введение_1 (1085732), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Четвертое поколение (с 1980 года по наши дни): персональные компьютеры
Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением Больших Интегральных Схем (LSI, Large Scale Integration) — кремниевых микросхем, содержащих тысячи транзисторов на одном квадратном сантиметре. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры (первоначально называемые микрокомпьютерами) были во многом похожи на мини-компьютеры класса PDP-11, но, конечно, отличались по цене. Если появление мини-компьютеров позволило отделам компаний и факультетам университетов иметь собственный компьютер, то с появлением микропроцессоров каждый человек получил возможность купить свой собственный персональный компьютер.
В 1974 году, когда компания Intel выпустила Intel 8080 — первый универсальный 8-разрядный центральный процессор, — для него потребовалась операционная система, с помощью которой можно было бы протестировать новинку. Компания Intel привлекла к разработкам и написанию нужной операционной системы одного из своих консультантов Гэри Килдэлла (Gary Kildall). Сначала Килдэлл с другом сконструировали контроллер для 8-дюймового гибкого диска, недавно выпущенного компанией Shugart Associates, и подключили этот диск к процессору Intel 8080. Таким образом, появился первый микрокомпьютер с диском. Затем Килдэлл создал дисковую операционную систему, названную СР/М (Control Program for Microcomputers — программа управления для микрокомпьютеров). Когда Килдэлл заявил о своих правах на СР/М, корпорация Intel удовлетворила его просьбу, поскольку не думала, что у микрокомпьютеров с диском есть будущее. Позже Килдэлл создал свою компанию Digital Research для дальнейшего развития и продажи СР/М.
В 1977 году компания Digital Research переработала СР/М, чтобы сделать эту систему пригодной для работы на микрокомпьютерах с процессорами Intel 8080 или Zilog Z80, а также с другими процессорами. Затем было написано множество прикладных программ, работающих в СР/М, что позволило СР/М занимать высшую позицию в мире микрокомпьютеров на протяжении 5 лет.
В начале 80-х корпорация IBM разработала IBM PC (Personal Computer — персональный компьютер) и начала искать для него программное обеспечение. Сотрудники IBM связались с Биллом Гейтсом (Bill Gates), чтобы получить лицензию на право использования его интерпретатора языка Бейсик (BASIC). Они также поинтересовались, не знает ли он операционную систему, которая работала бы на PC. Гейтс посоветовал обратиться к Digital Research, тогда главенствующей компании по операционным системам, но Килдэлл отказался встречаться с IBM, послав вместо себя подчиненного. Что еще хуже, его адвокат даже отказался подписывать соглашение о неразглашении, касающееся еще не выпущенного PC, чем полностью испортил дело. Корпорация IBM снова обратилась к Гейтсу с просьбой обеспечить ее операционной системой.
После повторного запроса IBM Гейтс выяснил, что у местного изготовителя компьютеров, Seattle Computer Products, есть подходящая операционная система DOS (Disk Operating System — дисковая операционная система). Он направился в эту компанию с предложением выкупить DOS (предположительно за $50 000), которое компания Seattle Computer Products с готовностью приняла. Затем Гейтс создал пакет программ DOS/BASIC, и пакет был куплен IBM. Когда корпорация IBM захотела некоторых усовершенствований в программе, Билл Гейтс пригласил для этой работы Тима Патерсона (Tim Paterson), человека, написавшего DOS, ставшего первым служащим еще не оперившейся компании Гейтса Microsoft. Видоизмененная система была переименована в MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System) и быстро заняла доминирующее положение на рынке IBM PC. Самым важным оказалось решение Гейтса (как оказалось, чрезвычайно мудрое) продать MS-DOS компьютерным компаниям для установки вместе с их оборудованием, в отличие от попыток Килдэлла продавать СР/М конечным пользователям (по крайней мере, на начальной стадии).
