Понятие операционной системы; эволюция развития операционных систем; функции операционных систем и подходы к построению операционных систем

1. Понятие операционной системы; эволюция развития операционных систем; функции операционных систем и подходы к построению операционных систем.

Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом.

ОС - базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.

Понятия ОС. Существуют различные точки зрения:

ОС как виртуальная машина

ОС как менеджер ресурсов

ОС как защитник пользователей и программ

ОС как постоянно функционирующее ядро

Эволюция вычислительных систем

Первый период (1945–1955 гг.)

Ламповые машины. Операционных систем нет.

Созданы первые ламповые вычислительные устройства и появился принцип программы, хранящейся в памяти машины (1945 г.).

Характеризуется тем, что:

• 
  В проектировании, эксплуатации и программировании вычислительной машины участвует одна и та же группа людей.
  
• 
  Компьютеры в качестве инструмента решения практических прикладных задач используются не регулярно.
  
• 
  Программирование осуществляется исключительно на машинном языке.
  
• 
  Задачи организации вычислительного процесса решаются вручную, строго последовательно, с пульта управления с использованием перфокарт
  
• 
  Вычислительная система выполняет одновременно только одну операцию.
  

В целом период характеризуется крайне высокой стоимостью вычислительных систем, их малым количеством и низкой эффективностью использования.

В конце периода появляется первое системное ПО.

Второй период (1955 г.– нач. 60-х)

Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные ОС

Появляется новая техническая база – полупроводниковые элементы, что привело к:

• 
  повышению надежности
  
• 
  возможности решения серьезных прикладных задач
  
• 
  снижению потребления электроэнергии, совершенствованию системы охлаждения
  
• 
  уменьшению размеров
  
• 
  снижению стоимости эксплуатации и обслуживания
  

Все это способствовало:

• 
  бурному развитию алгоритмических языков (COBOL, PL-1 и т.д.).
  
• 
  появлению первых настоящих компиляторов, редакторов связей, библиотеки математических и служебных подпрограмм
  
• 
  упрощению процесса программирования
  
• 
  существенное изменение процесса отладки программ.
  

Появляется прообраз современных ОС - первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизируют запуск одной программы из пакета за другой, увеличивая коэффициент загрузки процессора.

Минусы:

• 
  Использование части машинного времени на выполнение системной управляющей программы
  
• 
  Программа, получившая доступ к процессору, обслуживается до ее завершения. При передаче данных между внешними устройствами и памятью процессор простаивает, а при работе процессора простаивают внешние устройства.
  

Третий период (нач. 60-х – 1970 г.)

Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС

В технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что привело к еще большему:

• 
  повышению надежности;
  
• 
  уменьшению стоимости;
  
• 
  повышению производительности;
  

Повышению эффективности использования процессорного времени мешает низкая скорость работы механических устройств ввода-вывода (1200 перфокарт/мин.)

В пакетные системы вводится прием «spooling» или «подкачки-откачки» данных, что позволило совместить реальные операции ввода-вывода одного задания с выполнением другого задания.

При обработке пакета заданий на носителях непрямого доступа появилась возможность выбора очередного выполняемого задания.

В пакетных системах начинается развитие функций планирования.

Дальнейшее повышение эффективности использования процессора достигается за счет идеи мультипрограммирования - пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, а выполняет другую программу. После окончании операции ввода-вывода, процессор возвращается к выполнению предыдущей программы.

Четвертый период (с 1970 – 80 гг.)

Персональные компьютеры.

Следующий период в эволюции вычислительных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС).

Компьютер с достаточно развитой архитектурой стал доступен отдельному человеку.

Период характеризуется тем, что:

• 
  компьютеры стали использоваться не только специалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения
  
• 
  рост сложности и разнообразия решаемых на ПК задач привели к возрождению практически всех черт, характерных для архитектуры больших вычислительных систем.
  

Появляется:

• 
  вытесняющая многозадачность
  
• 
  использование концепции баз данных для хранения и распределенной обработки больших объемов информации
  
• 
  приоритетное планирование
  
• 
  выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров
  
• 
  системы разделения времени: процессор переключается между задачами через определенные интервалы времени
  

Пятый период (с 1980 г. по н.в.)

Уменьшается стоимость компьютеров и увеличивается стоимость труда программиста.

Благодаря широкому распространению вычислительных сетей и средств оперативной обработки (работающих в режиме on-line), пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети компьютеров работающих под управлением сетевых и распределенных ОС.

Сетевые (классические) ОС характеризуются:

• 
  возможностью доступа к ресурсам другого сетевого компьютера
  
• 
  каждый ПК в сетевой ОС работает под управлением ОС, отличающейся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств (программной поддержкой для сетевых интерфейсных устройств и доступа к удаленным ресурсам), которые, однако, не меняют структуру ОС
  

Распределенные ОС:

• 
  «внешне» выглядят как обычные автономные системы (пользователь может не знать где хранятся файлы – на локальной или удаленной машине – и где выполняются программы)
  
• 
  «внутреннее» строение распределенной ОС имеет существенные отличия от автономных систем
  

Функции ОС

Все функции ОС можно условно разделить на две различные группы – интерфейсные и внутренние.

Интерфейсные функции ОС:

• 
  управление аппаратными средствами
  
• 
  управление устройствами ввода-вывода
  
• 
  управление файловой системой
  
• 
  поддержка многозадачности
  
• 
  планирование доступа пользователей к общим ресурсам;
  
• 
  интерфейс пользователя
  
• 
  поддержка работы в локальных и глобальных сетях
  

Внутренние функции ОС:

• 
  обработки прерываний
  
• 
  управления виртуальной памятью
  
• 
  планирования использования процессора
  
• 
  обслуживания драйверов устройств