История развития Операционных систем

Министерство  образования и науки Российской Федерации 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская  государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)»

 

 

ТЕМА ДОКЛАДА

ИСТОРИЯ ОПРЕАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор работы: Студент  группы АС-10И2

Байбара Павел  Александрович

 

Руководитель: Мызникова  Татьяна Александровна

 

 

 

Омск 2012

Содержание

 

 

Введение

Изучение истории развития ОС показывает, что все существенные продвижения в области архитектуры  ОС связаны с влиянием двух основных факторов:

• прогресс технологии, приводящий к быстрому возрастанию характеристик аппаратуры ЭВМ и к появлению принципиально новых типов аппаратуры;
• принципиально новые идеи, возникающие у проектировщиков.

Такие технологические  прорывы, как изобретение магнитных  дисков, микропроцессоров, создание высококачественных видеомониторов, требовали радикальных изменений в технологии работы с компьютером. С другой стороны, некоторые идеи в области организации вычислительного процесса и интерфейса дали серьезный толчок совершенствованию архитектуры компьютеров.

Не зная хотя бы в общих чертах основных этапов развития аппаратного и программного обеспечения, трудно понять многие особенности современных ОС.

1. Назначение  операционных систем

Операционная  система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны.

В соответствии с этим определением ОС выполняет  две группы функций:

• предоставление пользователю или программисту расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;
• повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

 

Ресурсом является всякий объект, который может распределяться операционной системой между вычислительными процессами в ЭВМ. Различают аппаратные и программные ресурсы ЭВМ.

К аппаратным ресурсам относятся:

• микропроцессор (процессорное время) ;
• оперативная память ;
• периферийные устройства;

К программным ресурсам : доступные пользователю программные средства для управления вычислительными процессами и данными.

 

Операционная  система распределяет ресурсы в  соответствии с запросами пользователей  и возможностями ЭВМ и с  учетом взаимодействия вычислительных процессов. Считается, что ресурс работает в режиме разделения, если каждый из вычислительных процессов занимает его в течение некоторого интервала времени.

Операционная  система является посредником между  ЭВМ и её пользователем. Она делает работу с ЭВМ более простой, освобождая пользователя от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими.

Например, чтобы считать или  записать информацию на дискету, надо:

• Запустить двигатель вращения дискеты
• Управлять шаговым двигателем перемещения головки
• Следить за индикатором присутствия дискеты
• Выбрать номер блока на диске
• Выбрать дорожку
• Выбрать номер сектора на дорожке  и.т.д.

Все эти функции берет на себя операционная система.

2.  История развития операционных систем

История развития операционных систем насчитывает уже много лет. Так как операционные системы появились и развивались в процессе конструирования компьютеров, то эти события исторически тесно связаны. Поэтому чтобы представить, как выглядели операционные системы, рассмотрим несколько следующих друг за другом поколений компьютеров.

 

Первый настоящий цифровой компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэббиджем (Charles Babba ge, 1792-1871). Это была чисто механическая машина, а технологии того времени не были достаточно развиты для изготовления многих деталей и механизмов высокой точности. Не стоит и говорить, что его аналитическая машина не имела операционной системы.

После безуспешных усилий Бэббиджа прогресса в конструировании цифровых компьютеров практически не наблюдался вплоть до Второй мировой войны, которая стимулировала взрывную активизацию работ над ними. Профессор Джон Атанасов (Qohn Atanasoff) и его аспирант Клиффорд Берри (Clifford Berry) создали в Университете штата Айовы конструкцию, которая сейчас считается первым действующим цифровым компьютером. В ней использовалось 300 электронных ламп.

Примерно в то же время Конрад Цузе (Konrad Zuse) в Берлине построил Z3, компьютер, основанный на использовании механических реле. В 1944 году группой в Блетшли Парк, Великобритания, был построен Колоссус, в Гарварде Говардом Айкеном (Howard Aiken) был построен Марк I, а в Университете штата Пеннсильвания Вильям Мочли (William Mauchley) и его аспирант Джон Преспер Эккерт (J. Presper Eckert) построили Эниак.

Некоторые из этих машин были цифровыми, в некоторых использовались электронные лампы, а работу некоторых из них можно было программировать, но все они были весьма примитивно устроены и тратили многие секунды на производство даже самых простых вычислений. Все эти машины стоили больших денег, потребляли бешеное количество электроэнергии и регулярно ломались.

В конце 40-х годов XX века, в сложившихся условиях, машинное время стоило очень дорого, очень остро встала проблема повышения эффективности использования оборудования, и прежде всего центрального процессора. Возникла великая идея – использовать сам компьютер для повышения эффективности работы с ним же.

Важным шагом на этом пути стало возложение на специальную компьютерную программу части тех функций, которые до этого выполнял оператор или сам программист.

Программы такого рода назывались обычно мониторами. Монитор принимал команды, состоящие, как правило, из 1-2 букв названия и 1-3 аргументов, заданных 8-ричными или 16-ричными числами.

Несмотря на убогость, по нынешним меркам, подобных средств, они в свое время значительно повысили производительность работы программистов. Однако кардинального повышения загрузки процессора не произошло.

Временем широкого распространения  мониторов в мире были 50-е годы прошлого века (в СССР – 60-е годы). В настоящее время нечто подобное можно встретить на самых примитивных микропроцессорных контроллерах.

2.1 Пакетные  ОС

В середине 50-х годов изобретение и применение транзисторов радикально изменило всю картину. Компьютеры стали достаточно надежными, появилась высокая вероятность того, что машины будут работать довольно долго, выполняя при этом полезные функции.

Машины, называемые теперь мэйнфреймами, располагались в специальных комнатах с кондиционированием воздуха, где ими управлял целый штат профессиональных операторов. Только большие корпорации, правительственные учреждения или университеты могли позволить себе технику, цена которой исчислялась миллионами долларов.

