Операционные системы семейства Windows

В настоящее время большинство персональных компьютеров в мире работают под управлением той или иной версии операционной системы Windows (фирма Microsoft). Программные продукты этого семейства обладают общими характерными чертами:

· единый графический пользовательский интерфейс;

· поддержка работы в сетевой среде;

· наличие универсальной системы средств обмена данными между приложениями (буфер обмена, динамический обмен данными – DDE, связывание и встраивание объектов – OLE).

В операционных системах семейства Windows реализована открытая архитектура(Windows Open Services Architecture – WOSA), которая предоставляет механизмы для решения задачи передачи информации независимо от ее местоположения и формата представления. С их помощью пользователь компьютера может легко подключиться к любой из информационных служб, располагающихся в различных сетях или операционных системах. В настоящее время обеспечивается стандартный доступ к базам данных, почте, телефонным сетям и системам лицензирования, сетевым службам и специализированным службам (финансовые системы и данные реального времени).

Первыми разработками Microsoft в области создания новых ОС для персональных компьютеров были программные среды Windows 3.x (Windows 3.0, Windows 3.1, Windows 3.11 for Workgroup), которые представляли собой графическую надстройку над операционной системой MS DOS.

Затем на рынок операционных систем корпорацией была представлена первая настоящая ОС семейства Windows – Windows 95. Она является многозадачной, 32-разрядной ОС с расширенными сетевыми функциями и обеспечивает широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической, звуковой и видеоинформации, а также предоставляет встроенные средства поддержки обмена файлами и их защиты, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows 95 позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ. Применяемый в ней защищенный режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определенную устойчивость к вирусам.

Windows 98 отличается от Windows 95 интеграцией с браузером Internet Explorer, что обеспечивает отображение содержимого папок в виде окна браузера; улучшенной совместимостью с новыми аппаратными средствами компьютера; поддержкой стандарта plug-and-play. Может использоваться на настольных и портативных компьютерах.

Windows Millenium Edition (Windows ME) является очередной версией ОС линейки Windows 95, Windows 98 и Windows 98 SE. В ее основе лежит ядро Windows 98.

Параллельно с Windows 95 корпорация Microsoft представила на рынок принципиально новую операционную систему – Windows NT (New Technology), ставшую родоначальницей ряда ОС. Это 32-разрядная система со встроенной сетевой поддержкой и развитыми средствами многопользовательской работы. Она обеспечивает истинную многозадачность, многопроцессорную обработку, разграничение доступа к аппаратным и информационным ресурсам, защиту данных и многое другое.

Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в локальной сети, а также для коллективных пользователей, особенно группы, выполняющей совместный проект и обменивающейся данными. Поставляется в двух вариантах Windows NT Server и Windows NT for Workstation.

Операционная система нового поколения Windows 2000 ориентирована на разнообразные компьютеры: портативные, настольные, серверы и кластерные системы, и обеспечивает тесную интеграцию с Internet. Она является развитием ОС Windows NT 4.0 и характеризуется следующими параметрами:

· имеет 32-разрядную файловую систему с открытой для дальнейшего развития архитектурой, работающую быстрее и реализующую множество новых возможностей;

· максимально упрощает установку и настройку оборудования за счет поддержки стандарта plug-and-play;

· имеет встроенные средства для работы со звуком, видео и компакт-дисками (CD-ROM); диагностики, оптимизации и исправления ошибок, которые помогают устранять конфликты между устройствами и повышают эффективность функционирования всей системы;

· включает эффективные инструменты для работы с Internet, которые ускоряют работу и поиск информации в World Wide Web.

Вследствие наличия эффективных средств обеспечения защиты (сохранение состояния системы для ее восстановления после сбоев, модифицированная файловая система, шифрование, управление доступом и прочее) Windows 2000 была признана одной из самых безопасных ОС.

В системе Windows 2000 реализованы многие решения, призванные уменьшить затраты на эксплуатацию системы в корпоративных сетях.

Семейство Windows 2000 включает: Windows 2000 Professional, Windows 2000 Server, Windows 2000 Advanced Server, Windows 2000 Datacenter Server. Каждая из них предназначена для своих целей и имеет соответствующие возможности и функции. Например, Windows 2000 Professional ориентирована на домашние компьютеры или рабочие станции.

Windows XP объединяет в себе лучшие качества предыдущих версий Windows: надежность, стабильность и управляемость – от Windows 2000, технологию plug-and-play – от Windows 98. В ней реализован более эффективный интерфейс пользователя, включающий новые возможности группировки и поиска документов, возможность быстрого переключения пользователей и т.д. Пользователь Windows XP может создавать компакт-диски в форматах, позволяющих осуществлять однократную или многократную запись (CD-R или CD-RW), применяя для этого обычный метод перетаскивания или соответствующих мастеров. Операционная система Windows XP реализована корпорацией Microsoft в двух версиях: для домашних пользователей Windows XP HomeEdition, и для корпоративных клиентов – Windows XP Professional Edition.

