Эволюция операционных систем

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Марийский государственный технический университет 
 
 
 

Кафедра информатики 

и системного программирования 
 
 
 
 
 
 

Реферат   

по  дисциплине «Информатика»  на тему: 

            «Эволюция операционных систем» 
 
 
 
 

Выполнил:

студент ПС-11

Шифанов Михаил Сергеевич 

Проверил:

преподаватель кафедры ИиСП

Лаптева Наталия Николаевна 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола

2011 
 
 
 

Содержание:

     Введение 

     Назначение  операционных систем

     Перечислим  основные функции операционных систем

     Загрузка  в оперативную память подлежащих исполнению программ

     Обслуживание  всех операций ввода-вывода

     Эволюция  и классификация ОС

     Заключение. 
 

Введение:

Операционная  система (ОС) является основой системного ПО, под управлением которыми осуществляется начальная загрузка компьютера, управление работой всех его устройств и проверка их работоспособности, управление файловой системой компьютера, загрузка пользовательских приложений и распределение ресурсов компьютера между ними, поддержка пользовательского интерфейса и др. К числу широко известных семейств операционных систем относятся DOS, WINDOWS, UNIX, NETWARE и др.  

Операционная  система (ОС) представляет собой совокупность программ, выполняющих две функции: предоставление пользователю удобств виртуальной машины1 и повышение эффективности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами.  

Процессор компьютера выполняет команды, заданные на машинном языке. Непосредственная подготовка таких команд требует от пользователя знаний языка и специфики построения и взаимодействия аппаратных средств. Так, например, для доступа к хранящейся на магнитном носителе информации необходимо указать номера блоков на диске и номера секторов на дорожке, определить состояние двигателя механизма перемещения головок записи/считывания, обнаружить наличие и типы ошибок, выполнить их анализ и пр. Требовать этих знаний от всех пользователей практически невозможно. Поэтому и возникла необходимость в создании ОС – совокупности программ, скрывающих от пользователя особенности физического расположения информации и выполняющих обработку прерываний2, управление таймерами и оперативной памятью. В результате пользователю предоставляется виртуальная машина, реализующая работу на логическом уровне. 

Назначение  операционных систем

Операционные  системы относятся к системному программному обеспечению. Все программное  обеспечение разделяется на системное  и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие  программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ. История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.  

Действительно, если мы не будем иметь возможности  изменять исходные данные и получать результаты вычислений, то зачем вообще эти вычисления? Очевидно, что исходные данные могут вводиться различными способами. На практике используются самые разнообразные устройства и методы. Например, мы можем вводить исходные значения с клавиатуры, задавать нужные действия или функции с помощью указателя мыши, считывать записи из файла, снимать оцифрованные значения с датчиков и т.д. Часть исходных данных может быть передана в программу через область памяти, в которую предварительно другая программа занесла свои результаты вычислений. Способов много. Главное – выполнить в программе некоторые действия, связанные с получением исходных данных.  

Аналогично, и вывод результатов может  быть организован, например, на соответствующие  устройства и в форме, удобной  для восприятия ее человеком. Либо результаты расчетов будут отправляться программой на какие-нибудь исполнительные устройства, которые управляются компьютером. Наконец, мы можем организовать запись полученных значений на некие устройства хранения данных (с целью их дальнейшей обработки).  

Программирование  операций ввода-вывода относится к одной из самых трудоемких областей создания программного обеспечения. Здесь речь идет не об использовании операторов типа READ или WRITE в языках высокого уровня. Речь идет о необходимости создать подпрограмму в машинном виде, уже готовую к выполнению на компьютере, а не написанную с помощью некоторой системы программирования (систем программирования тогда еще не было), подпрограмму, вместо обычных вычислений управляющую тем устройством, которое должно участвовать в операциях ввода исходных данных или выводов результатов. При наличии такой подпрограммы программист может обращаться к ней столько раз, сколько операций ввода-вывода с этим устройством ему требуется. Для выполнения этой работы программисту недостаточно хорошо знать архитектуру вычислительного комплекса и уметь создавать программы на языке ассемблера. Он должен отлично знать и интерфейс, с помощью которого устройство подключено к центральной части компьютера, и алгоритм функционирования устройства управления устройства ввода-вывода.  

Очевидно, что  имело смысл создать набор  подпрограмм управления операциями ввода-вывода и использовать его  в своих программах, чтобы не заставлять программистов каждый раз заново программировать все эти операции. С этого и началась история системного программного обеспечения. Впоследствии набор подпрограмм ввода-вывода стали организовывать в виде специальной библиотеки ввода-вывода, а затем появились и сами операционные системы. Основной причиной их появления было желание автоматизировать процесс подготовки вычислительного комплекса к выполнению программы.  

