Современные операционные системы и их эволюция развития

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Прикладной математики и информатики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реферат

по дисциплине «Операционные системы»

 по теме «Современные операционные системы и их эволюция  развития».

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка  гр. МИб-1401 Василика Елена

Проверила: О.М. Гущина

Оценка_____________баллов.

            

 

 

 

 

 

 

 

Тольятти 2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Современные компьютеры состоят из разнообразных устройств ввода и вывода, одного и более процессоров, что в целом образует сложную систему. Управление данными компонентами и их использование составляет тяжёлую задачу. Именно по данной причине компьютеры оснащены специальным программным обеспечением, которое мы называем операционной системой. Операционная система обеспечивает контроль над пользовательскими программами и управление всех ранее упомянутыми ресурсами.

Самые известные операционные системы считаются такие как: Linux, windows,  Mas OS X, FreeBSD и другие. Но все операционные системы имеют свой индивидуальный вид. Программы, с которыми взаимодействует пользователь, обычно называют оболочкой.

Операционная система представляет интерфейсы, как для выполняющихся процессов, так и для пользователей.  Пользовательские программы,как и многие служебные программы запрашивают у операционной системы выполнение трёх основных операций, достаточно часто встречающихся  в любой программе. К таким операциям относятся операции ввода-вывода,  запуск или остановка какой-либо программы. Такие операции нерентабельно каждый раз программировать заново и непосредственно размещать в виде двоичного кода  в теле программы, их удобнее собрать вместе и предоставлять для выполнения по запросу из программ. Это функция операционных систем является одной из наиболее важных.

 

 

 

 

 

Появление первых операционных систем

Мысль о  компьютере в середине девятнадцатого века была выдвинута английским математиком Чарльзом Бэббиджем (Charles Babage). Он создал механическую «аналитическую машину», с которой не смог поиметь прибыль, потому что технологии того времени вовсе не соответствовали требованиям, которые требуются для изготовления конкретных деталей такого сложного устройства. Безусловно, в те далёкие времена никто даже не мог подумать об операционной системе для данного «компьютера».

Самые первые ламповые устройства для вычисления были изобретены в  40-х годах. Но сейчас, мы можем смело заявить, что появлением цифровых вычислительных машин произошло после окончания Второй мировой войны. Именно в те времена одни и те же люди  принимали участие, как в создании, так и в эксплуатации, так и программировании вычислительной машины. Скорее всего, данная работа являлась научно-исследовательской в области вычислительной техники, но в данном акте не использовали компьютеры как инструмент, который решает какие-либо практические задачи из других прикладных областей. К тому же, такое программирование исполнялось на машинном языке исключительно.

В то время не было системного программного обеспечения, безусловно, кроме библиотек служебных подпрограмм и математических, которые программист употреблял, чтобы каждый раз не вводить коды, вычисляющие значение какой-либо математической функции или управляющие стандартным устройством ввода-вывода. Но даже при таком раскладе, операционные системы так и не появились. Все условия для осуществления вычислительного процесса решались каждым программистом вручную с некого пульта управления, представляющий собой некое устройство ввода-вывода, которое состоит из переключателей, кнопок и индикаторов.

К нашему счастью с середины 50-х развивается вычислительная техника, которая связанна с образованием новой технической базы — полупроводниковых элементов. За это время увеличилось в разы быстродействие процессоров, также произошло увеличение объемов внешней и оперативной памяти. Теперь компьютеры могли работать без перерыва очень долго для того, чтобы на них можно было выполнять важнейшие задачи, а если сказать в нескольких словах, то компьютеры стали  более надежными.

Одновременно с совершенствованием аппаратного обеспечения заметный прогресс замечался в организации вычислительных работ области автоматизации программирования. В те годы образовались первые алгоритмические языки, и тем самым к библиотекам служебных и математических подпрограмм добавились трансляторы.

Теперь выполнение всех программ включало в себя огромное количество вспомогательных работ, таких как: запуск транслятора и выявление результатов программы в машинных кодах, выполнение требующегося транслятора,  запуск программы в оперативную память, функция выполнения программы и вывод результатов на периферийное устройство. Для выполнения результативного совместного использования трансляторов, некоторых библиотечных программ и загрузчиков во многих штатах вычислительных центров были включены должности операторов, которые, в свою очередь, эффективно выполняли свою работу по организации вычислительного процесса для всех пользователей этого центра.

