Операционные системы Microsoft Windows для настольных персональных компьютеров

     Windows 3.11 For Workgroups. К 1993 году мощность компьютеров серьезно увеличилась, а цены даже на наиболее мощные модели сильно упали, что позволило более широко применять их в сфере бизнеса. Получили развитие различные сетевые технологии, что позволяло объединить вычислительные мощности и ресурсы нескольких компьютеров для выполнения поставленных задач. Но и увеличились требования к надежности операционных систем и высокому уровню их защиты от «взломов» и несанкционированного доступа.

     Поэтому в начале 1994 года Microsoft выпускает Windows 3.11 For Workgroups. Эта система была изначально ориентирована на сетевое применение, благодаря встроенным сетевым средствам и введению таких понятий как сервер (в данном контексте имеется в виду отдельный “физический” компьютер) и сетевые ресурсы. Была проделана большая работа по увеличению производительности благодаря 32-битному доступу к файлам (прирост производительности относительно 16-битного доступа составляет 30-100 %), добавлены драйвера новых виртуальных устройств, реализован файловый кэш и др. Чисто внешне новая система выглядела также как и 3.1 и могла работать со всеми приложениями, под нее написанными. Нужно отметить, что система не могла работать с процессорами «младше» 80286 (8086 и более ранние модели). Также в нее впервые была встроена поддержка мультимедиа-технологий.

      Подводя итог, можно сказать, что это была первая «серьезная» система Microsoft. Выход этой ОС предзнаменовал собой раскол ОС от Microsoft на «домашние» и «серверные». 
 
 
 
 

3.3. Windows 95

      К концу 1994 года стало ясно, что Microsoft разрабатывает абсолютно новую операционную систему. Кто-то считал, что это будет Windows 4.0, однако, очень скоро выяснилось, что официально новая ОС  будет называться Windows 95. Различные периодические издания будоражили слухи о значительно переработанном API, новом графическом интерфейсе, богатейших возможностях новой ОС, предрекалась скорая «смерть» DOS. Считалось, что система будет эдаким симбиозом Windows 3.1 и Windows NT (разговор об этой ОС позднее), плюс множество новых задумок и технологий. Хотя кое-кому не понравился тот факт, что новая ОС разрабатывалась как полностью 32 разрядная, соответственно, не допускавшая установку на 16-разрядный 286-й процессор. В итоге в конце августа 1995 года новая ОС увидела свет. Только за первый год существования Windows 95 было продано более 40 миллионов лицензионных копий этой ОС. В чем же секрет феноменального успеха?

      Для начала отметим официальные системные  требования ОС:

Процессор — не ниже 386DX (рекомендуется 486DX);

ОЗУ — не менее 4 Мбайт (рекомендуется 12 Мбайт);

Место на жестком диске — не менее 100 Мбайт (рекомендуется 200 Мбайт плюс место для файла подкачки).

Видеоадаптер — VGA с поддержкой режима 640*480 точек при отображении 16 цветов (рекомендуется поддержка 256 цветов и частоты обновления экрана не менее 75 Гц).

      Естественно, данные параметры необходимы для  работы самой ОС, для работы приложений может потребоваться увеличение системных ресурсов в 10 раз.

      Windows 95 являлась 32-разрядной ОС (нельзя  сказать, что на  100% , т.к. часть кода была 16-разрядной). Ядро системы, по сравнению с версией 3.1 было серьезно переработано (говорить – написано с нуля было бы неверно, т.к. даже в ядре Windows 98 были компоненты 1988 года разработки, предназначенные для версии 3.0), что-то было унаследовано от Windows NT. Для работы периферийных устройств требовались совершенно новые 32-разрядные драйвера, правда, стандартная поставка ОС комплектовалась драйверами для всех Windows 95-сертифицированных устройств (а таких было немало). API был серьезно переработан и предоставлял разработчикам ПО более широкие возможности для создания приложений, нежели для предыдущих версий Windows. Довольно органичным дополнением Windows 95 явились опциональные (дополнительные), впрочем, совершенно бесплатные, библиотеки DirectX.

