Эволюция операционных систем компьютеров различных типов

Обновлено: 03.07.2024

Операционные системы работают как интерфейс между пользователем и компьютерным оборудованием. ОС — это программное обеспечение, которое выполняет основные задачи, такие как ввод, вывод, управление дисками, управление периферийными устройствами и т. д.

Windows, Linux и т. д. — некоторые примеры операционных систем.

Эволюция операционной системы

Операционная система делится на четыре поколения, которые объясняются следующим образом —

Первое поколение (1945–1955 гг.)

Это начало разработки электронных вычислительных систем, которые заменяют механические вычислительные системы. Из-за недостатков механических вычислительных систем, например, скорость вычислений людьми ограничена, и люди могут легко совершать ошибки. В этом поколении нет операционной системы, поэтому компьютерной системе даются инструкции, которые нужно выполнять напрямую.

Пример. Тип используемой операционной системы и устройств — Plug Boards.

Второе поколение (1955–1965)

Система пакетной обработки была введена во втором поколении, где задание или задача могут выполняться последовательно, а затем выполняться последовательно. В этом поколении компьютерная система не оснащена операционной системой, но существует несколько функций операционной системы, таких как FMS и IBSYS.

Пример. Тип используемой операционной системы и устройств — Пакетные системы.

Третье поколение (1965–1980 годы)

Разработка операционной системы была разработана для одновременного обслуживания нескольких пользователей в третьем поколении. Здесь интерактивные пользователи могут общаться через онлайн-терминал с компьютером, поэтому операционная система становится многопользовательской и мультипрограммной.

Пример. Тип используемой операционной системы и устройств — мультипрограммирование.

Четвертое поколение (с 1980 года по настоящее время)

В этом поколении операционная система используется для компьютерных сетей, где пользователи знают о существовании компьютеров, подключенных друг к другу.

Пользователи этого поколения также могут пользоваться графическим пользовательским интерфейсом (GUI), который является чрезвычайно удобным графическим компьютерным интерфейсом, а также началась эра распределенных вычислений.

С появлением новых носимых устройств, таких как смарт-часы, смарт-очки, VRGears и других, также увеличился спрос на обычные операционные системы.

А с появлением новых устройств, таких как носимые устройства, в том числе смарт-часы, смарт-очки, устройства виртуальной реальности и т. д., спрос на нетрадиционные операционные системы также растет.

Пример. Тип операционной системы и используемых устройств — персональные компьютеры

Компьютерное программное обеспечение можно условно разделить на две основные категории: прикладное программное обеспечение и программное обеспечение операционной системы. Приложения — это программы, используемые людьми для выполнения различных задач, таких как написание письма, создание финансовой электронной таблицы или запрос к базе данных клиентов. Операционные системы, с другой стороны, управляют компьютерной системой, на которой работают эти приложения. Без операционной системы было бы невозможно запустить какое-либо прикладное программное обеспечение, которое мы используем каждый день, или даже загрузить компьютер.

На первых компьютерах конца 1940-х годов не было операционной системы. Люди-операторы планировали выполнение заданий и контролировали использование ресурсов компьютера. Поскольку эти первые компьютеры были очень дорогими, основная цель операционной системы в те дни заключалась в том, чтобы сделать аппаратное обеспечение максимально эффективным. Сейчас компьютерное оборудование относительно дешевое по сравнению со стоимостью персонала, необходимого для его эксплуатации, поэтому цель операционной системы эволюционировала, чтобы охватить задачу сделать пользователя максимально эффективным.< /p>

Операционная система работает почти так же, как и другое программное обеспечение. Это набор программ, которые загружаются в память и выполняются процессором. Когда компьютер выключен, он существует только как набор файлов на диске. Основное отличие состоит в том, что после запуска он в значительной степени контролирует как сам процессор, так и другие системные ресурсы. На самом деле операционная система передает управление только для того, чтобы разрешить выполнение других программ. Прикладная программа часто получает контроль над процессорами на короткие промежутки времени для выполнения назначенной ей задачи, но управление всегда возвращается к операционной системе, которая затем может либо использовать сам процессор, либо выделить его другой программе.

Тогда операционная система управляет работой компьютера. Это включает в себя определение того, какие программы могут использовать процессор в любой момент времени, управление системными ресурсами, такими как рабочая память и дополнительная память, а также контроль доступа к устройствам ввода и вывода.Помимо управления самой системой, операционная система должна обеспечивать интерфейс между системой и пользователем, который позволяет пользователю взаимодействовать с системой оптимальным образом.

