Архитектура операционной системы Windows

Операционная система Windows 3.1 также как и Windows 3.0, являлась 16-разрядной, у нее было всего 2 режима работы – стандартный и 386 расширенный. Если рассматривать систему Windows в целом, то она стала более удобной и стабильной, производительность немного повысилась. Эти новшества в системе Windows 3.1 привели к тому, что с середины 1992 года развитие Windows-рынка практически полностью относилось уже к Windows 3.1, а большинство приложений разрабатывалось именно для Windows 3.1, но не для предыдущей версии Windows 3.0.

Выпущенный в конце 1993 года Microsoft Windows for Workgroups 3.11 является ещё одним знаменательным событием в истории разработки Windows. Версия была не только «настольной» системой, но и самостоятельной сетевой операционной системой для локальной сети; была сетевым клиентом для сервера Windows NT. Помимо этого, Window for Workgroups имела новую версию виртуальной файловой системы, которая была совместима с MS DOS, но в основном она представляла немного улучшенную модификацию Windows 3.1, которая работала исключительно в 386 расширенном режиме.

В 1993 году выпустили новые системы Windows NT 3.1, которая была разработана для пользователей персональных компьютеров и Windows NT Advanced Serer 3.1 для администраторов локальных сетей. В 1994 году были выпущены более улучшенные версии Windows NT – Windows NT Workstation 3.5 и последняя Windows NT Server 3.5. А в 1995 году представили такие версии как Windows NT Workstation 3.51 и Windows NT Server 3.51, которые были более производительные и менее требовательны к аппаратным ресурсам. Все версии Windows NT, которые были перечислены, имеют интерфейс NT 3.1 с диспетчером программ и файлов. Под Windows NT 3.51 работают все программы, созданные для Windows 95, а также многие программы для Windows 3.1 и MS DOS. В 1996 году корпорация Microsoft выпустила Windows NT Workstation 4.0 и  Windows NT Server 4.0. Их заметным отличием было то, что интерфейс пользователя был в стиле Windows 95.

Развитие операционных систем не стояло на месте, о чем свидетельствует выпущенная в 1995 году операционная система Windows 95. Именно эта разработка стала новым этапом в истории операционной системы Windows. Если сравнивать Windows 95 с Window 3.1, то в первом значительно изменился интерфейс, а также выросла скорость работы программ. А вот одной из новейших возможностей Windows 95 стала автоматическая настройка дополнительного оборудования компьютера для работы без конфликтов друг с другом. Но была ещё одна важная особенность у системы Windows 95 – работа с Интернетом без использования дополнительных программ.

Интерфейс Windows 95 приняли за основной для всего семейства Windows. В 1996 году появилась переделанная версия Windows NT 4.0, которая имела абсолютно одинаковый интерфейс как Windows 95. В 1998 году появилась новая операционная система под названием Windows 98. Она стала продолжением развития системы Windows 95. Интерфейс у Windows 98 сохранился прежним, а вот внутренняя структура была изменена. Особое внимание было уделено работе с Интернетом, а также поддержке современных протоколов передачи информации – стандарты, которые обеспечивают обмен информацией между различными устройствами.  Ещё одной значимой особенностью Windows 98 является возможность одновременной работы с несколькими мониторами.

Следующим значимым появлением в развитие Windows стало появление Windows 2000 и Window ME (Millennim Edition). Операционная система Windows 2000 была разработана на основе Windows NT и унаследовала от нее высокую защищенность информации от постороннего вмешательства, а также высокую надежность. Операционная система Windows ME многое унаследовала от Windows 98, но при этом приобрела много новых возможностей. Прежде всего, в операционной системе Windows ME была улучшена работа со средствами мультимедиа, появилась возможность записи видеоинформации, но и аудио также сохранилась, сохранились средства восстановления информации после сбоев и т.д.