ОС Windows NT, 2000, XP поддерживают файловые системы FAT, NTFS, CDFS.

Дальнейшее развитие возможностей ОС Windows 2000 Server получили в 64-разрядной операционной системе Windows Server 2003,версии которой ориентированы на малый бизнес и рынок SOHO (Small Office/Home Office – малый офис/домашний офис), серверы крупных предприятий, построение Web-серверов.

Windows CE – операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD проигрыватели и устройства доступа в Internet. Это 32-разрядная, многозадачная операционная система, имеющая открытую архитектуру. Windows CE позволяет устройствам различных категорий «говорить» и обмениваться информацией друг с другом, связываться с корпоративными сетями и с Internet, пользоваться электронной почтой. Она компактна и высоко производительна, функционирует на микропроцессорах различных марок и изготовителей.

Концепция и характеристики операционных систем Windows.

Современные ОС Windows — высокопроизводительные, многозадачные и многопотоковые 64-разрядные операционные системы с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями, работающие в защищенном режиме, поддерживающие 16-разрядные приложения без всякой их модификации.

ОС Windows — это интегрированная среда, обеспечивающая обмен текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией между отдельными программами.

Основными характеристиками ОС Windows являются:

· вытесняющая многозадачность и многопоточность;

· графический пользовательский интерфейс;

· подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play$

· наличие коммуникационных программных средств (поддержки компьютерных сетей);

· наличие средств мультимедиа;

· интеграция с глобальной сетью Интернет;

2.1.1.1 Базовая архитектура системы. 32-разрядная архитектура.

Windows NT – второй представитель нового поколения мощных 32-битовых многопотоковых операционных систем. Первой такой ОС была Windows – 95. 32-разрядная ОС способна непосредственно обрабатывать 32-разрядные числа (а не 16-разрядные, как ее предшественники DOS, Windows 3.1, 3.11 и другие) и, что более важно оперировать с 32-разрядными адресами.

Сравнение с пропускной способностью дороги, у которой 8, 16, 32, 64 полосы.

Микропроцессоры ПК, начиная с Intel-386 (далее Intel-486, Intel Pro) стали 32-разрядными, т.е. способными управляться с 32-разрядными кодами, в том числе с 32-разрядными адресами. Так как Windows-3.1,11 не могли работать с 32 разрядами, то возможности этих микропроцессоров использовались неполностью.

Начиная с Windows – 95, отпадает необходимость в сегментной модели памяти. Windows NT также поддерживает плоскую (flat) модель памяти, в рамках которой память никак не структурируется. Ее придется структурировать, только если программные продукты превысят размер 4 Гбайта, так как именно такое адресное пространство обеспечивается 32-разрядным адресом.

Итак, Windows – 95 и Windows NT преодолевают 2 основных ограничения прежних ОС (DOS, Windows 3.1):

1) выполнение операций только над 16-разрядными двоичными числами;

2) использование сегментной модели памяти.

Комментарий.

Непосредственная поддержка операций только над 16-разрядными числами не означает невозможность обработки чисел большей разрядности, скажем 32-разрядных. Но работа с ними требует их дробления на части, выполнения необходимых действий над отдельными частями и последующего объединения частичных результатов в окончательный. Такая техника существенно замедляет обработку данных. При этом на времени исполнения программ сказывается не только необходимость обрабатывать длинные коды чисел по частям, но и потребность в многократном считывании таких кодов из памяти.

Суть сегментной модели памяти заключается в том, что основная память на логическом уровне представлена в видесовокупности сегментов различного, но не превосходящего некоторую величину размера. 16-разрядным кодом можно адресовать только 64 Кбайта памяти, а этого явно недостаточно.

Windows NT – интегрированная среда.

Интегрированная ОС – операционная система, ядро которой загружается в момент включения ПК, и активизируется графический интерфейс.

Вытесняющая многозадачность и многопоточность.

Вытесняющая многозадачность – свойство ОС, самостоятельно в зависимости от внутренней ситуации передавать или забирать управление у того или иного приложения.

Многозадачность увеличивает загрузку микоропроцессора. Даже если работает 1 пользователь, то при выполнении медленных операций ввода-вывода, например, микропроцессор вынужден простаивать. В такие отрезки времени он может выполнять другие задачи.