В наши дни операционная система все чаще предоставляет сложные сетевые функции и, как ожидается, будет совместима с растущим числом коммуникационных устройств и других периферийных устройств. В последние годы реализация интерфейса прикладного программирования (API) стала особенностью большинства операционных систем, что значительно упростило процесс написания прикладных программ для этих операционных систем и создало стандартизированную среду приложений.

Пакетные системы

На заре вычислительной техники планирование вычислительных задач было проблемой, поскольку время работы за компьютером нужно было бронировать заранее, обычно получасовыми блоками или кратными им интервалами. Если оператор столкнулся с проблемами и программа не была успешно завершена за отведенное время, необходимо было забронировать новый временной интервал, и программу пришлось запускать снова с самого начала. Каждая программа должна была быть загружена в память и скомпилирована, прежде чем ее можно было запустить, что могло потребовать значительного времени на настройку. Постепенно были разработаны программные инструменты, которые автоматизировали некоторые задачи по настройке и устранению неполадок, включая компоновщики, загрузчики, компиляторы, ассемблеры и отладчики.

Чтобы улучшить использование вычислительных ресурсов, была разработана концепция пакетной операционной системы. Такая операционная система была разработана в середине 1950-х годов компанией General Motors для использования на мейнфреймах IBM и была известна как монитор. Теперь оператор последовательно объединял отдельные задания и размещал их на устройстве ввода. Монитор загружал и запускал одно задание за раз. По завершении каждое задание возвращало управление монитору, который загружал следующее задание.

В случае возникновения ошибки управление также возвращалось на монитор. Результаты каждого задания отправлялись на устройство вывода, такое как принтер. Поскольку монитор контролировал последовательность событий, часть программы (резидентный монитор) должна была находиться в памяти. Другие части программы загружались как подпрограммы в начале любого задания, для которого они требовались.

Монитор создавал дополнительную нагрузку на систему, поскольку занимал часть памяти и использовал ресурсы процессора. Несмотря на это, он улучшил использование вычислительных ресурсов, позволив выполнять задания быстро, практически без простоя и значительно сократив время настройки. Одной из проблем, которая вышла на первый план в это время, была необходимость защиты памяти, занимаемой программой монитора, от запущенной программы. Кроме того, выполнение определенных инструкций машинного уровня, таких как инструкции ввода-вывода, считалось прерогативой монитора. Эти «привилегированные» инструкции не могли выполняться программой напрямую. Например, для выполнения задачи ввода или вывода программа должна отправить запрос на монитор с просьбой выполнить требуемые действия.

Программа монитора была ранней формой операционной системы

Мультипрограммирование и разделение времени

Даже в пакетных операционных системах процессор часто простаивал, потому что устройства ввода-вывода были медленнее по сравнению с процессором. Компьютер потратил много времени на ожидание завершения операций ввода-вывода. В то время в памяти находилась операционная система и выполняемая в данный момент пользовательская программа. Если бы память могла хранить вторую программу, то процессор мог бы использоваться второй программой, пока первая программа ожидала завершения операций ввода-вывода, что позволило бы более эффективно использовать процессор. Если бы было доступно достаточно памяти, можно было бы разместить ряд программ, позволяющих непрерывно использовать процессор. Эта многозадачность или многозадачность характерна для современных операционных систем.

В мультипрограммной системе запущенное приложение может запросить операцию ввода-вывода, отправив системный вызов в операционную систему. Операционная система выдаст необходимые команды контроллеру устройства ввода-вывода, а затем инициирует или продолжит выполнение другой программы. Мультипрограммные системы основаны на генерации прерываний, которые в основном представляют собой сигналы, посылаемые аппаратным устройством, чтобы сообщить процессору о том, что оно выполнило задачу (или обнаружило ошибку). При получении прерывания процессор передает управление операционной системе, которая выполняет необходимую процедуру обработки прерывания. Мультипрограммные операционные системы требуют высокой степени сложности, поскольку они отвечают за управление использованием памяти и планирование выполнения нескольких программ.

Чтобы время процессора было справедливо разделено между программами, конкурирующими за его использование, операционная система чередует выполнение каждой программы с короткими интервалами времени.Этот процесс известен как разделение времени и предотвращает перегрузку процессора одной программой в ущерб другим программам. В мультипрограммной системе неизбежно существует вероятность того, что, например, из-за ошибки программирования код одной программы попытается получить доступ или перезаписать память, которая используется другой программой. Таким образом, в дополнение к своим другим обязанностям операционная система также должна следить за тем, чтобы программы не мешали друг другу (например, изменяя программный код или данные друг друга).