В 50-е годы взаимодействие пользователей с  вычислительным комплексом было совершенно иным, чем ныне. Программист-кодер (от англ. coder – кодировщик) – специально подготовленный специалист, знающий архитектуру компьютера и язык(и) программирования, - по заказу составлял текст программы, часто по уже готовому алгоритму, разработанному программистом-алгоритмистом. Текст этой программы затем отдавался оператору, который набирал его на специальных устройствах и переносил на соответствующие носители. Чаще всего в качестве носителей использовались перфокарты или перфолента. Далее колода с перфокартами передавалась в вычислительный зал, где для вычислений по этой программе требовать следующие действия:  

1. Оператор  вычислительного комплекса с  пульта вводил в рабочие регистры  центрального процессора и в  оперативную память компьютера  ту первоначальную программу,  которая позволяла считать в  память программу для трансляции  исходных кодов и получения  машинной (двоичной) программы (проще говоря, транслятор, который тоже хранился на перфокартах или перфоленте).  

2. Транслятор  считывал исходную программу,  осуществлял лексический разбор  исходного текста, и промежуточные  результаты процесса трансляции  зачастую так же выводили на перфокарты (перфоленту). Трансляция – сложный процесс, часто требующий нескольких проходов. Порой для выполнения очередного прохода приходилось в память компьютера загружать с перфокарт и следующую часть транслятора, и промежуточные результаты трансляции. Ведь результат трансляции выводился также на носители информации, поскольку объем оперативной памяти был небольшим, а задача трансляции – это очень сложная задача.  

3. Оператор  загружал в оперативную память  компьютера полученные двоичные коды, оттранслированной программы и подгружал двоичные коды тех системных подпрограмм, которые реализовывали управлениями операциями ввода-вывода. После этого готовая программа, расположенная в памяти, могла сама считывать исходные данные и осуществлять необходимые вычисления. В случае обнаружения ошибок на одном из этих этапов или после анализа полученных результатов весь цикл необходимо было повторить.  

Для автоматизации  труда программиста (кодера) стали  разрабатывать специальные алгоритмические  языки высокого уровня, а для автоматизации труда оператора вычислительного комплекса была разработана специальная управляющая программа, загрузив которую в память один раз оператор мог ее далее использовать неоднократно и более не обращаться к процедуре программирования ЭВМ через пульт оператора. Именно эту управляющую программу и стали называть операционной системой. Со временем на нее стали возлагать все больше и больше задач, она стала расти в объеме. Прежде всего разработчики стремились к тому, чтобы операционная система как можно более эффективно распределяла вычислительные ресурсы компьютера, ведь в 60-е годы операционные системы уже позволяли организовать параллельное выполнение нескольких программ. Помимо задач распределения ресурсов появились задачи обеспечения надежности вычислений. К началу 70-х годов диалоговый режим работы с компьютером стал преобладающим, и у операционных систем стремительно начали развиваться интерфейсные возможности. Термин интерфейс (interface) обозначает целый комплекс спецификаций, определяющих конкретный способ взаимодействия пользователя с компьютером.  

На сегодняшний  день можно констатировать, что операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.  

Перечислим  основные функции операционных систем:

Прием пользователя (или оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем  языке, и их обработка. Задания могут  передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме  указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.  

Загрузка  в оперативную  память подлежащих исполнению программ

Распределение памяти, а в большинстве современных  систем и организация виртуальной  памяти.  

Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).  

Идентификация всех программ и данных.  

Прием и  использование различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень  большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.  
 

Обслуживание  всех операций ввода-вывода

Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить  эффективность всего программного обеспечения.  

Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.  

Планирование  и диспетчеризация задач в  соответствии с заданными между  выполняющимися программами.  

Для сетевых  операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.  

Организация механизмов обмена сообщениями и  данными между выполняющимися программами.  

Защита одной  программы от влияния другой, обеспечение  сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.  

Аутентификация  и авторизация пользователей (для  большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи3. Очевидно, что если входное имя (login4) пользователя и его пароль совпадают, то, скорее всего, это и будет тот самый пользователь. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может делать на компьютере.  

Удовлетворение  жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для ОС реального времени).  

Обеспечение работы систем программирования, с  помощью которых пользователи готовят  свои программы.