Операционные системы семейства Windows: основные характеристики и типы

Об операционной системе «Виндовс» знает каждый пользователь компьютера. На сегодня она считается самой распространенной, простой и удобной, ориентированной и на начинающего, и на «продвинутого» владельца. В этой статье мы предлагаем читателю кратко познакомиться со всеми операционными системами семейства Windows, начиная от самой первой и заканчивая самой современной. Представим основную информацию, отличительные характеристики версий.

О MS Windows

Windows — «Окна». Так на русский язык с английского переводится название популярной ОС.

MS Windows — название семейства проприетарных операционных семейств компании «Майкрософт», которые ориентированы на использование графического интерфейса при управлении. Надо сказать, что первоначально «Окна» были лишь графической надстройкой для MS-DOS.

В августе 2014 года Net Application предприняла масштабное статистическое исследование. По его итогам было выявлено, что 89 % персональных компьютеров в мире работают с операционными системами семейства Windows. Согласитесь, значительный показатель.

Сегодня «Виндовс» функционирует на платформах x86, x86-64, IA-64 и ARM. Ранее существовали версии для DEC Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC.

Развитие ОС

Первые версии операционных систем семейства Windows, как мы уже говорили, не были полноценными ОС. Это настойки к MS-DOS. Подобное многофункциональное расширение прибавляло новые режимы работы процессора, поддержку многозадачных операций, стандартизацию интерфейсов аппаратного обеспечения компьютера, единообразные программы для пользователей. Эта характеристика касается следующих версий:

Новый этап развития — операционные системы семейства Windows 9x: 95 и 98, 2000, МЕ.

Современный шаг развития приходится на 2001-2016 гг. Его начало считается выпуск двух версий популярной «Виндовс ХР» — корпоративной и «домашней». Затем были представлены версии «Виста», 7, 8, 10.

Рассмотрим каждую вариацию ОС подробнее.

Windows 1.0

Раскроем особенности операционной системы семейства Windows. Данная версия являлась графическим интерфейсом пользователя «Майкрософт» для ОС MS-DOS. Тут использовался принцип фреймового менеджера окон. Помогал диалогу с операционной системой, унифицировал внешний вид программ, оптимизировал работу с периферийными аппаратами.

Билл Гейтс официально анонсировал разработку в 1983 году в Нью-Йорке. Над созданием Windows 1.0 трудились 24 ученых. В розничную продажу интерфейс поступил спустя два года — в 1985-ом. В США тогда продукт стоил 99 долларов, а в Германии — 399 марок.

Один из самых существенных минусов разработки: для ее использования требовалось приобретение дорогостоящих комплектующих — новой модели процессора, мыши, объемной памяти для компьютера.

Windows 2.0

Это пополнение семейства операционных систем MS Windows увидело свет в 1987 году. Его отличали новые характеристики и возможности:

• Использование скоростного процессора Intel 286.
• Возможности для расширения памяти и взаимодействия приложений с применением DDE.
• Применение сочетаний «горячих клавиш».
• Использование многооконной среды.
• Собственный API-код.

Несмотря на все вышеперечисленное, данная операционная система не стала широко распространенной, хотя находились разработчики, писавшие под нее программы. Ее существенные минусы: слабая аппаратная часть, большие программные ограничения.

Windows 3.0

Главная характеристика операционной системы семейства Windows: это первый продукт, действительно получивший массовое распространение. Его выпуск начался в 1990 году. Объяснялось тем, что ОС устанавливалась производителями на продаваемые компьютеры.

Файловая оболочка MS-DOS в этой версии была заменена «Диспетчером программ». Использовалась также собственная надстройка: «Диспетчер файлов», применяющийся для навигации по диску.

Можно выделить и внешнее оформление. Интерфейс был псевдотрехмерным: это достигалась расширенной цветовой палитрой VGA. В этой версии уже была полнофункциональная «Панель управления». Она позволяла оперировать настройками системы и открывала совершенно новую возможность — использование изображения в качестве подложки рабочего стола.

