этими функциями, сетевые оболочки могли обеспечить разделение файлов между сетевыми пользователями.

Вместе с выпуском версии MS-DOS 3.1 в 1984 году компания Microsoft также выпустила продукт, называемый Microsoft Networks, который обычно неформально называют MS-NET. Некоторые концепции, заложенные в MS-NET, такие как введение в структуру базовых сетевых компонентов - редиректора и сетевого сервера, успешно перешли в более поздние сетевые продукты Microsoft: LAN Manager, Windows for Workgroups, а затем и в Windows NT.

Сетевые оболочки для персональных компьютеров выпускали и другие компании: IBM, Artisoft, Performance Technology и другие.

Значительную роль в развитии операционных систем играет фирма Novell. Наибольшую известность Novell приобрела благодаря своим сетевым операционным системам семейства NetWare. Эти системы реализованы как системы с выделенными серверами. Основные усилия Novell были затрачены на создание высокоэффективной серверной части сетевой ОС, которая за счет специализации на выполнении функций файл-сервера обеспечивала бы максимально возможную для данного класса ВМ скорость удаленного доступа к файлам и повышенную безопасность данных. Для серверной части своих ОС Novell разработала специализированную операционную систему, оптимизированную на файловые операции и использующую все возможности, предоставляемые процессорами Intel x386 и выше. Для рабочих станций Novell выпустила собственные ОС со встроенными сетевыми функциями: Novell DOS с входящей в нее сетевой одноранговой компонентой Personal Ware, а также ОС UnixWare, являющейся реализацией UNIX System V со встроенными возможности работы в сетях NetWare.

Первая рабочая версия NetWare была выпущена фирмой Novell в 1983 г. В 1993 году фирма Novell выпустила ОС NetWare v.4.0, явившуюся во многих отношениях революционно новым продуктом. Эта система была разработана специально для построения вычислительных сетей «масштаба предприятия» с несколькими файл-серверами, большим количеством сетевых ресурсов и пользователей. Одним из основных нововведений явилась служба каталогов NetWare Directory Services (NDS), хранящая в распределенной по нескольким серверам базе данных информацию обо всех разделяемых сетевых ресурсах и пользователях, что обеспечило возможность при одном логическом входе в систему получать прозрачный доступ ко всем ресурсам многосерверной сети.

NetWare - это специализированная ОС, которая с самого начала проектировалась для оптимизации сетевого сервиса и, в первую очередь, доступа к удаленным файлам. Кроме основной цели разработки семейства ОС NetWare - повышения производительности - ставились также задачи создания открытой, расширяемой и надежной операционной системы, обеспечивающей высокий уровень защиты информации. В 1983 году фирма Novell ввела в систему концепций локальной сети понятия имени пользователя, пароля и характеристики пользователя («профиля пользователя»). Характеристика пользователя содержит перечень ресурсов, к которым пользователь имеет доступ, и права, которыми он обладает при работе с этими ресурсами. Администратор сети может ограничить права пользователя по входу в сеть датой, временем и конкретными рабочими станциями. Средства обнаружения нарушений защиты и блокировки действий нарушителя извещают администратора сети о попытках несанкционированного доступа. Помимо поддержки многопроцессорного режима, в число приоритетных направлений развития NetWare входит обеспечение процессорной независимости.