Историю собственно ОС можно начать с появления в  конце 50-х годов первых систем, организующих работу по пакетному принципу.

Важнейшим организационным  изменением, происшедшим на этом этапе  развития, стало массовое изгнание программистов из машинных залов, как  фактора, лишь вносящего сумятицу в  работу.

Теперь от программиста требовалось собрать пакет перфокарт, содержащий его программу, данные к ней, а также управляющие перфокарты. Эти карты на специально разработанном языке управления заданиями (JCL, Job Control Language) объясняли операционной системе, чье это задание, что нужно сделать с программой, что предпринять в случае успешной трансляции, что – при наличии ошибок, откуда взять исходные данные.

Обойтись без  столь подробных инструкций было нельзя, потому что программист не присутствовал при запуске задания  и не мог вмешаться лично.

Подготовленный  пакет передавался, вместе с другими  подобными пакетами, оператору ЭВМ, перед которым стояли две основные задачи: чтобы в устройстве ввода  не переводились пакеты заданий и  чтобы в принтере не кончилась  бумага. Когда процессор заканчивал обработку задания и печать его результатов, он вводил следующий пакет и приступал к его обработке. Так достигалась основная цель пакетного режима – исключить простои процессора из-за нерасторопности людей.

В скором времени  разработчики ОС осознали, что вычерпаны далеко не все резервы повышения загрузки процессора. Операции ввода и печати требовали лишь очень небольшой доли от полной производительности процессора. Целесообразно было найти способ, чтобы в эти периоды ожидания загрузить процессор другой работой. Но для этого необходимо, чтобы в памяти процессора находились сразу несколько программ, тогда ОС смогла бы переключать процессор на выполнение той программы, которая в данный момент может работать.

Такая организация  работы, когда в памяти находятся  несколько программ и система в определенные моменты переключает выполнение с одной программы на другую, была названа мультипрограммированием. Эта важная идея в разных воплощениях пережила те пакетные системы, в которых она впервые была реализована, и является основой для функционирования практически всех современных ОС.

Среди наиболее развитых пакетных ОС с мультипрограммированием  нельзя не назвать OS/360, основную ОС знаменитого в 60-70 гг. семейства ЭВМ IBM 360/370.

2.2 ОС с разделением  времени

На рубеже 60-70 гг. распространенным и не слишком дорогим периферийным устройством становятся мониторы. При этом процессор и ОЗУ остаются самыми дорогими и громоздкими устройствами вычислительной системы. В этих условиях возникает и быстро приобретает популярность принципиально новый тип ОС – системы с разделением времени.

К одной ЭВМ подключается несколько десятков рабочих мест, оборудованных дисплеем (монитор + клавиатура) и совместно использующих вычислительные ресурсы ЭВМ. Процессорное время  делится на кванты длительностью в несколько десятков миллисекунд и по истечении каждого кванта процессор может быть переключен на обслуживание другого процесса, другого дисплея. Поскольку теперь подготовку текстов программ выполняют сами программисты за дисплеями, а работа по редактированию текста требует очень малых затрат процессорного времени, процессор успевает обслужить все рабочие места практически без ощутимой задержки. При этом, разумеется, средняя скорость работы каждой программы уменьшается, по крайней мере во столько раз, сколько программ выполняется одновременно.

Первая универсальная система с режимом разделения времени CTSS (Compatible Time Sharing System) была разработана в Массачусетском технологическом институте (M.I.T.) на специально переделанном компьютере IBM 7094 (Corbato et al., 1962).

После успеха системы CTSS Массачусетский технологический институт, исследовательские лаборатории Bell Labs и корпорация General Electric начали разработку универсальной общей компьютерной системы — машины, которая должна была поддерживать одновременную работу сотен пользователей в режиме разделения времени. Проектировщики этой системы, известной как MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service — мультиплексная информационная и вычислительная служба), представляли себе одну огромную вычислительную машину, воспользоваться услугами которой мог любой проживающий в окрестностях Бостона человек.

Режим разделения времени  стал огромным облегчением для программистов, которые вновь смогли в некоторой  степени почувствовать себя «хозяевами» ЭВМ и получили возможность запускать программы на трансляцию и отладку хоть каждые 5 минут. Это позволило сократить сроки разработки и отладки программ.

Для трудоемких вычислительных заданий, предусматривающих счет по ранее отлаженным программам, режим разделения времени менее эффективен, чем пакетный, поскольку частое переключение процессора между выполняемыми программами требует дополнительных затрат времени.

Первоначально в качестве аппаратной основы систем разделения времени использовались мейнфреймы. Но к середине 70-х годов наряду с мэйнфреймами широкое распространение получили мини-компьютеры, такие как PDP-11, Nova, HP. Мини-компьютеры первыми использовали преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера.

Архитектура мини-компьютеров  была значительно упрощена по сравнению  с мэйнфреймами, что нашло отражение  и в их операционных системах.

Важной вехой в истории  мини-компьютеров и вообще в истории операционных систем явилось создание ОС UNIX.

UNIX зародился в лаборатории  Bell Labs фирмы AT&T более 40 лет назад.  В 1969 году Кен Томпсон, стремясь  реализовать идеи, которые были  положены в основу MULTICS, но на  более скромном аппаратном обеспечении  ( DEC PDP-7 ), написал первую версию новой операционной системы, а Брайан Керниган придумал для нее название -UNICS ( UNIplexed Information and Computing System ) - в противовес MULTICS ( MULTIplexed Information and Computing Service ).И при очередном копировании, две последние буквы «CS» были сокращены до «X», так работа переросла в операционную систему UNIX , ставшую популярной в академических кругах, в правительственных учреждениях и во многих компаниях.