Главная Веб-разработка Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

от admin

Коротко о главном помощнике в управлении компьютером и другими гаджетами для тех, кому лень читать Таненбаума.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Андрей Камардин

Ведущий системный инженер в «Ростелекоме». Эксперт Skillbox по администрированию Windows и работе с PowerShell.

Преподаёт в МАИ.

Компьютер, смартфон или планшет — это совокупность «железа», к которому относятся, например, процессор и видеокарта, и программного обеспечения. Они так бы и оставались всего лишь железом, если бы не операционная система, которая позволяет запускать на устройствах приложения, обеспечивает их совместную слаженную работу и взаимодействие с пользователем. С большинством ОС вы уже хорошо знакомы — это Windows, Linux, Android, iOS и другие.

В этой статье мы расскажем о том, как в общем устроена операционная система, какими были первые операционки и как они эволюционировали.

Что такое операционная система

Любые компьютеры, будь то ПК, ноутбуки, смартфоны или планшеты, состоят из двух групп компонентов:

  • Аппаратной части — процессора, оперативной памяти, клавиатуры, компьютерной мыши и так далее.
  • Программного обеспечения — системного и прикладного софта.

Чтобы они понимали друг друга, а пользователь мог взаимодействовать с устройством (запускать приложения), необходим посредник — операционная система.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Операционная система занимает промежуточное положение между пользователем и компонентами устройства
Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media

ОС выполняет много функций:

  • создаёт удобный для пользователя интерфейс;
  • стандартизирует доступ к устройствам ввода и вывода, например к клавиатуре и дисплею;
  • координирует распределение ресурсов между запущенным программным обеспечением;
  • выполняет запросы софта к аппаратной части;
  • фиксирует ошибки и проводит их отладку;
  • обеспечивает многозадачность программ;
  • и так далее.

Компоненты операционной системы

Операционная система представляет собой многослойную структуру, в центре которой находится ядро. Поверх него располагаются драйверы и службы, а оболочкой выступает пользовательский интерфейс.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Общая структура операционной системы
Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media

Ядро

Это основа операционной системы. Ядро представляет собой часть программного обеспечения, работающую напрямую с компонентами компьютера. Также оно отвечает за управление процессами, памятью компьютера, файловой системой, обработку входных и выходных данных.

Ядра бывают монолитными и модульными. В первых все инструменты, необходимые для работы, находятся внутри одной программы. Например, такое ядро использовалось в DOS. Но сейчас монолитных ядер почти не осталось, так как все операционные системы перешли на модульную архитектуру.

В модульном ядре все компоненты разделены на небольшие блоки, которые работают независимо друг от друга. Такая структура более стабильна, так как ошибки в одном компоненте не приводят к остановке всей системы. ОС с модульными ядрами в свою очередь бывают двух видов: с микроядрами, как, например, QNX и Symbian, и монолитные с подгружаемыми модулями — Windows и Linux.

Драйверы

Это программное обеспечение, благодаря которому операционная система работает с подключённым в устройстве «железом». Без драйверов она не узнает, что могут делать видеокарта, клавиатура, принтер и другие комплектующие и как правильно отправлять к ним запросы.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Пользовательский интерфейс

Бывает графическим (GUI) и командным (CLI).

Виды операционных систем

Все существующие ОС можно классифицировать по нескольким признакам: разрядности, типу лицензии и области применения.

По разрядности

Битность операционной системы характеризует длину двоичных чисел, с которыми она способна работать (помним, что в компьютере вся информация, в том числе текст и изображения, представляется в виде 1 и 0). Чтобы рассчитать максимальную длину числа в 32-битной системе, нужно возвести 2 в 32-ю степень:

2^32 = 4 294 967 296

Это также означает, что максимальное значение адреса ячейки ОЗУ, к которой может обратиться 32-битная система, не может превышать 4 294 967 296. Отсюда и ограничение на объём оперативной памяти в 4 ГБ.

Все современные версии операционных систем на компьютерах и смартфонах являются 64-битными. 32-битные версии иногда используют в устройствах со слабым «железом».

По типу лицензии

Такие ОС можно свободно скачивать, распространять и даже модернизировать под себя. Главный пример — Linux, вариантов которого насчитывается уже более 500.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

По области применения

История развития операционных систем

История развития операционных систем насчитывает около 70 лет. За это время простейший набор заданий для мейнфреймов, написанный на перфоленте, эволюционировал в то, что сейчас мы видим на экране компьютера или смартфона.

Всю историю можно разделить на три этапа.

Первый этап (1955–1965 годы)

История операционных систем начинается в 1955 году, когда инженер General Motors Роберт Л. Патрик и программист North American Airlines Оуэн Мок разработали для IBM 704 GM-NAA I/O. Её иногда называли системой ввода — вывода.

GM-NAA I/O позволяла мейнфрейму автоматически выполнять задания по проведению сложных математических вычислений. Их результаты выводились на подключённый принтер. Благодаря этому операторы мейнфрейма могли проводить вычисления без постоянной смены специальных плат.