Они предназначались  для прямого доступа к оборудованию, с целью достижения максимального  быстродействия. Первая версия DirectX появилась  почти сразу после выхода Windows 95. Она содержала  библиотеки DirectDraw (первоначально предназначалась для создания полноэкранных приложений с видеорежимом, отличным от используемого в текущий момент в операционной системе) и DirectSound (используется для аппаратной обработки звука). Используется DirectX для работы приложений, использующих мультимедиа (от плееров до игр). Все это логично объясняет тот огромный поток  программ для Windows 95, который хлынул сразу после появления новой ОС. Фактически, к середине 1997 года приложений под MS-DOS и Windows 3.x не разрабатывалось вообще. Новая структура ОС обусловила появление реестра (Registry). Реестр является централизованной базой данных ОС. Размер реестра может достигать нескольких Мбайт, а сам реестр хранится в файле system.dat и содержит сведения   как об установленных программах, так и всех параметрах системы (настройки драйверов и прочее). Последнее обстоятельство обусловило тот факт, что некоторые пользователи с помощью настройки реестра (запускается файлом RegEdit.exe) иногда добиваются некоторого увеличения производительности, а в некоторых случаях  и надежности системы. Впрочем, это не означает, что редактировать реестр может каждый (как правило, этим занимаются только очень  опытные пользователи). Отныне радикально изменились некоторые аспекты работы с приложениями. Например, для удаления приложения нельзя «по старинке» удалить его файлы. Для данной процедуры необходимо воспользоваться стандартными средствами ОС – только такой способ обеспечит корректное удаление приложения (удаление соответствующих записей  реестра и, конечно, соответствующих файлов). Такое нововведение имеет и неоспоримые плюсы – например, многие приложения оставляют после удаления конфигурационные файлы (занимающие, как правило, всего сотни байт), чтобы при повторной установке не пришлось настраивать все заново. ОС обладала наиболее универсальной поддержкой режима DMA для различной аппаратуры (вплоть до интерфейса Ultra DMA 100). Также сохранился механизм унифицированной настройки аппаратуры (настройка для конкретного приложения, как правило, не требовалась). Поддерживалась технология Plug'n'Play (PnP, в «серьезной» интерпретации подключи-и-работай). Смысл ее заключался в том, что устройства, совместимые с ОС, могли полностью настраиваться автоматически (Windows определяла их тип и устанавливала соответствующий драйвер, если таковой имелся). Фактически, пользователь выбирал лишь режим работы применительно к конкретному приложению (например, выбор разрешения, глубины цвета и др.). Что же касается внешнего вида, то Windows 95 обладала совершенно новым графическим интерфейсом, походившим довольно сильно на интерфейс компьютеров Macintosh (что привело к неоднократным судебным разбирательствам между Microsoft и Apple). С помощью дополнительной программы Microsoft Plus! (в отличие от DirectX, стоившей денег) и без того приятный внешний вид ОС можно было улучшить (при наличие качественной видеокарты ярлыки могли быть преобразованы в 16-разрядную глубину цвета, программа содержала тематические наборы «обоев» рабочего стола, стандартных ярлыков, системных звуков), впрочем, это не было единственным предназначением программы (она содержала органайзер, средства работы с Internet и другое). Необходимо также отметить, что в данной ОС впервые появилась (на IBM PС) концепция рабочего стола, весьма естественно отражающая реальную жизнь, а также сопутствующие элементы (такие, как корзина). Все это и обеспечила феноменальную популярность этой ОС на PC-совместимых компьютерах во всем мире.