Когда в 1983 году появился компьютер IBM PC/AT с центральным процессором Intel 80286, система MS-DOS уже прочно стояла на ногах, а СР/М доживала свои последние дни. Позже система MS-DOS широко использовалась на компьютерах с процессорами 80386 и 80486. Хотя первоначальная версия MS-DOS была довольно примитивна, последующие версии системы выходили с все лучше разработанными свойствами, включая многое, позаимствованное от UNIX. (Корпорация Microsoft была неплохо информирована о системе UNIX и даже продавала ее микрокомпьютерную версию XENIX в первые годы своего существования.)
СР/М, MS-DOS и другие операционные системы для первых микрокомпьютеров полностью основывались на вводе команд с клавиатуры. Затем, благодаря исследованиям, проведенным в 60-е годы Дагом Энгельбартом (Doug Engelbart) в научно-исследовательском институте Стэнфорда (Stanford Research Institute), это свойство операционных систем изменилось. Энгельбарт изобрел графический интерфейс пользователя (GUI, Graphical User Interface, произносимый как «гуи»), состоящий из окон, значков, различных меню и мыши. Эту идею переняли разработчики из Xerox PARC и встроили в сконструированные ими машины.
Однажды Стив Джобс(Steve Jobs), тот самый, который изобрел компьютер Apple в своем собственном гараже, посетил PARC, где увидел GUI и тотчас осознал его потенциальную ценность, практически не осознаваемую руководством Xerox [307]. Тогда Джобс приступил к созданию Apple с графическим интерфейсом. Это привело к проекту Lisa, который был слишком дорог и потерпел коммерческую неудачу. Вторая попытка Джобса, Apple Macintosh, имела огромный успех не только из-за дешевизны, но и потому, что на нем работал дружественный интерфейс, то есть предназначенный для пользователей, ничего не знающих о компьютерах и, более того, вовсе не желающих чему-либо обучаться.
Когда корпорация Microsoft решила создать преемника MS-DOS, она находилась полностью под влиянием успехов компании Macintosh. Была разработана система, получившая название Windows, базой для которой послужил GUI. Система Windows первоначально работала поверх MS-DOS (то есть это была скорее оболочка, чем настоящая операционная система). На протяжении 10 лет, с 1985 по 1995 год, система Windows исполняла роль графической среды поверх MS-DOS. Однако в 1995 году вышла в свет автономная версия Windows 95. Она включила в себя множество особенностей операционной системы MS-DOS, но только для загрузки и выполнения старых программ. В 1998 году была выпущена слегка измененная версия этой системы, получившая название Windows 98. Тем не менее и Windows 95, и Windows 98 все еще содержат большое количество программ 16-разрядного ассемблера Intel.
Другой операционной системой Microsoft стала Windows NT (NT означает New Technology — новая технология), которая на определенном уровне совместима с Windows 95, но ее ядро написано полностью заново. Это целиком 32-разрядная система. Дэвид Катлер (David Cutler), главный разработчик Windows NT, был также одним из создателей операционной системы VMS для компьютеров VAX, поэтому некоторые идеи системы VMS присутствуют и в NT. Корпорация Microsoft ожидала, что первая же версия NT вытеснит MS-DOS и все другие версии Windows, так как это была система, намного превосходящая предыдущие, но надежда не оправдалась. И только системе Windows NT 4.0 наконец-то удалось получить относительно широкое распространение, особенно в корпоративных сетях. Версия Windows NT 5.0 была переименована в Windows 2000 в начале 1999 года. Она должна была стать преемником и Windows 98, и Windows NT 4.0. Но этому также не было суждено случиться, поэтому корпорация Microsoft выпустила еще одну версию Windows 98, названную Windows Me (Millennium edition — выпуск тысячелетия).
Главным соперником Windows в мире персональных компьютеров становится система UNIX (и ее различные производные). UNIX является самой сильной системой для рабочих станций и других компьютеров старших моделей, таких как сетевые серверы. Она стала особенно популярна на машинах с высокопроизводительными RISC-процессорами (RISC, reduced instruction set computer — компьютер с сокращенным набором команд). На компьютерах с процессорами Pentium популярной альтернативой Windows для студентов и других разнообразных пользователей становится Linux (в дальнейшем мы будем использовать термин «Pentium», подразумевая Pentium I, II, III и 4).