Читать также:
Кто такой тестировщик: как с нуля стать инженером по тестированию

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

IBM 704, на котором работала GM-NAA I/O
Фото: NASA

В 1964 году появилась ОС Multics, созданная совместными усилиями Мичиганского университета, General Electric и Bell Labs. В ней была реализована возможность параллельной работы нескольких программ, концепция виртуальной памяти и файловая система на основе дерева каталогов, используемые и сегодня.

Второй этап (1965–1980 годы)

В 1969 году в исследовательской лаборатории Bell Labs разработали ОС Unix. Она — основа современных операционных систем.

Unix поддерживала язык C и протокол TCP/IP. Это первая ОС, которую можно было установить на сервер. К ней могли подключиться компьютеры-клиенты, позволяя одновременно работать нескольким пользователям.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Unix версии 7, работающая в эмуляторе SIMH
Изображение: Robert M. Supnik / WIkimedia Commons

В 1973 году компания Xerox разработала первую операционную систему с графическим интерфейсом — Alto OS. В ней была реализована оконная система с различными типами элементов управления, такими как кнопки, поля ввода и списки.

Так как Alto OS работала только на компьютерах Xerox Alto, которые были дорогими, она использовалась только внутри самой компании Xerox и в некоторых университетах.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Интерфейс Xerox Alto
Изображение: Xerox Corporation

Третий этап (1980 — настоящее время)

В это время появляются персональные компьютеры, доступные не только корпорациям и университетам, но и обычным пользователям.

В 1984 году компания Apple выпускает первую систему для своих Macintosh под названием System 1, созданную на основе Alto OS. С её помощью Стив Возняк планировал избавить пользователей от сложности существующих ОС и вывести компьютеры компании на массовый рынок.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Интерфейс System 1
Изображение: Apple Inc.

Microsoft старалась не отставать и в 1985 году выпустила Windows 1.0. Операционная система не была инновационной, а представляла собой графическую оболочку для MS-DOS, предыдущего продукта, созданного для компании IBM.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Интерфейс Windows 1.0
Изображение: Microsoft Corporation

В 1991 году в игру включается независимый разработчик Линус Торвальдс. На основе Unix он создаёт собственную операционную систему Linux и выкладывает её в открытый доступ.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Так как исходный код Linux распространяется свободно, к развитию системы с самого начала подключается большое число независимых разработчиков. Но первая графическая оболочка для ОС GNOME появилась лишь в 1999 году.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

GNOME — первый графический интерфейс для Linux Red Hat
Изображение: WIkimedia Commons

Операционные системы для смартфонов развивались параллельно. С 1998 года разрабатывалась Symbian — ОС для Nokia, а с 1999 года — BlackBerry OS для BlackBerry от компании RIM.

Из современных мобильных операционных систем первой в 2007 году появилась iOS, созданная на ядре Linux компанией Apple.

Инноваций было немного: первый мультитач в мобильном устройстве, виртуальная клавиатура, синхронизация с iTunes и браузер Safari. Главное преимущество той iOS — стабильная работа благодаря разработке под один конкретный девайс.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Интерфейс iPhone OS
Изображение: Apple Inc.

Главным конкурентом iOS стала разработанная в 2008 году Android OS. Её выпустила компания Android Inc., которую позже приобрёл Google. Эта система также создана на ядре Linux, но распространяется с открытым исходным кодом.

Основное отличие Android от конкурентов — возможность кастомизации дизайна и настроек на любом устройстве. Первая версия ОС вышла на смартфоне HTC Dream.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Интерфейс Android Astro
Изображение: HTC Corporation

Популярные операционные системы

С момента разработки первой операционной системы прошло больше 60 лет. Было выпущено огромное количество разных ОС, но к сегодняшнему дню популярность обрели продукты компаний-гигантов и модификации операционных систем с открытым исходным кодом.

Основы операционных систем: компоненты, виды и история развития

Статистика операционных систем для компьютеров и мобильных устройств по доле рынка
Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media

Любителям тонкой настройки операционной системы и инструментов с открытым исходным кодом подойдут бесплатные Linux-подобные ОС. В них удобно администрировать серверы, работать с базами данных и вообще делать всё то же самое, что и в Windows и macOS.

Такие преимущества ОС, как понятное управление, возможности широкой настройки интерфейса, большой магазин приложений, завоевали «Андроиду» популярность у производителей мобильных устройств и других портативных гаджетов.

Подведём итоги

  • Операционная система — это набор программ, обеспечивающих работу компьютера или другого устройства и взаимодействие с ним пользователя.
  • Структурно ОС состоит из ядра, драйверов и пользовательского интерфейса.
  • Сегодня преимущественно используются 64-битные операционные системы с модульной архитектурой.
  • Самые популярные ОС для ПК — Windows и macOS, а для мобильных устройств — Android и iOS.

Адресация — это способность компьютера обращаться к конкретным ячейкам памяти по их адресам.

Мейнфрейм — высокопроизводительный, отказоустойчивый компьютер с большим объёмом оперативной и постоянной памяти. Обычно используется в критически важных системах, таких как вычислительные центры крупных компаний и госучреждений.

Похожие статьи