Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

Первое поколение.

40-е годы. Первые цифровые вычислительные машины без ОС. Организация вычислительного процесса решается программистом с пульта управления.

Второе поколение.

50-е годы. Появление прообраза ОС - мониторные системы, реализующие систему пакетной обработки заданий.

Пакетный режим

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём ОС может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Третье поколение.

1965-1980 г.г. Переход к интегральным схемам. IBM/360. Реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера: привилегированный и пользовательский режимы, средства защиты областей памяти, развитой системы прерываний.

o       Разделение времени и многозадачность

o       Разделение полномочий

o       Реальный масштаб времени

o       Файловые системы и структуры

Четвертое поколение.

Конец 70-х. Создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. В 1983 году он был стандартизирован. Независимость от производителей, гибкость и эффективность, доказанные успешной работой Интернет, сделала этот стек протоколов основным стеком для большинства ОС.

Начало 80-х. Появление персональных компьютеров. Бурный рост локальных сетей. Поддержка сетевых функций стала необходимым условием. 80-е годы. Приняты основные стандарты на коммуникационные технологии локальных сетей: Ethernet, Token Ring, FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях.

Начало 90-х. Практически все ОС стали сетевыми. Появились специализированные сетевые ОС (например IOS, работающая в маршрутизаторах)

Последнее десятилетие. Особое внимание корпоративным сетевым ОС, для которых характерны высокая степень масштабируемости, поддержка сетевой работы, развитые средства обеспечения безопасности, способность работать в гетерогенной среде, наличие средств централизованного администрирования.

Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.

Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.

Операционные системы нужны, если:

o          вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

o          различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

o          между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

o          необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ

на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

o          оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды — оболочка и наборы утилит — они могут являться частью операционной системы.

Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

o          использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),

o          многопользовательские (с разделением полномочий),

o          многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:

o          ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;

o          системные библиотеки;

o          оболочка с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

Операционная оболочка — это комплекс системных программ, обеспечивающий дружественный интерфейс пользователя (UI) с операционной системой, превосходящий по тем или иным параметрам (как правило, по уровню непроцедурности и близости к языку профессиональной деятельности пользователя) аналогичные средства интерфейса пользователя, предоставляемые самой операционной системой.

Примером операционной оболочки является популярная системная программа Norton Commander.

Программисты могут вообще не знать многих деталей управления ресурсами вычислительной системы, а должны обращаться к некоторой программной подсистеме с соответствующими выводами и получить необходимые функции сервиса. Эта программная подсистема и есть операционная система, а набор её функций сервиса и привело обращение к ней и образует базовое понятие, которое называется операционной средой, т.е. термин операционная среда означает необходимые интерфейсные программы пользователя для обращения к операционной системе с целью получить определённый сервис. Параллельное существование терминов “операционная система” и “операционная среда” вызвано тем, что операционная система может поддержать несколько операционных сред.

Кроссплатформенное (межплатформенное) программное обеспечение — программное обеспечение, работающее более чем на одной аппаратной платформе и/или операционной системе. Типичным примером является программное обеспечение, предназначенное для работы в операционных системах Linux и Windows одновременно.

Новый Visual J++ 6.0 позволит разработчикам создавать межплатформенные Java-приложения, которые, естественно, ориентированы в основном на Windows. Среди других особенностей J++ можно назвать наличие конструктора визуальных форм, возможность включения в код необходимых примечаний и компонентно-ориентированное программирование. При помощи Visual J++ 6.0 разработчики могут создавать компоненты COM, MTS (Microsoft Transaction Server) и MSMQ.

Кроссплатформенными можно назвать большинство современных высокоуровневых языков программирования. Например, C, С++, Free Pascal — кроссплатформенные языки на уровне компиляции, то есть для этих языков есть компиляторы под различные платформы.

Не менее важны для кроссплатформенности стандартизованные библиотеки времени выполнения. В частности, стандартом стала библиотека языка C. Из крупных кроссплатформенных библиотек — Qt, GTK+, FLTK, STL, Boost, OpenGL, SDL, OpenAL, OpenCL.

Qt — кросс-платформенный инструментарий разработки ПО на языке программирования C++. Есть также «привязки» ко многим другим языкам программирования: Python — PyQt, PySide; Ruby — QtRuby; Java — Qt Jambi; PHP — PHP-Qt и другие.

Позволяет запускать написанное с его помощью ПО в большинстве современных операционных систем путём простой компиляции программы для каждой ОС без изменения исходного кода. Включает в себя все основные классы, которые могут потребоваться при разработке прикладного программного обеспечения, начиная от элементов графического интерфейса и заканчивая классами для работы с сетью, базами данных и XML. Qt является полностью объектно-ориентированным, легко расширяемым и поддерживающим технику компонентного программирования.