Системы персональных компьютеров

В первые дни коммерческих вычислений стоимость как компьютерного оборудования, так и программного обеспечения значительно превышала стоимость найма персонала по вводу данных, который управлял компьютерами. Поэтому программисты писали программы с целью создания наиболее эффективного кода, и мало внимания уделялось удобству оператора или пригодности интерфейса человек-компьютер. Поэтому операторам пришлось выучить ряд малопонятных команд, чтобы иметь возможность выполнять свои обязанности по вводу данных. Несмотря на неуклонное снижение стоимости аппаратного и программного обеспечения, эта ситуация сохранялась, даже несмотря на то, что экономические факторы, вызвавшие ее, больше не действовали.

Еще в 1960-х и 1970-х годах исследователи работали над идеей персонального компьютера. В частности, один из них, Алан Кей, работал в IBM, когда впервые задумался о том, как изменятся вычисления, когда персональные компьютеры станут более доступными. Кей сформулировал идею графического пользовательского интерфейса (или GUI). Предложенный им интерфейс имел все функции, которые мы теперь можем видеть в современной среде рабочего стола, включая отдельное окно для каждого приложения, среду приложений, управляемую с помощью меню, и многие другие функции, которые сейчас широко используются.

Кей ушел из IBM, чтобы работать в Исследовательском центре Xerox в Пало-Альто (PARC), где он продолжал свои исследования еще десять лет, пока на них не обратил внимание Стив Джобс из Apple Computers. Apple приобрела права на концепцию и впоследствии выпустила Lisa, первый коммерчески доступный персональный компьютер с графическим пользовательским интерфейсом и мышью.

Когда Lisa не смогла произвести впечатление на рынке из-за своей дороговизны, Apple разработала Macintosh, который был намного дешевле и, следовательно, более успешным. Впервые была создана операционная система, которая отражала экономическую реальность, заключавшуюся в том, что оператор стал гораздо более затратным фактором, чем компьютерное оборудование или программное обеспечение. Компьютер был адаптирован под оператора, а не наоборот. Почти все операционные системы теперь предлагают сложную, управляемую событиями, графическую среду рабочего стола, разработанную в первую очередь для простоты использования.

Параллельные системы реального времени и распределенные системы

Параллельные операционные системы предназначены для эффективного использования компьютеров с несколькими процессорами, и многие операционные системы, представленные в настоящее время на рынке, могут в полной мере использовать преимущества нескольких процессоров, если они есть, предоставляя прикладные программы, которые они выполняют. были написаны с использованием языка программирования, поддерживающего многопоточность. Общая идея заключается в том, что разные потоки программы могут выполняться одновременно, что ускоряет выполнение программы в целом. Программы, написанные для однопроцессорных компьютеров, часто могут работать в многопроцессорной системе, но одновременно могут выполняться только на одном процессоре.

Операционная система реального времени — это операционная система, в которой процесс обработки запускается одним или несколькими случайными внешними событиями, каждое из которых инициирует выполнение заданного набора процедур, которые должны быть выполнены в течение жесткие ограничения по времени. Системы реального времени часто предназначены для узкоспециализированных приложений, таких как управление самолетом или управление производственным процессом, где входное событие должно приводить к немедленной реакции. В начале 1980-х годов системы реального времени использовались почти исключительно для таких приложений, как управление процессами. Система управления технологическим процессом обычно принимает аналоговые или цифровые входные данные датчика, анализирует данные и предпринимает соответствующие действия.

Распределенная система — это система, в которой различные пользовательские ресурсы находятся в отдельных компьютерных системах, соединенных сетью. Используемые компьютерные системы могут иметь различные аппаратные и программные платформы, но пользователю предоставляется единая вычислительная среда благодаря распределенной архитектуре системы, обеспечивающей стандартный интерфейс связи. Этот промежуточный уровень программного обеспечения скрывает сложность, создаваемую взаимосвязью таких разных технологий.

Разработанная Microsoft общая объектная модель (COM) представляет собой архитектуру, разработанную для управления взаимодействием между процессами между приложениями, работающими на одном компьютере.Их архитектура распределенная общая объектная модель (DCOM) представляет собой расширение COM, которое обеспечивает межпроцессное взаимодействие между приложениями, работающими на разных компьютерах в сети.

Эволюция операционных систем напрямую зависит от развития компьютерных систем и от того, как пользователи их используют. Вот краткий обзор вычислительных систем за последние пятьдесят лет на временной шкале.