      Но, как известно, «даже на солнце есть пятна», что означает, что пора поговорить и о недостатках данной ОС. С одной стороны, по словам Microsoft, Windows 95 обеспечивала высокий уровень надежности и отказоустойчивости, на деле же достаточно одного приложения, чтобы «повесить» всю систему. Также ОС, изначально ориентированная на процессоры Intel, плохо работала с процессорами AMD и Cyrix, что породило множество мифов о плохом качестве данных процессоров. К тому же, ОС часто была «виновата» сама в крахах системы (даже сейчас в любом Internet-форуме вы всегда найдете сообщение, в котором о Windows, не без основания, скажут не самые лестные слова). Однако это не помешало завоевать детищу Microsoft беспрецедентную популярность. К тому же очень скоро последовали различные исправления (для продуктов Microsoft это так называемые Service Pack'и), и новые версии ОС.

      Через некоторое время после выхода Windows 95, когда страсти немного поулеглись, в различных изданиях появились многочисленные статьи о «гипотетических» будущих Windows (Windows 96, «Cairo» и прочих проектах). Говоря объективно, все это практически не имело никакого отношения к линейке Windows 9x, рассматриваемой в данном разделе. Как правило, все, о чем писалось, было воплощено в Windows NT 4.0 или Windows 2000. Тем не менее, Microsoft действительно готовила новую ОС, вернее сказать, новую редакцию уже вышедшей Windows 95. Это было обусловлено некоторыми вполне объективными причинами. Во-первых, как уже указывалось, надежность работы Windows 95 оставляла желать много лучшего. Во-вторых, все большее количество устройств получало полноценные драйвера для работы в Windows 95, а из-за низкого распространения различных онлайновых служб и сети Internet, как правило, эксплуатировались те драйвера, которые приходили вместе с соответствующим оборудованием. Все это и вынудило Microsoft в конце 1996 года выпустить Windows 95 OSR 2 (Operation System Release 2). Опишем вкратце эту ОС.

      Было  исправлено множество ошибок, имевших  место в оригинальной Windows 95 (в  особенности это касалось работы со специфическими устройствами, например принтерами). Во-вторых, была серьезно расширена база драйверов, старые драйвера (подчас «сырые») были, в большинстве, обновлены. ОС комплектовалась браузером Internet Explorer 3.0. И, наконец, одной из важнейшей особенностью OSR 2 явилась поддержка файловой системы FAT32 (File Allocation Table – таблица размещения файлов). Вкратце опишем ее преимущества.

      Одним из распространенных заблуждений является то, что файл занимает на диске столько  места, каков его размер (например, текст из 2-х символов занимает 2 байта). Это отнюдь не так. Реальный объем  занятого дискового пространства занятого файлом определяется по следующей формуле space = ((size div clsize) + 1)*clsize. Сделаем пояснения: space – искомая величина, size – размер файла, clsize – размер кластера диска, div – операция целочисленного деления. Из формулы ясно, что как бы ни был мал файл, во-первых, он не может занимать место меньше размера кластера, во-вторых, объем занимаемый на диске, кратен размеру кластера. Совершенно понятно, что чем меньше размер кластера, тем больше место, занимаемое файлами, «соответствует действительности». Работа с дисками построена так, что статус каждого кластера должен быть описан (причем далеко не одним байтом). Вполне ясно, что если размер кластера сравняется с длиной его описания, то FAT (как раз в ней хранятся описания всех кластеров) будет занимать половину дискового пространства. Понятно, что это недопустимо, и что приходится идти на компромисс, получая лучшие соотношения между размером FAT и экономией дискового пространства. Надо отметить, что большинство файловых систем (за исключением NTFS) требуют фиксированного количества кластеров, и соответственно, чем больше диск, тем больше кластер, и тем меньше экономия его (диска) емкости. Воспользовавшись тем, что на больших дисках, использовавших FAT16, размер кластера был 64 Кбайт, проведем небольшой расчет. Допустим, на таком диске находится 100000 файлов по 100 байт каждый. Получается, что их реальный объем около 10 Мбайт, а занимают они 6.4 Гбайт!!! Пример  очень наглядно показывает всю серьезность проблемы. Надо отметить, что в 1996 году выпускались диски объемом 9 Гбайт (стоимостью не менее 3000 $), следовательно, объем кластера мог достигнуть 512 Кбайт. Фактически, такие диски давали преимущества только при хранении больших файлов (например, видеоклипов). Необходимо было срочное решение проблемы. И оно было найдено. Все диски объемом 2 Гбайт и более рекомендовалось отформатировать в файловую систему FAT32. Увеличив  разрядность FAT, увеличили число кластеров настолько, что для диска объемом 12.1 Гбайт размер кластера составлял всего 8 Кбайт. Реальный выигрыш, например, для диска офисного компьютера объемом 1 Гбайт составлял 200 Мбайт! Именно благодаря этому обстоятельству очень часто производился переход с Windows 95 на OSR 2 только ради  FAT 32.