Система помощи пользователю была организована с применением языка HTML, уже содержала в себе гиперссылки. Расширенным был и набор сопутствующего программного обеспечения:

• Текстовой редактор Wordpad.
• Графический редактор Paintbrush.
• Игры «Пасьянс-свободные ячейки», «Пасьянс-косынка», «Сапер».
• Иные утилиты.

Поддерживалось несколько режимов памяти: 16- и 32-разрядный. По словам пользователей, в плане удобства работы ОС была на равных с современными ей продуктами Apple Macintosh.

Windows 3.1

Какое достоинство операционной системы семейства Microsoft Windows версии 3.1? Это первая ОС от корпорации, имеющая поддержку русского языка, отчего получившая широкое распространение в России.

Вышла на рынок в 1992 году. Каких-то отличительных черт тут нет — 3.1 была улучшенной версией предыдущего выпуска. Добавили расширенные настройки рабочей среды, улучшили графический интерфейс, исправили ошибки и повысили стабильность работы.

Windows 95

Кодовое название этой графической операционной системы семейства Windows — «Чикаго». Она была выпущена в августе 1995 года (версия для России представлена в ноябре того же года).

В основном предназначалась для домашних компьютеров. Была гибридной: поддерживала 16- и 32-разрядные системы. Именно здесь появился рабочий стол с привычными нам значками, панели задач и «фирменное» меню «Пуск».

Windows 98

Официальный выпуск (после бета-тестирования) этой версии пришелся на 1998 год. Перечислим основные возможности, характеристику операционной системы семейства Windows:

• Улучшенная поддержка AGP.
• Доработанные драйверы для USB.
• Поддержка работы системы с несколькими мониторами.
• Первый браузер Internet Explorer.
• Поддержка Web TV.

В 1999 году была выпущена обновленная версия ОС. Ее отличал более усовершенствованный браузер, добавление поддержки DVD.

Windows 2000 и МЕ

Версия была выпущена, соответственно, в 2000 году. Ее характеризовало следующее:

• Обновленный интерфейс.
• Поддержка службы каталогов Active Directory.
• Файловая система стандарта NTFS 3.0.
• Служба IIS, представленная в версии 5.0.

В том же 2000-м вышла новая версия системы — Windows ME (Millennium Edition). Кратко представим, чем же она отличалась:

• Улучшение работы с мультимедийными средствами.
• Возможность записи как аудио-, так и видеоконференций.
• Появление средств для восстановления информации после сбоев системы.
• Отсутствие реального режима от MS-DOS.

Windows XP и Vista

ХР — самая популярная операционная система из группы «Виндовс». Имела версию как для домашних, так и для корпоративных компьютеров. Ключевые добавления:

• Улучшенный графический интерфейс.
• Быстрая смена «юзеров».
• Возможности удаленного управления ПК.
• Улучшение возможностей восстановления системы.

В 2003 году увидел свет серверный вариант ОС — Windows Server 2003. По словам его разработчиков, здесь было уделено большое внимание безопасности системы. В 2006 году появилась версия ХР для маломощных ПК под названием Windows Fundamentals for Legacy PCs (FLP).

В 2006 году корпоративным клиентам была представлена «Виста». Рядовые пользователи смогли приобрести ее «домашнюю» версию только в 2007 году. «Висту» отличало следующее:

• Новые возможности по управлению пользовательским интерфейсом.
• Обновленная подсистема управления памятью, ввода-вывода.
• Появление режима «гибернации».
• Улучшение возможностей безопасности.

Windows 7

Эта операционная система от «Виндовс» появилась на прилавках магазинов в 2007 году. Давайте посмотрим на ее отличительные характеристики:

• Поддержка «Юникод 5.1».
• Возможность мультитач-управления.
• Появление 50 новых шрифтов вдобавок к доработанным стандартным.
• Поддержка псевдонимов папок на внутреннем уровне.
• Тесная интеграция с изготовителями драйверов.
• Совместимость с рядом старых приложений, чей запуск был невозможен на «Виста».
• Новый интерфейс стандартного мультимедиа-проигрывателя.
• Поддержка нескольких мониторов, расширений мультимедиа, возможность воспроизведения аудиофайлов с низкими задержками.