Ранняя эволюция

1945: ENIAC, Инженерная школа Мура, Пенсильванский университет.
1949 год: EDSAC и EDVAC
1949: BINAC — преемник ENIAC
1951 год: UNIVAC от Remington
1952 год: IBM 701
1956 год: перерыв
1954–1957: был разработан ФОРТРАН

Операционные системы — конец 1950-х

К концу 1950-х годов операционные системы были значительно улучшены и начали поддерживать следующие варианты использования:

Он мог выполнять пакетную обработку одного потока.
Для доступа к устройствам можно использовать общие стандартизированные процедуры ввода/вывода.
Добавлены возможности перехода к программе для сокращения накладных расходов, связанных с запуском нового задания.
Добавлено восстановление ошибок после аварийного завершения задания.
Стали возможными языки управления заданиями, которые позволяли пользователям указывать определение задания и требования к ресурсам.

Операционные системы — 1960-е

1961 год: рассвет миникомпьютеров
1962 год: совместимая система разделения времени (CTSS) от Массачусетского технологического института.
1963 г.: программа Burroughs Master Control Program (MCP) для системы B5000.
1964 год: IBM System/360
1960-е: Диски стали массовым явлением
1966 год. Миникомпьютеры стали дешевле, мощнее и по-настоящему полезными.
1967–1968: изобретение мыши.
1964 года и позже: Multics
1969: Система разделения времени UNIX от Bell Telephone Laboratories.

Поддерживаемые функции ОС к 1970-м годам

Был представлен многопользовательский и многозадачный режим.
Появились оборудование для динамического преобразования адресов и виртуальные машины.
Появились модульные архитектуры.
Появились персональные интерактивные системы.

Достижения после 1970 года

1971: Intel анонсирует микропроцессор
1972: IBM выпускает VM: операционную систему виртуальной машины.
1973: Опубликовано 4-е издание UNIX
1973 год: Ethernet
1974 год. Начинается эпоха персональных компьютеров.
1974: Гейтс и Аллен написали BASIC для Altair
1976 год: Apple II.
12 августа 1981 года. IBM представляет IBM PC.
1983 г. Microsoft начинает работу над MS-Windows.
Выпуск Apple Macintosh в 1984 году
1990 г. Выходит Microsoft Windows 3.0
GNU/Linux 1991 г.
1992 г. Появление первого вируса для Windows
Windows NT 1993 года
2007 год: iOS
2008 год: ОС Android

По мере продолжения исследований и разработок мы наблюдаем, как разрабатываются новые операционные системы, а существующие совершенствуются и модифицируются, чтобы улучшить общее взаимодействие с пользователем, делая операционные системы быстрыми и эффективными, как никогда раньше.

Кроме того, с появлением новых устройств, таких как носимые устройства, в том числе смарт-часы, смарт-очки, устройства виртуальной реальности и т. д., также растет спрос на нетрадиционные операционные системы.

Компьютерная сеть имеет много ресурсов, таких как программное и аппаратное обеспечение, которые необходимы для выполнения задачи. Как правило, требуемыми ресурсами являются хранилище файлов, ЦП, память, устройства ввода и вывода и так далее. Операционная система действует как контроллер всех вышеупомянутых ресурсов и назначает им определенные программы, выполняемые для выполнения задачи. Следовательно, операционная система является менеджером ресурсов, который обрабатывает ресурс как пользовательское представление и системное представление. Эволюция операционной системы отмечена от программирования перфокарт до обучения машин говорить и интерпретировать любой язык.

Различное развитие операционной системы

Различная эволюция операционной системы представлена ниже:

Веб-разработка, языки программирования, тестирование программного обеспечения и другое

1. Последовательная обработка

Он разработан с 1940 по 1950-е годы программистами, включенными в аппаратные компоненты без реализации операционной системы. Проблемы здесь - планирование и время установки.Логин пользователя за машинное время, тратя впустую вычисленное время. Время установки задействовано при загрузке компилятора, сохранении скомпилированной программы, исходной программы, линковке и буферизации. Если возникает какая-либо промежуточная ошибка, процесс начинается заново.

2. Пакетная система

Он используется для улучшения использования и применения компьютеров. Работы были запланированы и представлены на карточках и лентах. Затем последовательно выполняются на мониторах с помощью языка управления заданиями. Первые компьютеры использовались в процессе пакетной обработки, производившей компьютерные пакетные задания без каких-либо пауз или остановок. Программа записывается на перфокарты, а затем копируется в блок обработки ленты. Когда компьютер завершил одно задание, он сразу же начинает следующее задание на ленте. Профессиональные операторы обучены взаимодействовать с машиной, на которой пользователи отбрасывали задания и возвращали их обратно, чтобы выбирать результаты после выполнения задания.