      Конечно, внедрение FAT32 было большим прогрессом, драйвера тоже были отнюдь не лишними. Однако с исправлением ошибок получилось согласно популярной компьютерной поговорке «В новой версии исправлены старые ошибки и добавлены новые». Конечно, шутки шутками, но реально надежность ОС практически не увеличилась. Заядлые игроки, конечно, могли и потерпеть, а вот тем пользователям, кому надежность работы компьютера была важна, приходилось переходить на сложную Windows NT. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.4. Windows 98

      Время шло. Компьютерная индустрия не стояла на месте. Летом 1997 года Intel выпустила процессоры Pentium II (архитектурный аналог  Pentium Pro, также содержащий инструкции MMX), с осени того же года в материнских платах с чипсетом Intel i440LX (предназначен для процессоров Pentium II 233-333 МГц) появился новый разъем AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт), предназначенный для использования новых видеокарт со сверхвысокой (по тем временам) пропускной способностью (до 528 Мбайт/с). Однако, для полноценного использования видеокарт в таком разъеме была необходима поддержка AGP со стороны ОС. Это вызвало необходимость появления, как минимум, дополнения для существующих ОС, и такое дополнение появилось. Оно доводило Windows 95 OSR 2 до OSR 2.1, внося как поддержку AGP, так и USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина), позволяя производить тонкую программную настройку таких устройств, как мониторы и акустические системы, а также проводить обмен с цифровыми фото- и видеокамерами. Также появились новые оптические накопители DVD-ROM (а позднее и DVD-RAM). Этот вид накопителей также требовал поддержки ОС (поддержка новой файловой системы, нового кода коррекции ошибок и др.). Также наблюдался серьезный рост количества пользователей сети Internet, и назревала необходимость учесть эту тенденцию в ходе разработок новых ОС, в частности интегрировать ОС и Web. К тому же не был решен вопрос о повышении стабильности пользовательских Windows.

      В итоге, в марте 1998 года появилась Windows 98.

      Системные требования выросли – для работы в этой ОС желательно иметь процессор Pentium 150 МГц и 32 Мбайт памяти. Теперь, что касается новшеств. Появилась полноценная поддержка AGP, USB, DVD-ROM и множества других устройств. ОС была интегрирована с Internet: отныне работать с глобальной сетью можно было в «проводнике» и в других программах, для этого в программах появился такой элемент, как адресная строка, интерфейс стал схож с Internet Explorer (кстати сказать, ОС комплектовалась версией 4.0 этого браузера). Была проведена тщательная работа по повышению стабильности работы ОС. Отчасти это удалось. К тому же, ОС комплектовалась программой Windows Update, которая, при наличии подключения к Internet, могла определять компоненты ОС, которые можно обновить, и устанавливала соответствующие обновления. А под толстым слоем «косметики» кроются изменения в ядре ОС, в частности, был частично переписан механизм управления ОЗУ (многое было заимствовано из Windows NT). Какая же судьба ждала новую ОС? В первую очередь, ее устанавливали те пользователи, которые имели указанное выше новейшее оборудование, а таких со временем становилось все больше. Однако популярность новой ОС была значительно ниже. Во-первых, не было таких приложений, которые работали бы под Windows 98 и не работали бы под Windows 95 (и наоборот). Во-вторых, во многих офисных или школьных компьютерах объем ОЗУ не превышал 16 Мбайт, что, все-таки, недостаточно для нормальной работы под Windows 98 (я не говорю о комфортной работе – для нее нужно не менее 64 Мбайт). В-третьих, были просто «консервативные» пользователи, которые не желали расставаться со старой ОС, не получая очевидных преимуществ. Однако ОС заняла определенную нишу на рынке, и удерживала ее до появления Windows 98 SE. 
 