К сожалению, операторы никак не могли конкурировать в производительности с работой устройств компьютера. Большую часть времени процессор находился в режиме ожидания, пока работник запустит следующую задачу. Поскольку процессор представлял довольно-таки дорогое устройство, то низкая эффективность его использования означала низкую эффективность использования компьютера в целом.

Для решения этого вопроса были разработаны одни из первых систем пакетной обработки, автоматизировавшие всю цепочку действий оператора по организации вычислительного процесса. Мы можем сказать, что прежние системы пакетной обработки явились прародителями нынешних операционных систем, именно они стали основой системных программам, предназначенных  для управления вычислительным процессом.

Уже в процессе осуществления систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями. С его помощью программист сообщал оператору и системе, какие именно действия и в какой последовательности он желает выполнить на вычислительной машине. Типичный набор директив обычно включал признак начала отдельной работы, вызов загрузчика, вызов транслятора, признаки начала и конца исходных данных.

Теперь оператор составлял задачи, которые далее без его участия поочередно запускались на выполнение управляющей программой — монитором. Помимо того, монитор  сам обрабатывал аварийные вопросы, которые часто возникали, а именно: отсутствие исходных данных, переполнение регистров, деление на ноль и обращение к несуществующей области памяти. Пакет стандартно включал в себя набор перфокарт, но для повышения скорости работы он мог перемещаться на емкий носитель, например на магнитную ленту или магнитный диск. Данная программа-монитор сохранялась на перфокартах или перфоленте, а в более поздние времена — на магнитной ленте и магнитных дисках.

Всё вышеперечисленные действия значительно сократили затраты времени на второстепенные действия по организации вычислительного процесса. Исходя из этого, можно сделать небольшой вывод: был сделан шаг по увеличению эффективности использования компьютеров.

 

 

Операционные системы Windows

Windows NT – 32-разрядные ОС, используются для одновременного выполнения различных приложений в многопроцессорных системах. Программы исполняются в отдельных областях памяти, по этой причине неисправное приложение совершенно не влияет на работу других. Так же архитектура Windows NT защищает ОС от приложений, пытающихся монополизировать ресурсы процессора или воспользоваться адресным пространством ОС.

ОС Windows NT Workstation является одной из мощннейших ОС для компьютеров, объединенных в одноранговую сеть или рабочую станцию в составе домена Windows NT Server.  ОС Windows NT Server, в свою очередь, является основой серверных приложений, позволяющей реализовать стандартные функции серверов файлов и печати. На смену Windows NT пришла версия Windows 2000.

Всего имеется несколько разновидностей Windows 2000, основными из них являются Professional  и Server. Windows 2000 Professional включает в себя все средства, которые необходимы для операционной системы, предоставляя возможность использовать компьютер и программное обеспечение одному или нескольким пользователям одновременно. Windows 2000 Server – операционная система, специально предназначенная для управления сетью. Есть несколько разновидностей Windows 2000 Server, каждая из которых спецально создана для выполнения особых задач по работе с сетями Internet, базами данных и прочее. Эта версия не предназначена для индивидуального использования.

Файловая система и многопроцессные возможности NTFS делают Windows 2000 и Windows NT самыми стабильными и защищенными ОС семейства Windows. Симметричная многопроцессорная обработка обеспечивает автоматическое использование всех доступных процессоров многопроцессорного компьютера и размеренное распределение потребностей системы и приложений между процессорами. Слой абстрагирования от аппаратуры позволяет, не теряя производительности на любой платформе, оставаться независимой от аппаратуры.

Файловая система NTFS предпочтительна для ОС Windows NT, конечно могут быть использованы и другие файловые системы, но хотя бы один раздел должен быть отформатирован как NTFS. Файловая система NTFS поддерживается только для Windows NT и Windows 2000. Преимуществом этой системы является возможность работы с разделами большого размера. При использовании NTFS следует помнить, что в NTFS встроены средства восстановления после сбоя. Нам не надо запускать утилиту восстановления, но на разделе NTFS невозможно восстановить удаленный файл. Использование NTFS значительно уменьшают потери из-за фрагментации диска. Также NTFS поддерживает модель защиты Windows NT, поэтому все файлы и каталоги можно защитить правами доступа и подвергать аудиту; − не рекомендуется использовать NTFS на томах размером менее 400 Мб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Операционные системы UNIX

ОС UNIX – наиболее успешная реализация простой  многопользовательской и мультипрограммной операционной системы. Изначально ОС была необходима для разработки ПО. UNIX обладает довольно простым, но, тем не менее, мощным командным языком и независимой от устройств файловой системой. Создавая ОС UNIX использовали язык высокого уровня С, именно поэтому прикладные и системные программы получились мобильными. Компилятор с языка С для всех оттранслированных программ дает разделяемый и реентерабельный код, что позволяет эффективно использовать имеющиеся в системе ресурсы.