Windows 8

Данная версия появилась в продаже в 2012 году. По статистике, находится на втором месте по распространенности в мире (после 7-й версии).

Нововведения тут следующие:

• Вход в систему при помощи учетной записи «Майкрософт».
• Два новых метода для аутентификации пользователя.
• Появления магазина приложений для ОС.
• Новая версия интернет-браузера: в настольном и сенсорном варианте.
• Возможность восстановления и сброса системы.
• Новый «Диспетчер задач».
• Появление опции «Семейная безопасность».
• Новая панель управления, изменение экрана приветствия.
• Усовершенствованная система поиска.
• Удобное переключение раскладок клавиатуры.

Windows 10

Новейшая на сегодня версия операционной системы вышла в свет в июле 2015 года. Вот ее ключевые отличия от предыдущих:

• Модификация меню «Пуск»: представлено в виде настраиваемых пользователем плиток.
• Изменение размера «Пуска».
• Новые возможности использования магазина приложений.
• Появление «Центра уведомлений».
• Обновленный календарь, часы, батарейный индикатор (для ноутбуков).
• Современные окна с новой анимацией.
• Обновленные интерфейсы приветствия и блокировки.

На этом заканчивается наш обзор операционных систем «Виндовс». Возможно, уже в ближайшем будущем список дополнится новой версией.

Смешанные (гибридные) операционные системы

Все рассмотренные подходы к построению операционных систем имеют свои достоинства и недостатки. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов. Так, например, ядро операционной системы Linux представляет собой монолитную систему с элементами микроядерной архитектуры. При компиляции ядра можно разрешить динамическую загрузку и выгрузку очень многих компонентов ядра – так называемых модулей. В момент загрузки модуля его код загружается на уровне системы и связывается с остальной частью ядра. Внутри модуля могут использоваться любые экспортируемые ядром функции.

Другим примером смешанного подхода может служить возможность запуска операционной системы с монолитным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, основанные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляется монолитным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток использовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.

Наиболее тесно элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра переплетены в ядре Windows NT. Хотя Windows NT часто называют микроядерной операционной системой, это не совсем так. Микроядро NT слишком велико (более 1 Мбайт), чтобы носить приставку «микро». Компоненты ядра Windows NT располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как и положено в микроядерных операционных системах. В то же время все компоненты ядра работают в одном адресном пространстве и активно используют общие структуры данных, что свойственно операционным системам с монолитным ядром. По мнению специалистов Microsoft, причина проста: чисто микроядерный дизайн коммерчески невыгоден, поскольку неэффективен. Таким образом, Windows NT можно с полным правом назвать гибридной операционной системой.

Выбор архитектуры для конкретной задачи

Понимание архитектуры определенных операционных систем позволяет

Большинство UNIX систем построено на базе монолитного ядра. Такое ядро содержит все драйвера. Мы рассмотрим Linux систему. Отличие ядра Linux от остальных UNIX систем следующее:

— У Linux довольно простое ядро с хорошо структурированным

— Контроль за написанием ядра вел один человек — Linus

Torvalds, что не позволило появиться в ядре раздробленным

— Исходные тексты ядра свободно распространяются.

ОС Linux

Монолитное ядро – представленное одной программой vmlinuz и файлом описание System.map. позволяет быстро загружать ОС. Поскольку копия ядра находится в памяти, в случае отказа жесткого диска ОС не упадет.

Ядро включает модули, каждый из которых отвечает за часть аппартного или программного обеспечения. Linux поддерживает статическую загрузку модулей (как в классических UNIX системах), так и динамическую, когда модули могут быть подгружены/выгружены (прилинкованы) при необходимости в любой момент времени. Модули размещены в директории /liub/modules.