После Windows ME была выпущена новая версия операционной системы Windows. Изначально разработчики хотели, чтобы новая система имела созвучное название Windows NET 1.0, это должно было подчеркнуть её как ориентацию новой операционной системы на сетевую работу, так и на кардинально новую систему с её внутренним устройством. Но в 2001 году прошлый Whistler получил новое имя Windows XP – сокращенное от «experience». Самое важное отличие Windows XP от предыдущих версий корпорации Microsoft была разрядность. Вместо привычного для всех 32-разрядного варианта системы Windows, компания Microsoft подготовила к выпуску и 64-разрядную модификацию, которая предназначалась для установки на серверы, оснащенные новым 64-разрядным процессором Itanium. Ещё одна особенность Windows XP состоит в том, что эта первая операционная система Microsoft с интерфейсом, который полностью настраивается.

Операционная система Windows XP была сверхуспешной, поэтому компания Microsoft вновь стала вести разработки выпуска новой операционной системы. Разработку начали в конце 2002 года, а летом 2003 года пользователям была представлена малая часть будущей операционной системой, и предварительное название у нее было Longhorn. Но все же первые работоспособные версии появились лишь только в начале 2005 года, а первую бета – версия (интенсивное использование почти готовой версии, для обнаружения каких – либо ошибок) показали публике лишь только в августе. В это время стало окончательно известно название будущей операционной системы – Windows Vista, а также приблизительно был назван год окончательного выпуска системы – 2006 год. Изначально разработчики новой операционной системы Windows Vista дали понять пользователям, что эта версия будет полностью новой, то есть кардинально отличаться от всех предыдущих версий операционных систем семейства Windows.

Концепции операционных систем Windows

Операционные системы Windows 95/98

Между операционными системами Windows 95 и 98 компании Microsoft есть много общего. Их графические интерфейсы изменились незначительно. Но все же в системе Windows 98 были устранены многие недостатки, которые присутствовали в системе Windows 95, были улучшены стандартные программные средства.

Операционная система Windows 98, которая была преемницей Windows 95стала более работоспособна, продуктивна и удобна, а также она поддерживает современное оборудование, имеет эффективные средства диагностики и более устойчива в работе. Самое важное нововведение этой операционной системы заключается в её интеграции с Интернетом. В частности, это позволило увеличить срок службы операционной системы Windows 98, так как Windows 98 имеет средство автоматического обновления ресурсов по каналам Интернет.

• Требования к аппаратной части.

Персональный компьютер пользователя, на котором установлена операционная система Windows 95 или Windows 98, должна иметь:

• Не менее чем 16 Мбайт оперативной памяти (желательно больше, например, 32 Мбайта);
• Процессор 80486DX должен быть с тактовой частотой 66 МГц, а лучше более мощный;
• Графический монитор;
• Необходимо, чтобы жесткий диск был с объемом свободного пространства после установки Windows не менее 200 Мбайт (в лучшем случае не менее 1 Гбайта);
• Необходимо наличие устройства чтения компакт – дисков (CD-ROM), так как практически все программные продукты при выпуске поставляются на компакт-дисках;

Операционная система Windows 95 появилась благодаря слиянию операционных систем Microsoft DOS и Windows 3.1. Её основными характеристиками являются:

• Вытесняющая многозадачность и многопоточность;
• 32-разрядная архитектура;
• Использование виртуальной памяти;
• Графический пользовательский интерфейс;
• Совместимость с ранее созданными программами;
• Подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play;
• Наличие средств мультимедиа и  коммуникационных программных средств;

Рассмотрим эти характеристики и выделим важные аспекты.

Вычисляющая многозадачность и многопоточность.

Windows является многозадачное, то есть операционная система способна на одновременное выполнение нескольких программ сразу. Один микропроцессор может выполнять инструкции только одной  программы. Однако, операционная система Windows 95 была настолько оперативна, что реагировала на потребности той или иной программы и создавалось впечатление одновременности их работы. Например, в процессе подготовки текста можно параллельно печатать содержимое какого-нибудь файла и в это же время проверять жесткий диск на вирус.

Многозадачность делится на кооперативную и вытесняющую. При кооперативной многозадачности операционная система не решает вопрос с распределением процессорного времени, его распределяет сама программа. При этом активная программа решает сама, отдавать процессор другой программе или нет. Момент передачи управления зависит исключительно от хода управления задачи.

Кооперативная многозадачность в Windows 95 обеспечивается для 16-разрядных приложений, потому что приложения, которые были созданы для Windows 3.1, умеют самостоятельно распределять процессорное время.

