2011. Машбук, страница 3

Кроме того, взадачу программиста входило кодирование всех необходимых операций ввода/вывода спомощью специальных машинных команд управления внешними устройствами. В этотпериод от пользователя компьютера требовались не только алгоритмические знания инавыки решения конкретной прикладной задачи, но и достаточно хорошие знанияорганизации и использования аппаратуры компьютера, доскональное знание системыкоманд и кодировки, используемой в данном компьютере, знание особенностейпрограммирования устройств ввода/вывода, т.е.

программист должен был быть, отчасти, иинженером-электронщиком. На этапе существования компьютеров первого поколенияпоявился класс программ, обеспечивающих определенные сервисные функциипрограммирования — это ассемблеры, первые языки высокого уровня и трансляторы дляэтих языков, а также простейшие средства организации и использования библиотекпрограмм. Кроме того, можно говорить о зарождении класса сервисных, управляющихпрограмм: представителями этого класса являлись программы чтения и загрузки воперативную память программ и данных с внешних устройств.

Эти программы былипредопределены фирмой-разработчиком компьютеров и вводились в оперативную памятьс использованием аппаратной консоли. Так при помощи консоли было возможно вручнуюввести в оперативную память последовательность команд, составляющих управляющуюпрограмму, и осуществить ее запуск.

В случае если управляющая программа размещаласьна внешнем запоминающем устройстве, через аппаратную консоль вводиласьпоследовательность команд, обеспечивающих чтение кода управляющей программы воперативную память и передачу управления на ее точку входа.Компьютеры второго поколения: конец 50-х годов — вторая половина 60-хгодов ХХ века. Традиционно, с компьютерами второго поколения связываетсяиспользование полупроводниковых приборов — диодов и транзисторов, которые пофункциональной емкости, размеру, энергопотреблению в десятки раз превосходиливозможности электронно-вакуумных ламп.

В результате компьютеры второго поколениястали обладать существенно более развитыми логическими возможностями и в тысячи разпревосходили компьютеры первого поколения по производительности. Широкоераспространение получили новые высокопроизводительные внешние устройства ЭВМ.Все это определило и активное совершенствование программного обеспечения и способовиспользования компьютеров. Можно с уверенностью утверждать, что реальноезарождение понятия операционной системы связано именно с появлением исовершенствованием архитектуры компьютеров второго поколения.Этапом в развитии форм использования компьютеров стала пакетная обработказаданий, суть которой состояла в следующем.

В компьютере работала специальнаяуправляющая программа, в функции которой входила последовательная загрузка воперативную память и запуск на выполнение программ из заранее подготовленного пакетапрограмм. Пакет программ физически может быть представлен в виде «большой» стопкиперфокарт, в которой программы находятся последовательно. В этом случае управляющаяпрограмма по завершении выполнения текущей программы осуществляет чтениеочередной программы через устройство считывания перфокарт, загрузку ее воперативную память и передача управления на фиксированную точку входа в программу(адрес памяти с которого должно начинаться выполнение программы).

По завершениипрограммы или после возникновения в программе ошибки, которая вызывает аварийную6остановку выполнения программы, управление передается в управляющую программу(Рис. 1).УстройствочтенияПрограмма_1Программа_2запросданныхУправляющаяпрограммаданныеОперативнаяпамятьошибкаПрограмма_3ПрограммаВыполнениепрограммыПрограмма_NНормальноезавершениеПакет программРис. 1.Пакетная обработка заданий.Такой процесс продолжался до тех пор, пока все программы из пакета не будутвыполнены. Развитие подобных управляющих программ послужило основой появлениюпервых прообразов операционных систем, которые в разных случаях называлисьмониторными системами, супервизорами или диспетчерами.Следующим этапом развития понятия операционная система стало появлениекомпьютеров второго поколения, имевших аппаратную поддержку режимамультипрограммирования — режима, при котором одновременно находилась вобработке не одна, а несколько программ.

При этом в каждый момент времени командыодной из обрабатываемых программ выполнялись процессором, другие выполняли обменданными с внешними устройствами, третьи были готовы к выполнению процессором иожидали своей очереди. В СССР представителем машин второго поколения,обеспечивавших поддержку мультипрограммной обработки, была вычислительнаямашина БЭСМ-6, созданная под руководством академика С.А.Лебедева. Для данногокомпьютера была разработана серия операционных систем, которые по своей структуре иосновным функциям были достаточно близки к современным ОС (НД-69, НД-70, ОСДУБНА, ДИСПАК, ОС ИПМ и др.). Прародительницей подавляющего большинства этихоперационных систем была система под названием Д-68 (Диспетчер–68), разработаннаяпод руководством Л.Н.Королева.Развитие мультипрограммных систем, расширение спектра решаемых задач исущественное увеличение количества пользователей компьютеров потребовало развития«дружественности» интерфейсов между пользователем и системой.

С точки зренияинструментальных средств программирования это развитие языков программирования исистем программирования, которое представимо в следующей эволюционнойпоследовательности: система команд компьютера  автокоды и ассемблеры  языкипрограммированиявысокогоуровняпроблемно-ориентированныеязыкипрограммирования (Рис. 2).Операционные системы также получили свое развитие в этот период времени:появились языки управления заданиями, которые позволяли пользователю до началавыполнения его программы сформировать набор требований по организации выполненияпрограммы. Появились первые прообразы современных файловых систем — систем,позволяющих систематизировать и упростить способы хранения и доступа пользователейк данным, размещенным на внешних запоминающих устройствах, что позволило7Проблемно-ориентированные языкипрограммированияЯзыки программированиявысокого уровняАвтокоды иассемблерыСистема командкомпьютерапользователю работать с данными во внешней памяти не в терминах физическихустройств и координат местоположения данных на этих физических устройствах, а втерминах имен или адресов некоторых наборов данных.