Многопоточность на уровне ядра позволяет использовать scheduling. В любой момент времени выполнение ядерного процесса (нити) может быть остановлено и произведено переключение на другой процесс.

Многонитевость на уровне приложения позволяет использовать в полном объеме преимущества нитей (Lightweight processes), используя специальный вызов clone(). При этом нити используют общее адресное пространство, что позволяет не производить переключение контекста.

Многопрцессорность ядра позволяет использовать все преимущества многопроцессорных систем и Hyper-Threading (Несколько ядер на одном кристалле).

Потоковая (stream) подсистема ввода-вывода обеспечивает прекрасную совместимость между драйверами устройств, сетью и терминальными драйверами на уровне виртуальной файловой системы.

Рис.7 Архитектура Linux

Основные преимущества архитектуры Linux:

• Модульность. Все элементы ядра представляют собой модули, которые можно легко включать и исключать из рабочего ядра.
• Слабая зависимость от аппаратной платформы (Linux работает почти на всех существующих системах, включая игровые консоли или смартфоны).
• Динамическая загрузка модулей позволяет экономно расходовать оперативную память. При не использовании модуля, ядро автоматически производит его выгрузку, освобождая память для пользовательских процессов.

ОС MacOS

MacOS фирмы Apple Macintosh основана на концепции микроядра (microkernel, а значит, разработчики ОС постарались минимизировать объем кода, исполняемый в режиме супервизора, то есть в режиме, при котором код обладает возможностью прямого доступа ко всему аппаратному обеспечению и ко всей памяти. Естественно, что в таком случае только данный код может управлять работой всех устройств и предоставлять программам базовые сервисы, такие, как, например, выделение (или отказ в выделении) памяти, доступ к дисковой подсистеме и т. д. От работоспособности микроядра полностью зависит работоспособность компьютера в целом, поэтому к нему предъявляются достаточно высокие требования:

— высокая надежность,
— высокая производительность,
— небольшой объем кода (это особенно актуально для ОС реального времени).

Концепция микроядра подразумевает, что фактически все компоненты операционной системы, за исключением небольшого базового программного модуля (который и является микроядром), работают в пользовательском режиме на равных условиях со всеми остальными программами, работающими в системе. Очевидно, что отказоустойчивость всей системы при таком подходе возрастает, так как сбой одного из компонентов приводит к минимальному ущербу, при этом всегда остается возможность этот компонент перезапустить. Грубо говоря, если только ядро осталось после сбоя «живым», нажатие Ctrl+Alt+Del приведет к появлению аналога окна «Безопасность Windows» в Windows NT, с помощью функций которого можно решить большинство проблем, причем это произойдет немедленно, так как соответствующий поток процесса ядра при обычных условиях имеет наивысший приоритет.

Кроме всего прочего, система, основанная на концепции микроядра, позволяет производить более гибкое конфигурирование, так как любой из компонентов ОС можно легко заменить на другой, поддерживающий точно такой же программный интерфейс.