В Windows 3.х приложения работали в режиме кооперативной многозадачности, т.е. последовательно. Каждое приложение периодически самостоятельно проверяет очередь сообщений, чтобы при необходимости передать управление другому приложению. ОС при этом пассивно наблюдает за этим процессом, не вмешиваясь в него. Приложения, редко проверяющие очередь сообщений, забирают себе практически все процессорное время.

Комментарий. В Windows NT для 32-битовых приложений используется механизм вытесняющей многозадачности, основанный на многопоточности.

Многопоточность – свойство ОС выполнять операции одновременно над потоками нескольких 32-битовых приложений, называемых процессами.

Процесс состоит из потоков.

Поток – это некоторая часть процесса, которой может быть выделено процессорное время для одновременного выполнения наряду с другими потоками того или иного процесса.

32-битовые приложения Windows NT способны порождать или инициировать несколько потоков внутри данного процесса. Каждый процесс состоит как минимум из одного потока. Многопоточное приложение значительно эффективнее в работе, быстрее реагирует на действия пользователя и выполняет многие операции в фоновом режиме.

Распределение времени между приложениями в Windows NT осуществляет ядро операционной системы, а поддержка вытесняющей многозадачности обеспечивает плавное переключение между одновременно выполняемыми процессами и не позволяет одному приложению занять все системные ресурсы.

Технология Plug and Play (включи и работай).

Начиная с Windows 95, в ОС этого семейства широко используется технология Plug and Play,обеспечивающая новые возможности интеграции программных продуктов и аппаратных средств. Они ориентированы на поддержку любого типа устройств, включая мониторы, видеоплаты, принтеры, звуковые карты, модемы, приводы CD-ROM/

Кроме того настройка и конфигурирование ОС, которые можно определить как изменение и уточнение режимов ее работы, а также порядка ее работы для:

1) обеспечения функционирования ОС на ПК с конкретным набором аппаратных средств;

2) адаптации ОС к потребностям пользователя и приложений;

3) повышения эффективности функционирования ОС и производительности ПК в целом.

К радости неквалифицированных пользователей настраивать Windows, начиная с 95-ой версии гораздо проще. Здесь нет необходимости вручную готовить какие-либо файлы конфигурации (CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT не нужны). Некоторые функции унифицированы и вынесены в одно место

Настройка\Панель управления\Свойства системы\Общие …\Быстродействие

Настройка\Панель управления\Устройства

В функциях настройки Windows, начиная с 95-ой, впечатляет, прежде всего то, что она способна распознать конкретное технические средства ПК, после чего учесть в работе их особенности и произвести автонастройку самих устройств. Это и есть результат технологии Plug and Play.

Комментарий.

Технология Plug and Play –это набор спецификаций, предложенных хорошо известными фирмамиMicrosoft, Compaq, Intel,иPhoenix Technologies с целью автоматизации процесса настройки подключаемых к ПК периферийных устройств. Начиная с Windows 95, пользователю для подключения нового устройства, поддерживающего технологию Plug and Play,достаточно его просто вставить в систему. Перераспределение и настройка системных ресурсов далее происходит автоматически. Например, ПК легко превращается в мультимедийную систему, простым присоединением звуковой платы и привода CD-ROM и последующим запуском Windows 95, 98 или NT.

Раньше этот процесс был очень трудоемким, требовал сложных манипуляций с коммутационными перемычками с целью бесконфликтного задания адресов портов ввода-вывода, номеров линий запроса прерывания, каналов прямого доступа к памяти (DMA) и зон адресного пространства. Теперь же все это не требуется – система справляется с настройкой устройств самостоятельно, одновременно подстраивая и себя – в частности, обеспечивая загрузку требуемых драйверов.

Категория: драйвер = драйвер устройства (device driver) + драйвер ресурсов (например, драйвер расширенной памяти HIMEM.SYS).

Windows 95, 98, NT и последующие версии также поддерживают динамическое реконфигурирование – замену периферийных устройств, выполняемых на платах PC Card,непосредственно в процессе работы без выключения питания (“горячее подключение”). Другой пример динамического изменения конфигурации системы: если в процессе работы от станции отключился портативный компьютер, Windows в этом компьютере автоматически изменяет конфигурацию, настраиваясь на монитор низкого рарешения, отсутствие сетевой платы и большого жесткого диска.

Технология Plug and Play,позволяет также работать с устройствами, не подчиняющимися спецификацииPlug and Play,упрощая их настройку и управление оборудованием.

Для корректного обращения с системными ресурсами ОС Windows отслеживает все устройства и выделяемые им ресурсы. Диспетчер устройств Windows позволяет пользователю получать информацию обо всех найденных системой устройствах, изменять при необходимости их конфигурацию. Кроме этого