Среда визуальной разработки — среда разработки программного обеспечения, в которой наиболее распространенные блоки программного кода представлены в виде графических объектов. Применяются в основном для создания прикладных программ и разработки графического интерфейса пользователя .

Среды:

NetBeans

Одна из лучших IDE сред. Предназначена для работы с Java, с ее помощью можно разрабатывать не только кросс-платформенные Java программы, но и web-приложения, web-сервисы и клиентов для них, J2ME программы и т.п.

QT / KDevelop Designer

Еще одна мощная среда разработки на платформе KDE и Gnome. Кросс-платформенные C++ приложения выходят только в путь. Для некоммерческих программ Qt можно использовать бесплатно, существует практически для всех дистрибутивов.

Gambas

Клон Visual Basic, причем не только в оформлении, но и в конструкциях языка . Идеальное средство для VB программистов, желающих перейти на Linux. Простой и удобный интерфейс. Доступ ко всем главным базам данным - MySQL, PostgreSQL и т.д. Работает практически на всех дистрибутивах.

Меню— элемент интерфейса пользователя, позволяющий выбрать одну из нескольких перечисленных опций программы. В современных операционных системах меню является важнейшим элементом графического интерфейса пользователя.

Меню - один из самых распространнёных элементов. Не надо далеко ходить - в ворде 2003. ФАЙЛ ПРАВКА ФОРМАТ. Это и есть меню. Как вы понимаете, оно нужно для двух вещей. Во-первых, оно структурирует функции. Т.е. в подменю ФАЙЛ только то, что касается файла и так далее. Во-вторых, оно значительно освобождает место - это логично. в VS при создание проекта на Windows Forms есть специальный элемент - MenuStrip, который позволяет нам легко и удобно создавтаь подобные меню.

Значок, иконка — элемент графического интерфейса, небольшая картинка, представляющая приложение, файл, каталог, окно, компонент операционной системы, устройство и т. п. В ответ на щелчок, совершённый мышью или другим указательным устройством ввода на значке, обычно выполняется соответствующее действие (запуск приложения, открытие файла и т. д.).

Акселераторы позволяют существенно упростить пользователю работу с Вашей программой за счет быстрого доступа к ее элементам. Нажатием комбинации клавиш "Ctrl + O" в Microsoft Word Вы мгновенно попадаете в диалог открытия документа, минуя потери времени на перебирание пунктов меню. К счастью, чтобы использовать в программе акселераторы, не требуется почти никаких затрат, поскольку поддержка акселераторов встроена в операционную систему.

Переключатель (элемент интерфейса программ) — в программировании, элемент графического пользовательского интерфейса, который позволяет пользователю осуществлять возможность множественного выбора.

Контрольный переключатель (check box, флажок) может быть либо выбранным, либо нет. Если в диалоге есть несколько контрольных переключателей, то могут быть выбраны одновременно несколько из них.

Селекторная кнопка (radio button) – это, почти тоже, что и контрольный переключатель. Отличие состоит в том, что при наличии нескольких кнопок в группе может быть выбрана только одна.

Диалоги не создаются программно. При необходимости из ресурсов загружаются описания диалогов, и Windows по этому описанию формирует окно и размещает на нем все элементы управления. Диалоги редактируются визуально из ресурсного редактора. Диалог вместе со всеми элементами управления представляет собой один ресурс со своим идентификатором. Кроме того, каждый элемент управления имеет свой идентификатор, который может быть только числовым. Обычно идентификаторы имеют префикс в соответствии с названием данного элемента управления, хотя при желании можно использовать любые идентификаторы.

Индикатор выполнения (ProgressBar) отображает степень реализации (в процентах) конкретного процесса: шкала постепенно заполняется слева направо. Например, именно таким способом Microsoft Word for Windows иллюстрирует запись файла на диск. Индикатор выполнения часто используют программы установки для отображения хода процесса.

Взаимодействие между объектами осуществляется посылкой специальных сообщений от одного объекта к другому. Сообщение, полученное объектом, может потребовать выполнения определенных действий, например, изменения состояния объекта.

Объекты, описанные одним и тем же набором параметров и способные выполнять один и тот же набор действий представляют собой класс однотипных объектов.

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данного, а отдельный объект - как данное этого типа. Определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий.

Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Понятию “объект” сопоставляют ряд дополняющих друг друга определений.

Объект - это осязаемая реальность, характеризующаяся четко определяемым поведением.

Объект - особый опознаваемый предмет, блок или сущность (реальная или абстрактная), имеющая важное функциональное назначение в данной предметной области.