Рис.8 Архитектура MacOS

ОС Windows NT/2x

Microsoft Windows 2000/XP использует гибрид микроядра и монолитного дизайна, так как некоторые ее базовые компоненты, например, диспетчер процессов и диспетчер виртуальной памяти, все-таки функционируют в режиме ядра — это позволяет им взаимодействовать между собой не через медленные механизмы межпроцессорной передачи данных (передачи данных между несколькими программными процессами), а используя общую память. Вторая причина включения дополнительного кода в режим ядра кроется в том, что процессор, занятый выполнением некоторой задачи, реализуемой соответствующим процессом (или, как говорят, работающий в определенном контексте), работает с текущими значениями процессорных регистров, а также указателей на используемую память (стек, данные, исполняемый код). Эти значения различны для различных потоков, поэтому, прежде чем перейти на выполнение другой программы, реализуемой другим процессом, процессор должен сохранить текущий контекст, а затем загрузить контекст нового процесса, на выполнение которого он переключается. Данная процедура называется переключением контекста и может занимать существенное время. Использование гибридного дизайна позволяет снизить количество переключений контекста. Хотя, теоретически и это несколько, снижает надежность системы, все равно она оказывается не в пример больше, чем у Windows 9x. За счет полностью реализованного режима виртуальной машины микроядра обеспечиваются многие дополнительные возможности, недоступные, скажем, Windows 98. Это, в первую очередь, обеспечение приложениям индивидуального адресного пространства для каждого процесса и предоставление уровня защищенности не хуже, чем по стандарту C-2/Е-3, здесь ключевую роль играет то, что Windows 2000 отказывает процессам, обращающимся к оборудованию и памяти, которые им не принадлежат. Достигается это достаточно простыми методами, например, каждая страница в виртуальной памяти помечается тэгом, определяющим, в каком режиме должен работать процессор для чтения или записи данной страницы памяти. Таким образом, страницы системной памяти оказываются недоступными для всех процессов, не работающих в режиме ядра. При попытке выполнения любой запрещенной операции центральный процессор автоматически генерирует исключение, и управление передается микроядру NT. Микроядро определяет, разрешено вызвавшей исключение программе выполнять такую операцию, или нет. Если операция признана несанкционированной, управление передается программе Dr.Watson, которая оповещает о возникшей ошибке пользователя, а система в этот момент быстренько завершает работу приложения, попытавшегося выполнить незаконное с точки зрения ОС действие. Естественно, подобный алгоритм работы — это не особая и сверхгениальная разработка талантливых программистов из «Майкрософт», а хорошая реализация тех аппаратных возможностей «железа», которые появились в современных микропроцессорах.

— Ядро — это основная часть Windows 2000, в реализации которой кроется вся мощность и красота платформы NT/XP. Прежде всего, ядро отвечает за выделение памяти для приложений и распределение процессорного времени, то есть, фактически, за реализацию многозадачности. Для этого в состав ядра входит так называемый планировщик потоков (threads scheduler), который назначает каждому из потоков один из 32 уровней приоритета. Уровень 0 зарезервирован для системы. Уровни от 1 до 15 назначаются исполняемым программам, а уровни от 16 до 31 могут назначаться только администраторами. Планировщик делит все процессорное время на кванты фиксированного размера, при этом каждый программный поток выполняется только в течение отведенного ему времени, и если к окончанию кванта он не освобождает процессор, планировщик в принудительном порядке приостанавливает этот поток и меняет контекст процессора, настраивая его на выполнение другого потока, обладающего тем же приоритетом. Ядро также осуществляет всю работу, связанную с обработкой программных и аппаратных прерываний.

— Уровень абстракции оборудования (HAL) — это прослойка между операционной системой и аппаратурой компьютера. HAL имеет свой собственный API, предназначенный для транслирования обращений всех приложений и драйверов в конкретные команды процессора, учитывающие его внутреннюю структуру и нюансы работы. HAL и ядро написаны на языке низкого уровня, в то время как остальные компоненты ОС реализованы на языке C и C++, поэтому именно они отвечают за переносимость NT на системы с другой архитектурой. На данный момент Windows 2000 есть в версиях как для процессоров PC совместимых компьютеров (Pentium и старше), так и для нового перспективного семейства 64-битных процессоров EPIC (Itanium, Itanium-2).

— Диспетчер ввода-вывода (I/O Manager) — интегрирует добавляемые в систему драйверы устройств в операционную систему Windows 2000.

— Диспетчер объектов — служит для управления всеми разделяемыми ресурсами компьютера. В момент обращения приложения или службы к какому-либо ресурсу, диспетчер объектов сопоставляет этому ресурсу объект и отдает приложению дескриптор этого объекта. Используя дескриптор, приложение взаимодействует с объектом, совершая в его отношении различные операции. Монитор системы безопасности следит при этом за тем, чтобы с объектом выполнялись только разрешенные действия.