Несмотря на то, что это неудобно для пользователей, это сделано для того, чтобы дорогой компьютер оставался загруженным до такой степени, за счет запуска потока заданий с использованием заемных средств. Защита памяти не позволяет области памяти, содержащей монитор, изменяться, а таймер защищает работу от монополизации системы. Процессор остается бездействующим, когда устройства ввода и вывода используются из-за плохого использования процессорного времени.

3. Многопрограммная пакетная система

Он используется для выполнения нескольких заданий, которые должны храниться в основной памяти. Планирование заданий состоит из того, что процессор решает, какую программу выполнять.

4. Операционная система с разделением времени

Используется для разработки альтернативных пакетных систем. Пользователь напрямую общался с компьютером, печатая порты наподобие электрического телетайпа. Немногие пользователи мгновенно делились компьютером и тратили доли секунды на каждое задание, прежде чем приступить к следующему. Быстрый сервер может мгновенно воздействовать на многие пользовательские процессы, создавая итерацию, когда они получают все свое внимание. Системы разделения времени используются несколькими программами для применения к компьютерной системе путем интерактивного совместного использования системы.

Все в одном пакете для разработки программного обеспечения (600+ курсов, 50+ проектов) 600+ онлайн-курсов | 3000+ часов | Поддающиеся проверке сертификаты | Пожизненный доступ
4,6 (3144 оценки)

Мультипрограммирование используется для управления несколькими коммуникативными заданиями. Время процессора распределяется между несколькими пользователями, и многие пользователи могут одновременно получать доступ к системе через терминалы. Для печати портов необходимы программы с пользовательским интерфейсом командной строки, где пользователь записывает ответы на подсказки или записывает команды. Взаимодействие прокручивается вниз как рулон бумаги.

Видеотерминалы заменили использование печатных терминалов, которые отображали символы фиксированного размера. Некоторые привыкли выводить формы на экран, но многие обычно используют прокручиваемый, как стеклянный, телетайп. Персональные компьютеры стали адаптируемыми в середине 1970-х годов. Коммерчески возможным персональным компьютером является Altair 8800, который вышел на рынок и потряс бизнес-ценности. У Altair нет операционной системы, потому что у него есть только светодиоды и тумблеры для ввода и вывода. Так люди начали использовать дискеты и подключенные терминалы.

Цифровое исследование внедрило операционную систему CP/M в 1976 году для компьютеров Altair и аналогичных. Позже DOS и CP/M имели интерфейс командной строки, аналогичный операционным системам с разделением времени. Эти компьютеры были предназначены только для отдельных пользователей и не распространяются на общих пользователей.

Падение цен на оборудование привело к росту использования персональных компьютеров с управляемыми битовыми изображениями отдельных пикселей. Это сделало возможности персонального компьютера с графическим интерфейсом пользователя. Apple Macintosh, выпущенный в 1984 году, стал первым коммерческим успехом. Первоначально он продвигал современное аппаратное обеспечение и был ограничен миниатюрным монохромным дисплеем. По мере того, как аппаратное обеспечение продолжало развиваться, были разработаны более крупные цветные компьютеры Mac, а Microsoft внедрила Windows на основе операционной системы с графическим интерфейсом пользователя.

5. Операционная система Macintosh

Это зависело от десятилетий исследований графических операционных систем и приложений для персональных компьютеров. На фотографии 1960 года показан блокнот Sutherland Pioneer Program Sketchpad, разработанный с использованием многих характеристик современного графического пользовательского интерфейса, но аппаратные компоненты стоят около миллионов долларов, которые занимают комнату.

После многих пробелов в исследованиях проект по созданию больших компьютеров и усовершенствованию аппаратного обеспечения сделал Macintosh коммерчески и экономически целесообразным. Исследовательские прототипы, такие как альбомы для рисования, все еще находятся в стадии разработки во многих исследовательских лабораториях. Он лег в основу ожидаемых продуктов.

Операционная система в тренде

Текущая операционная система обеспечивает выполнение программ, операции ввода-вывода, обмен данными, работу с файловой системой, обнаружение ошибок, выделение ресурсов, учет и защиту.

Производными от CP являются CP-VM, CP/M, CP/M-86, DOS, DR-DOS и FreeDOS.
ОС Microsoft Windows: Windows 3.x, Windows 95/98, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8.
Производными от MULTICS являются UNIX, Xenix, Linux, QNX, VSTa, RISC iX, Mac OSX и т. д.
Производными от VMS являются OS/2, React OS, KeyKOS, OS/360 и OS/400.

Операционная система реального времени — это усовершенствованная многофункциональная операционная система, применяемая, когда для потока данных или работы процессора требуется жесткое время. Распределенная операционная система представляет собой соединение между двумя или несколькими узлами, но процессор не использует общую память. Это также называется слабо упакованными системами.