Объект может быть охарактеризован структурой, состоянием объекта, его поведением и индивидуальностью.

Состояние объекта определяется перечнем всех возможных (обычно статических) свойств и текущими значениями (обычно динамическими) каждого из этих свойств. Свойства объекта характеризуются значениями его параметров.

Поведение объекта описывает, как объект воздействует на другие объекты или как он подвергается воздействию со стороны других объектов с точки зрения изменения его собственного состояния и состояния других объектов. Говорят также, что поведение объекта определяется его действиями.

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называют операцией. В объектно-ориентированных языках программирования операции называют методами.

Объектно-ориентированное программирование основано на «трех китах» - трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства. Этими принципами являются инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция есть объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.

Инкапсуляция позволяет в максимальной степени изолировать объект от внешнего окружения. Она существенно повышает надежность разрабатываемых программ, т.к. локализованные в объекте алгоритмы обмениваются с программой сравнительно небольшими объемами данных, причем количество и тип этих данных обычно тщательно контролируются. В результате замена или модификация алгоритмов и данных, инкапсулированных в объект, как правило, не влечет за собой плохо прослеживаемых последствий для программы в целом (в целях повышения защищенности программ в ООП почти не используются глобальные переменные).

Другим немаловажным следствием инкапсуляции является легкость обмена объектами, переноса их из одной программы в другую. Можно сказать, что ООП «провоцирует» разработку библиотек объектов, таких как Turbo Vision.

Наследование есть свойство объектов порождать своих потомков. Объект-потомок автоматически наследует от родителя все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями и заменять (перекрывать) методы родителя или дополнять их.

Принцип наследования решает проблему модификации свойств объекта и придает ООП в целом исключительную гибкость. При работе с объектами программист обычно подбирает объект, наиболее близкий по своим свойствам для решения конкретной задачи, и создает одного или нескольких потомков от него, которые «умеют» делать то, что не реализовано в родителе.

Последовательное проведение в жизнь принципа «наследуй и изменяй» хорошо согласуется с поэтапным подходом к разработке крупных программных проектов и во многом стимулирует такой подход.

Полиморфизм - это свойство родственных объектов (т.е. объектов, имеющих одного общего родителя) решать схожие по смыслу проблемы разными способами. В рамках ООП поведенческие свойства объекта определяются набором входящих в него методов. Изменяя алгоритм того или иного метода в потомках объекта, программист может придавать этим потомкам отсутствующие у родителя специфические свойства. Для изменения метода необходимо перекрыть его в потомке, т.е. объявить в потомке одноименный метод и реализовать в нем нужные действия. В результате в объекте-родителе и объекте-потомке будут действовать два одноименных метода, имеющие разную алгоритмическую основу и, следовательно, придающие объектам разные свойства. Это и называется полиморфизмом объектов.

В основе того или иного языка программирования лежит некоторая руководящая идея, оказывающая существенное влияние на стиль соответствующих программ.

Исторически первой была идея процедурного структурирования программ, в соответствии с которой программист должен был решить, какие именно процедуры он будет использовать в своей программе, а затем выбрать наилучшие алгоритмы для реализации этих процедур. Появление этой идеи было следствием недостаточной изученности алгоритмической стороны вычислительных процессов, столь характерной для ранних программных разработок (сороковые - пятидесятые годы). Типичным примером процедурно-ориентированного языка является Фортран - первый и все еще один из наиболее популярных языков программирования. Последовательное использование идеи процедурного структурирования программ привело к созданию обширных библиотек программирования, содержащих множество сравнительно небольших процедур, из которых, как из кирпичиков, можно строить «здание» программы.

По мере прогресса в области вычислительной математики акцент в программировании стал смещаться с процедур в сторону организации данных. Оказалось, что эффективная разработка сложных программ нуждается в действенных способах контроля правильности использования данных. Контроль должен осуществляться как на стадии компиляции, так и при прогоне программ, в противном случае, как показала практика, резко возрастают трудности создания крупных программных проектов. Отчетливое осознание этой проблемы привело к созданию Алгола-60, а позже - Паскаля, Модулы-2, Си и множества других языков программирования, имеющих более или менее развитые структуры типов данных. Логическим следствием развития этого направления стал модульный подход к разработке программ, характеризующийся стремлением «спрятать» данные и процедуры внутри модуля.

Начиная с языка Симула-67, в программировании наметился новый подход, который получил название объектно-ориентированного программирования (ООП). Его руководящая идея заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое - объект. Характерной чертой объектов является инкапсуляция (объединение) данных и алгоритмов их обработки, в результате чего и данные, и процедуры во многом теряют самостоятельное значение. Фактически объектно-ориентированное программирование можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда вместо во многом случайного, механического объединения процедур и данных акцент делается на их смысловую связь.