В связи с этим у пользователяпоявилась возможность абстрагироваться от знания особенностей и способов организациихранения и доступа к данным конкретных физических устройств, что во многомпослужило основой для появления виртуальных устройств.ВремяРис. 2.Развитие языков и систем программирования.Компьютеры третьего поколения: конец 60-х — начало 70-х годов ХХ века.Основным отличием компьютеров этого поколения было использование в качествеэлементной базы интегральных схем, что определило увеличение производительностикомпьютеров, существенное снижение их размеров, веса, появление новых,высокопроизводительных внешних устройств. И, наверное, главной особенностьюархитектуры компьютеров третьего поколения было начало аппаратной унификации ихузлов и устройств, позволившей стимулировать создание семейств компьютеров,аппаратная комплектация которых могла достаточно просто варьироваться владельцемкомпьютера.

Наиболее яркими представителями таких семейств были компьютеры серийIBM-360 фирмы IBM и семейство малых компьютеров PDP-11 фирмы DEC. Компьютерыпервых двух поколений строились, как единые, аппаратно-целостные устройства,комплектация и возможности которых были существенно предопределены на этапе ихпроизводства. Их аппаратная модификация, обычно, была крайне затруднительна.

Третьепоколение компьютеров строилось на модульном принципе, что позволяло, принеобходимости, осуществлять замену и расширение состава внешних устройств,увеличивать размеры оперативной памяти, заменять процессор на болеепроизводительный. Все это повлияло и на развитие и структуру операционных систем,которые вслед за аппаратурой приобрели модульную организацию с унификациеймежмодульных интерфейсов. В операционных системах появились специальныепрограммы управления устройствами — драйверы устройств, которые имелистандартные интерфейсы, позволявшие при аппаратной модификации компьютерадостаточно просто обеспечивать программный доступ к новым или модифицированнымустройствам. Кроме того, для обеспечения простоты и «дружественности» общенияпользователя с различными устройствами компьютера появились виртуальныеустройства, драйверы которых предоставляли пользователю набор единых правил работыс группой внешних устройств, что позволило создавать программы, не зависящие от типовиспользуемых внешних устройств.

Операционные системы компьютеров третьего8поколения предоставляли новые режимы использования компьютеров, одним из такихрежимов был диалоговый режим доступа к компьютеру. Вершиной идей, заложенных воперационные системы компьютеров третьего поколения, стала операционная системаUnix, которая открыла направление развития комплексной стандартизациипользовательских интерфейсов, как на уровне интерфейсов командных языков, так и наразличных уровнях программных интерфейсов от правил взаимодействия с драйверамиустройств до интерфейсов с прикладными системами.Завершение формирования сегодняшнего понятия операционной системы можетбыть связано с появлением четвертого и последующих поколений компьютеров, впостроении которых использовалась элементная база, основанная на большихинтегральных схемах. Компьютеры четвертого поколения, в первую очередь,ассоциируются с персональными компьютерами, совершившими в полном смысле словареволюцию в массовом распространении информационных технологий.

Компьютер изинструмента прикладного программиста стал повседневным, массово распространенными доступным оборудованием. В связи с этим возник целый ряд проблем, решение которыхпотребовалось в операционных системах. В первую очередь это совершенствование«дружественности» пользовательских интерфейсов, упрощающих взаимодействиепользователя и операционной системы. Здесь лидирующую позицию занимаютоперационные системы компании Microsoft, которые в полном смысле слова совершилиреволюцию в обеспечении массовости освоения компьютера. Активное развитиеполучили сетевые технологии, что привело к появлению сетевых и распределенныхоперационных систем.

В этот период времени наибольшее развитие получила всемирнаясеть Internet. В свою очередь возникли задачи обеспечения операционными системамибезопасности хранения и передачи данных.ЧетвертоеПоколения компьютеровдрайверы устройств,виртуальные устройстваСервисные, управляющиепрограммы,ПервоеПакетная обработка, мониторнымисистемами, супервизорами,мультипрограммирование, языкиуправления заданиями, файловаясистемаВторое«дружественность» пользовательскихинтерфейсов, сетевых и распределенныхоперационных систем, Internet, вычислительнаясистемаТретьеВремяРис. 3.Этапы эволюции.На данном этапе в результате эволюции понятий образовалось достаточно полное иоднозначное определение того, что называется операционной системой, определенатиповая структура операционной системы и функции ее основных компонентов.9Сформировались принципиально новые разновидности операционных систем и режимовиспользования компьютеров.Следует отметить тот факт, что развитие компьютеров, системного программногообеспечения, методов применения вычислительной техники показали, что единственнымпериодом истории, когда аппаратная часть разрабатывалась исключительно в качествевычислителя без учета потребностей поддержки решения задач организациивычислительного процесса был период создания и производства компьютеров первогопоколения.

На сегодняшний день аппаратура и программное обеспечение современныхкомпьютеров представляют единую взаимозависимую вычислительную систему, вкоторой многие функции операционной системы нельзя рассматривать вне контекстааппаратной поддержки компьютера, а многие аппаратные возможности сложнорассматривать вне контекста операционных систем (Рис.