 
 
 
 

3.5. Windows 98 SE

      Прошел 1998 год, наступил 1999. В феврале 1999 года Intel выпустила процессор Pentium III (архитектурный аналог Pentium II, добавлен набор инструкций SSE), ранее был выпущен чипсет Intel i440BX (предназначен для процессоров Pentium II 350-450 МГц и Pentium III 450-600 МГц, иногда используется для построения систем на базе Celeron и Pentium III до 1000 МГц) и i440GX (предназначен для процессоров Pentium II Xeon и Pentium III Xeon). Эти два чипсета в том числе расширили возможности AGP, представив интерфейс AGP 2.0. Вполне понятно, что для этих новшеств нужна была программная поддержка, в частности, на уровне ОС. Стабильность же работы Windows 98 оставляла желать лучшего. Все эти обстоятельства привели к выпуску в июне 1999 года Windows 98 SE (Second Edition – второе издание).

      Ядро  ОС практически не изменилось. Для  поддержки новых режимов AGP были написаны новые драйвера. В поставку ОС был включен новейший браузер Internet Explorer 5.0, умевший сохранять web-страницы со всей графической начинкой, а также поддерживавший инструкции SSE (данные инструкции находят свое применение, в основном, в двух областях: в Internet для воспроизведения сложных объемных объектов, и в 3-х мерной графике, повышая до 50% эффективность работы процессора при расчете геометрии). В очередной раз была проделана работа по увеличению стабильности работы системы, однако радикальных изменений не произошло. Внешний вид ОС совершенно не изменился.

      Подводя итог, можно сказать, что Windows 98 SE заняла место оригинальной Windows 98, т.к. системные  требования не были повышены, а сама ОС была ничем не хуже оригинала. 
 

3.6. Windows ME

      В октябре 1999 г. Intel перевела процессоры Pentium III на 0.18 мкрн технологический процесс. Это позволило не только сильно поднять  тактовую частоту (в феврале 2000 года уже существовали 1000 МГц-процессоры), но и радикально изменить архитектуру кэш-памяти 2-го уровня (что положительно сказалось на быстродействии). Для этих новых процессоров был разработан новый чипсет Intel i820 (предназначен для 0.18 мкрн процессоров Pentium III 500-1000 МГц), использовавший радикально новый вид ОЗУ - RDRAM.  Понятно, что для эффективной работы с данной памятью придется изменить механизм управления ОЗУ. Вот первая предпосылка для появления новой ОС. Во-вторых, в октябре 1999 года AMD представила процессоры Athlon. Впервые Intel потеряла майку лидера (1333 МГц процессор Athlon с слегка модифицированным ядром Thunderbird уверенно опережает 1500 МГц Pentium 4 практически во всех приложениях) – применение более совершенных процессоров как для целочисленных операций, так и для операций с плавающей запятой (бывшая традиционная ахиллесова пята процессоров AMD), использование системной шины EV-6, унаследованной от процессоров Alpha, а также модифицированный набор инструкций 3DNow! (функциональные аналоги SSE) обеспечили процессору Athlon однозначное лидерство над Pentium III. В такой ситуации Microsoft уже не могла проводить политику «дискриминации» не-Intel процессоров. К стабильности работы Windows 98 SE по-прежнему предъявлялись серьезные претензии (некоторые пользователи даже переходили на альтернативные ОС, такие как Linux, UNIX, BeOS и другие). Все это было, что называется, руководством к действию.