Хотя многие пользователи UNIX, особенно опытные программисты, предпочитают командный интерфейс графическому, почти все UNIX-системы поддерживают оконную систему, созданную в Массачусетском технологическом институте. Она называется X Windows. Эта система оперирует основными функциями окна, позволяя пользователю создавать, удалять, перемещать окна и изменять их размеры с помощью мыши. Часто поверх системы X Windows может быть установлен полный графический интерфейс, например Motif, придающий системе UNIX внешний вид системы типа Microsoft Windows или как у компьютера Macintosh.
С середины 80-х годов начали расти и развиваться сети персональных компьютеров, управляемых сетевыми и распределенными операционными системами В сетевой операционной системе пользователи знают о существовании многочисленных компьютеров, могут регистрироваться на удаленных машинах и копировать файлы с одной машины на другую. Каждый компьютер работает под управлением локальной операционной системы и имеет своего собственного локального пользователя (или пользователей).
Сетевые операционные системы несущественно отличаются от однопроцессорных операционных систем. Ясно, что они нуждаются в сетевом интерфейсном контроллере и специальном низкоуровневом программном обеспечении, поддерживающем работу контроллера, а также в программах, разрешающих пользователям удаленную регистрацию в системе и доступ к удаленным файлам. Но эти дополнения, по сути, не изменяют структуры операционной системы.
Распределенная операционная система, напротив, представляется пользователям традиционной однопроцессорной системой, хотя она и составлена из множества процессоров. При этом пользователи не должны беспокоиться о том, где работают их программы или где расположены файлы; все это должно автоматически и эффективно обрабатываться самой операционной системой.
Чтобы создать настоящую распределенную операционную систему, недостаточно просто добавить несколько страниц кода к однопроцессорной операционной системе, так как распределенные и централизованные системы имеют существенные различия. Распределенные системы, например, часто позволяют прикладным задачам одновременно обрабатываться на нескольких процессорах, поэтому требуется более сложный алгоритм загрузки процессоров для оптимизации распараллеливания.
Наличие задержек при передаче данных в сетях означает, что эти алгоритмы должны работать с неполной, устаревшей или даже неправильной информацией. Эта ситуация радикально отличается от однопроцессорной системы, в которой операционная система обладает полной информацией относительно состояния системы.
Онтогенез повторяет филогенез
После опубликования книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов» немецкий зоолог Эрнст Хэккель (Ernst Haeckel) сформулировал правило: «Онтогенез повторяет филогенез». Сказав это, он имел в виду, что развитие зародыша (онтогенез) повторяет эволюцию видов (филогенез). Другими словами, человеческая яйцеклетка от момента оплодотворения до того, как стать человеческим ребенком, проходит через состояния рыбы, свиньи и т. д. Современные биологи считают такую модель очень сильно и грубо упрощенной, но все же в ней присутствует зерно истины.
Нечто подобное произошло в компьютерной промышленности. Каждый новый вид (мэйнфрейм, мини-компьютер, персональный компьютер, встроенный компьютер, смарт-карта и т. д.) проходит, видимо, через те же стадии развития, что и их предки. Первые мэйнфреймы программировались полностью на языке ассемблера. Даже такие сложные программы, как компиляторы и операционные системы, в те времена писали на ассемблере. Когда появились мини-компьютеры, на мэйнфреймах уже стали обычными Фортран, Кобол и другие языки программирования высокого уровня, но тем не менее на новых мини-компьютерах программировали на ассемблере (из-за недостатка памяти). Когда были созданы микрокомпьютеры (самые первые персональные компьютеры), программирование на них также велось на ассемблере, несмотря на то, что к этому времени на мини-компьютерах уже применялось программирование на языках высокого уровня. Карманные компьютеры тоже начинались с ассемблерных программ, но очень быстро перешли на языки высокого уровня (в основном за счет того, что к тому моменту они уже разрабатывались на больших машинах). То же самое относится и к смарт-картам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