При вытесняющей многозадачности распределение процессорного времени между программами ложится на операционную систему. Она выделяет для каждой задачи фиксированную часть времени процессора. Когда это время заканчивается, система вновь получает управление, чтобы выбирать другую задачу для её активации. Такой режим многозадачности Windows 95 реализует для 32-разрядных приложений  и для программ, которые написаны для MS DOS.

32-разрядная  архитектура.

Windows 95 является первой 32-разрядной операционной системой для компьютеров IBM PC. Она ориентирована на работу 32-разрядных программ, поэтому многие её компоненты являются 32-разрядными.

Большинство программ для операционной системы MS DOS относилось к 16–разрядным программам, использовавшим реальный режим работы микропроцессора. Реальный режим значительно ограничивает возможности программы, потому как в таком режиме значительно ограничиваются возможности программы, следовательно, в этом режиме затруднен доступ к верхней области памяти (свыше 1 Мбайта). Операционная система MS DOS не имеет средств для поддержки 32–разрядных программ, которые работают в защищенном режиме микропроцессора. Чтобы такие программы имели возможность работы в среде MS DOS, требуются дополнительные программные обеспечения, которые расширяют функции системы MS DOS. Возможен вариант, когда дополнительные функции, которые обеспечивают реальный режим, включают непосредственно в код программы, увеличивая тем самым её объем.

Графический пользовательский интерфейс.

Система Windows использует пользовательский графический интерфейс и интерфейс монитора. В основу нового графического интерфейса пользователя вошли хорошо продуманная система окон, которая располагается на экране монитора и включает множество разнородных графических объектов для управления работой компьютера. Благодаря этому реализуется идея создания электронного рабочего стола пользователя, который содержит электронные документы. Принятая идея графического пользовательского интерфейса характерна для всех программных продуктов под Windows 95, что полностью обеспечивает комфортную среду работы пользователя.

Подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play.

Для подключения нового периферийного устройства в среде операционной системы MS DOS пользователь должен быть наделен профессиональными знаниями, например, знать структуру команды подключения необходимого драйвера, знать написание файла конфигурации. В среде Windows данная задача решается проще. Система самостоятельно изменяет и создает фалы конфигурации, распознает техническое устройство и далее производит его автонастройку. Такая технология работы называется Plag and Play («включай и работай»).

Использование виртуальной памяти.

В операционной системе Windows 95 решается самая главная компьютерная проблема – нехватка оперативной памяти с помощью виртуальной памяти, которая реально не существует. Виртуальной памятью называется расширение адресного пространства задачи, которая получена путем использования части внешней использования части внешней памяти.

В оперативной памяти всегда присутствует часть виртуального пространства, которое выделяется для решения задачи, остальная же часть расположена на дисковой памяти. Если оперативной памяти не хватает для работы активного приложения, то приложение или его часть, которые на данный момент не используют микропроцессор, вытесняются из оперативной памяти на диск. На их место загружаются в оперативную память необходимые фрагменты активного приложения. Когда одному из выгруженные приложений передается управление, то оно вновь начинает загрузку в оперативную память, а это может привести к выгрузке на диск другого, более пассивного на данный момент приложения. Следовательно, все эти действия можно назвать циркуляцией программы между диском и оперативной памятью.

Поддержка виртуальной памяти позволяет открывать одновременно большое количество приложений, но выгрузка на диск и загрузка с диска при этом снижают производительность компьютера.

Для этой цели используют часть внешней памяти, которая называется файлом подкачки, а процесс подкачки называется свопингом. Объем файла подкачки может превышать в несколько раз объем оперативной памяти.

Файлом подкачки называется файл, который расположен на жестком диске и используется он для организации виртуальной памяти. Настройку виртуальной памяти можно произвести как автоматически, так и вручную.

Совместимость с ранее созданными программами.

Совместимость с программным обеспечением – это способность операционной системы исполнять программные продукты, которые созданы в другой операционной системе. Зачастую операционная система Windows 95 обеспечивает совместимость на IBM – подобных компьютерах, которые были созданы не только для программ ранних версий, но и для программ операционной системы MS DOS.