— Диспетчер процессов — предоставляет интерфейс, при помощи которого другие компоненты Windows NT Executive, а также приложения пользовательского режима могут манипулировать процессами и потоками. Во время работы диспетчер процессов сопоставляет каждому процессу и потоку идентификатор процесса (PID — Process Identifier) и потока (TID — Thread Identifier) соответственно, а также карту адресов и таблицу дескрипторов.

— Диспетчер виртуальной памяти — служит для управления и организации подсистемы памяти, позволяет создавать карты адресов для процессов и следит за корректностью использования адресного пространства приложениями (то есть, следит за общим доступом к памяти и осуществляет защиту страниц в режиме копирования при записи). Диспетчер виртуальной памяти также обеспечивает возможность отображения файлов на память, используемую для загрузки в оперативную память исполняемых файлов и файлов динамических библиотек. Еще в Windows NT4.0 существовала так называемая Защищенная Модель памяти, которая (в отличие от DOS-подобных ОС) позволяла изолировать каждый процесс друг от друга и, что самое главное, от кода самой ОС. Диспетчер виртуальной памяти представляет физическую память для пользовательских приложений таким образом, что каждому процессу выделяются отдельные 4Гб виртуального адресного пространства, из которых младшие 2Гб используются непосредственно процессом по своему усмотрению, а старшие 2Гб — отводятся под нужды системы, причем они — общие для всех процессов. При этом каждый процесс «думает», что он — единственный, запущенный в системе. Но здесь кроется некоторое затруднение: многие 16-разрядные программы при своей работе обмениваются данными между собой напрямую, используя одни и те же участки памяти, а это неприемлемо для Windows NT. В этом случае такие программы все же запускаются и предоставляют разделяемую память, где они могут обмениваться данными. Эта память является нестраничной областью физической памяти, которая может быть спроецирована на виртуальное адресное пространство нескольких процессов, и таким образом они смогут взаимодействовать друг с другом. Как мы видим, самое главное, чем занимается диспетчер виртуальной памяти — это видно из его названия — организация логической памяти, размер которой больше размера физической, установленной на компьютере. Этот трюк достигается благодаря тому, что страницы памяти, к которым долго не было обращений и которые не имеют атрибута неперемещаемых, сбрасываются диспетчером в файл pagefile.sys на винчестер и удаляются из оперативной памяти, освобождая ее для других приложений. В момент, когда происходит обращение к данным, находящимся в перемещенной на винчестер странице, диспетчер виртуальной памяти незаметно для приложения копирует страницу обратно в оперативную память, и только затем обеспечивает доступ к ней. Этот механизм обеспечивает выделение дополнительной памяти программам, которые нуждаются в ней, и при этом следит за тем, чтобы все работающие в системе программы обладали достаточным объемом физической памяти для того, чтобы продолжать функционирование.

— Диспетчер кэша — применение кэшированного чтения и записи позволяет существенно ускорить работу таких устройств, как винчестеры и CD-ромы. При этом наиболее востребованные файлы дублируются диспетчером кэша в оперативной памяти компьютера, и обращение к ним обслуживается с использованием этой копии, а не оригинала, расположенного на сравнительно медленном долговременном носителе. Кэш в Windows 2000 является единым для всех логических дисков, вне зависимости от используемой файловой системы, при этом теперь используется файлово-ориентированный, а не блочно-ориентированный алгоритм работы. Кроме того, он является динамическим, а это значит, что диспетчер управляет его размерами в зависимости от доступного объема свободной физической памяти в каждый конкретный момент.

— Win32 User и GDI — выполняют все функции, связанные с пересылкой системных сообщений и отображением информации на экране. До Windows NT 4 эти серверные компоненты функционировали в пользовательском режиме в качестве одной из составных частей подсистемы Win32.

— Другие (монитор обращений к системе безопасности, механизм локального вызова процедур, диспетчер конфигурации, диспетчер PnP, диспетчер электропитания, аппаратные драйверы и т. д.).