Главным плюсом ОС  UNIX можно назвать то, что система основана на малом числе понятий.

Файловая система ОС UNIX имеет древовидную структуру. Каждому новому зарегистрированному пользователю устанавливается некоторый каталог файловой системы, называемый «домашним» для этого пользователя. При удачной регистрации, пользователь попадает в свой «домашний» каталог. Доступ пользователя к «чужим» каталогам и файлам ограничен установленными правами доступа к этим файлам и каталогам.

После регистрации пользователей в UNIX для них запускается один из командных интерпретаторов, прописанный в файле /etc/passwd. В системах UNIX поддерживаются несколько командных интерпретаторов с одинаковыми, но разными возможностями. Все командные интерпретаторы называются – shell (оболочка). Вызванный командный интерпретатор призывает пользователя ввести команду, за выполнением которой снова выводится приглашение. Командные языки при всей своей простоте очень мощны.

В UNIX команды ввода/вывода, которые используются по отношению к файлам и физическим устройствам, одинаковы. Физические устройства представляемые специальными файлами в единой структуре файловой системы. Пользователь не может написать зависящую от устройства программу.  Стандартные файлы ввода и вывода, приписываемые пользовательскому терминалу, открывать не требуется. Система ввода/вывода ОС UNIX ориентирована на работу с потоками, а не с записями. Поток это последовательность байтов, заканчивающаяся разделителем. Понятие потока позволяет добиться независимости от устройств и унификации файлов с физическими устройствами и конвейерами.

Механизм перенаправления ввода и вывода является одним из наиболее элегантных, мощных и одновременно простых механизмов в UNIX.  Для  обеспечения наиболее гибкого использования программ ввода и вывода, желательно обеспечить им ввод из файла или из вывода других программ и направить их вывод в файл или на ввод других программ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Операционные системы Linux

Linux  – это UNIX-подобная операционная  система для ПК и рабочих  станций,  соответствующая стандарту POSIX. Изначально ОС Linux создавалась как UNIX-подобная система для персональных компьютеров типа IBM PC с процессором  i80386, но в наше время имеется реализация этой ОС практически для всех видов процессоров и компьютеров на их основе.

На базе Linux создают не только встроенные системы, но и суперкомпьютеры. Система поддерживает кластеризацию и большинство современных технологий и интерфейсов. Linux поддерживает большую часть свойств, присущих другим реализациям UNIX, плюс некоторые другие. Linux – это полноценная многозадачная многопользовательская операционная система. ОС Linux хорошо совместима с рядом стандартов для UNIX на уровне исходных текстов. Все исходные тексты для Linux, включая драйверы устройств, ядро, библиотеки, инструментальные средства и пользовательские программы, распространяются свободно. Linux поддерживает различные типы файловых систем для хранения данных.

Linux, как и остальные ОС UNIX, поддерживает  все протоколы TCP/IP для сетевой  работы. Ядро ОС Linux было создано  с учетом возможностей защищенного режима процессоров i80386  и i80486. Ядро поддерживает загрузку исключительно нужных страниц памяти, это значит, что с диска в память загружаются те сегменты программы, которые необходимы. Ядро ОС Linux поддерживает особый пул памяти для пользовательских программ и дискового кэша. При этом для кэширования может быть использована вся свободная память, и наоборот, кэш уменьшается при работе больших программ.

Этот механизм дает возможность увеличить работоспособность системы. Выполняемые программы используют исключительно динамически связываемые библиотеки, могут совместно использовать библиотечную программу, представленную одним физическим файлом на диске. Это позволяет выполняемым программам занимать намного меньше места на диске, особенно при многократном использовании библиотечных функций. В Linux разделяемые библиотеки динамически связываются во время выполнения, позволяя программисту заменять библиотечные функции своими собственными.