Какими мощными средствами располагает объектно-ориентированное программирование наглядно демонстрирует библиотека Turbo Vision, входящая в комплект поставки Турбо Паскаля и описываемая во второй части этой книги. В этой главе мы рассмотрим основные идеи ООП и способы их использования.

Следует заметить, что преимущества ООП в полной мере проявляются лишь при разработке достаточно сложных программ. Более того, инкапсуляция придает объектам совершенно особое свойство «самостоятельности», максимальной независимости от остальных частей программы. Правильно сконструированный объект располагает всеми необходимыми данными и процедурами их обработки, чтобы успешно реализовать требуемые от него действия. Попытки использовать ООП для программирования несложных алгоритмов, связанных, например, с расчетными вычислениями по готовым формулам, чаще всего выглядят искусственными нагромождениями ненужных языковых конструкций. Такие программы обычно не нуждаются в структуризации, расчленении алгоритма на ряд относительно независимых частей, их проще и естественнее разрабатывать традиционными способами Паскаля. При разработке сложных диалоговых программ программист вынужден структурировать программу, так как только в этом случае он может рассчитывать на успех: «критической массой» неструктурированных программ является объем в 1000-1200 строк исходного текста - отладка неструктурированных программ большего объема обычно сталкивается с чрезмерными трудностями. Структурирование программы ведет, фактически, к разработке собственной библиотеки программирования - вот в этот момент к Вам на помощь и приходят новые средства ООП.

CASE — набор инструментов и методов программной инженерии для проектирования программного обеспечения, который помогает обеспечить высокое качество программ, отсутствие ошибок и простоту в обслуживании программных продуктов (например, ERwin).

Представление о CASE - комплексах связано в нашем сознании с чем-то, не имеющим отношения к обычному программированию. В Америке из-за сильнейшей конкуренции CASE-средства используются подавляющим большинством фирм - разработчиков программного обеспечения.

Мощный толчок CASE-средства получили в пору внедрения объектно-ориентированной технологии разработки ПО, когда старого, проверенного временем метода проектирования "сверху вниз" стало явно недостаточно. К тому же появились технологии объектного моделирования Booch, OMT, UML, сами по себе весьма сложные для привязки к языкам программирования, чтобы оперировать ими вручную.

Сегодня лидирующей в мире CASE-системой считается Rational Rose корпорации Rational Software. Система Rational Rose нацелена на создание модулей с использованием языка Unified Modeling Language (UML). Кстати, UML стал стандартным языком объектно-ориентированной разработки не без подачи Rational Software, которая не только выпускает программные продукты, где используются UML, но и активно принимает участие в организации Object Management Group (OMG), занятой созданием и обновлением спецификаций языка UML, технологии распределенных вычислений CORBA и т.д.

В компании Rational работают три создателя и евангелиста объектно-ориентированной разработки и языка UML. Это Гради Буч, Айвар Джекобсон и Джим Рамбаух. Последняя версия CASE-системы компании Rational Software Rational Rose 98 успешно применяется для создания коммерческого ПО и поддерживает популярные языки программирования Java, Си++, Смолток, Ада, Visual Basic, Power Builder и Forte. Кроме того, пакет Rose 98 способен генерировать описания на языках Interface Definition Language (IDL) для приложений CORBA и Data Definition Language (DDL) для приложений доступа к базам данных, в том числе и Oracle 8. Разумеется, поддержка того или иного языка программирования зависит от того, о какой редакции пакета Rational Rose 98 идет речь.

К примеру, нельзя требовать многого от самого простого варианта пакета - Rose 98 Modeler Edition. Зато Rose 98 Enterprise Edition оснащен от души. Нельзя не отметить, что система Rose - признанный лидер среди средств визуального моделирования, и, используя ее, можно интерактивно разрабатывать архитектуру создаваемого приложения, генерировать его исходные тексты и параллельно работать над документированием разрабатываемой системы. С помощью Rational Rose можно создавать новые модели на базе обратного разбора двоичных com модулей или исходные тексты прикладных программ и библиотек классов.

Преимущества от применения Rational Rose 98 значительны:

• Сокращение цикла разработки приложения.
• Увеличение продуктивности работы программистов.
• Улучшение потребительских качеств создаваемых программ за счет ориентации на пользователей и бизнес.
• Способность вести большие проекты и группы проектов.
• Возможность повторного использования уже созданного ПО за счет упора на разбор их архитектуры и компонентов.
• Язык UML служит универсальным "мостиком" между разработчиками из разных отделов.