Остальные компоненты операционной системы выполняются в пользовательском режиме, часто их называют подсистемами. Например, в состав Windows 2000 входит подсистема безопасности и подсистемы, предоставляющие программам функции таких распространенных операционных сред, как DOS, OS/2, Win16, POSIX, а также Win32. Основное назначение операционной среды — предоставления интерфейса, а также эмуляция работы операционных систем, отличающихся от Windows 2000. Проще говоря, операционная среда добавляет в систему Windows 2000 дополнительные возможности и новые системные вызовы, отличающиеся от вызовов естественного API-ядра. Подсистемы операционных сред загружаются только в случае, если возникнет необходимость их использования. Каждая подсистема выполняется как отдельный процесс пользовательского режима. Таким образом, каждая подсистема защищена от сбоев, вызванных другими подсистемами, именно благодаря этому платформа Windows 2000 функционирует более стабильно, чем операционные системы линейки Windows 9x. Что кажется наиболее удивительным, Win32 API не является родным для Windows 2000, а реализован так же, как и, скажем, поддержка DOS API. Это замечание, однако, не совсем верно: естественный API очень похож на Win32 API, тем не менее, с ним несколько сложнее работать (между некоторыми функциями Win32 и некоторыми функциями естественного API может существовать взаимооднозначное соответствие, однако часть функций Win32 для выполнения своей задачи обращаются к нескольким функциям естественного API-ядра), кроме того, он не документирован. Поэтому, хоть приложению никто и ничто не помешает действовать в обход интерфейсов, пре-доставляемых операционными средами, и обращаться к естественному API напрямую, компания «

Рис.9 Архитектура MS Windows 2k

ГЛАВА 2

Аппаратное обеспечение ОС

Вычислительные машины

Основным аппаратным элементом, определяющим работу операционной системы, является центральный процессор. Первые разработки вычислительной машины, ставшей прообразом современных процессоров, начались в 30-х годах прошлого века. В эти годы военное ведомство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать электромеханическую вычислительную систему для военно-морской артиллерии. Результатом усилий этих университетов стали две концепции построения вычислительных систем, которые определили развитие мировой вычислительной техники почти на 100 лет вперед. Мы знаем их как гарвардская и принстонская (более известная как фон-неймановская) архитектуры. Их основное отличие заключалось в том, что архитектура фон Неймана использовала единую память (общую шину данных), а гарвардская предполагала наличие нескольких шин и разделов памяти (в оригинале: шина данных и шина команд).

Преимущества машины фон Неймана оценили сразу, поскольку в ней содержалось значительно меньше проводников между арифметико-логическим устройством (АЛУ) и областью памяти, и на долгие годы она стала эталоном для создания вычислительных машин. Именно фон-неймановская архитектура с подачи Джона Кока являлась прародителем процессоров RISC (Reduced Instruction Set Computer – вычисления с сокращенным набором команд).

Машина Джорджа фон Немана, представленная в 1945 году включала 5 блоков: — регистры общей памяти, управляющее устройство, арифметико-логическое устройство и входной и выходной регистры.

Рис.10 Машина фон-Неймана

В ней реализуется концепция хранимой программы: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Выполняемые действия определяются блоком управления и АЛУ, которые вместе являются основой центрального процессора. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается «счетчиком адреса» в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные — именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе.

Время шло, и в 70-х годах прошлого века появились полупроводники, в которых можно было создавать сотни микроскопических проводников. Проблема множества контактов была снята, и наступила эра гарвардской архитектуры. Действительно, если процессор имеет несколько шин, он может одновременно выполнить несколько действий. В этом случае за один такт гарвардский процессор может выполнить несколько операций, существенно опередив по производительности аналогичный фон-неймановский процессор. На Рис. 11 представлена Гарвардская архитектура.

Рис 11. Гарвардская архитектура

Фон-неймановская и гарвардская архитектуры — не единственные варианты построения ЭВМ, есть и другие архитектуры, которые не соответствуют указанным принципам (например, потоковые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских и гарвардских машин.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.