Каждый экран, к которому вы прикасаетесь, зависит от невидимого «босса».
Ваш телефон. Ноутбук. Игровая консоль, собирающая пыль на полке. Все они имеют одно незыблемое требование: операционная система (ОС). Без неё они превращаются просто в дорогие подставки для бумаг.
На протяжении десятилетий иерархия была простой. Windows от Microsoft доминирует на десктопах. MacOS от Apple правит балом в сфере профессионального творческого труда. Chrome OS от Google заняла свою нишу в образовании и бюджетном оборудовании. А если вам нужен полный контроль? Linux. Это открытое программное обеспечение. Его можно настраивать до одури. Существует даже ChromeOS Flex, способная вдохнуть новую жизнь в изношенные старые машины.
Но эти системы — это не просто красивые интерфейсы. Это генеральные подрядчики вычислительной техники.
Подумайте о том, что на самом деле происходит, когда вы щёлкаете по файлу. Вы не просто перемещаете данные. Вы просите ОС координировать хаос. Пока ваш текстовый процессор обрабатывает ввод текста, а музыкальное приложение воспроизводит трек, операционная система переводит эти требования на язык, понятный аппаратному обеспечению. Она общается с процессором. Она управляет потоками данных. Она поддерживает порядок.
Большинство домашних компьютеров — это многозадачные машины для одного пользователя. Вы видите одного человека. Один экран. Но что происходит под капотом? Это настоящий хаос активности.
Здесь начинается самое интересное. Ваш компьютер на самом деле не является многозадачным. По-настоящему.
Когда вы скачиваете большой файл, редактируете таблицу и одновременно слушаете подкаст, кажется, что всё происходит одновременно. Кажется, что всё происходит одновременно. Но это иллюзия. Центральный процессор (ЦП) — это растерянный секретарь с папкой дел. Он переключается между задачами так быстро, что ваш мозг не успевает заметить паузы.
Ваши программы думают, что у них есть эксклюзивный доступ к процессору. ОС знает лучше. Она предоставляет временный контроль, а затем забирает его обратно. Она решает, кто ест первым. Кто ждёт.
С современными многоядерными ЦП картина немного меняется. Теперь у нас есть процессоры с четырьмя, шестью или даже большим количеством ядер. Они могут по-настоящему обрабатывать несколько задач параллельно. Но ОС всё равно принимает решения. Она расставляет приоритеты. Она решает, какое ядро возьмёт на себя основную нагрузку, а какое может «поспать».
Так почему же всё это имеет значение?
Потому что, если убрать ОС, вы убираете логику.
Аппаратное обеспечение не знает, что такое «папка». Оно не знает, что такое «браузер». Оно знает только электричество и логические вентили. Без операционной системы, которая обеспечивает структуру, управление памятью и инструкции, кремний молчит.
Как выглядит компьютер, когда генеральный подрядчик уходит с работы?
Он выглядит как шум. Как потенциал. Как машина, ожидающая душу.
Как работают компьютеры без операционной системы
Кажется невозможным, что компьютер может существовать без операционной системы. Мы привыкли к слоям программного обеспечения, которые управляют нашими файлами, обрабатывают сетевые соединения и позволяют нам переключаться между приложениями, не задумываясь об этом. Но самые первые машины не имели таких удобств. Они были массивными, специализированными устройствами. Операторы не писали код в современном редакторе. Они физически подключали и отключали провода на коммутационной панели, чтобы задать инструкции машине.
Если убрать операционную систему, вы не получите сломанный компьютер. Вы получите очень сложный в использовании.
Без операционной системы, которая использует и обеспечивает стандартный, систематический подход к работе компьютера, вы остаетесь один на один с проблемой. Вам нужно писать код, который точно указывает аппаратному обеспечению, что делать. Хотите создать документ? Вам нужно написать код, заставляющий компьютер реагировать на каждое нажатие клавиши. Затем вам нужен отдельный код для преобразования этих вводов в пиксели на экране. Вам нужно указать системе, как нарисовать букву «Q». Вам пришлось бы писать код для каждой возможной ситуации в вашем текстовом процессоре непосредственно на диск.
Роль BIOS в системе без операционной системы
Ваш ПК все равно загрузится. Он использует небольшой фрагмент микропрограммы, называемый BIOS (Basic Input/Output System — система базовой ввода-вывода). BIOS выполняет минимально необходимый минимум: сбрасывает часы, регулирует напряжение и диагностирует ошибки. Его самой практической функцией является выбор диска для загрузки. Он не может обрабатывать текст. Он не может просматривать веб-страницы. Он не может управлять памятью для нескольких процессов.
Представьте, что вы строите дом. Вам нужны водопровод, электричество, окна. Компьютеру нужен текстовый процессор, интернет-браузер, менеджер фотографий. Без операционной системы вы не просто нанимаете плотника, который не знает, куда забивать гвозди. Вам нужно выковать молотки. Вам нужно выплавить гвозди.
Операционная система предоставляет унифицированный набор материалов. Она позволяет процессору быстро переключаться между задачами так, что вы не замечаете перехода. Она управляет «винтами и досками», так что вам не нужно изобретать велосипед для каждого приложения.
Пределы однопоточного выполнения
Вот в чем загвоздка. Даже с операционной системой ранние компьютеры могли сосредотачиваться только на одной вещи. Без операционной системы ваш компьютер может запускать только одну программу. Точка.
Вы можете создать документ. Вы можете сохранить его. Вы можете распечатать его. Но вы не можете просматривать этот документ, одновременно оставляя работающие часы на рабочем столе. Аппаратное обеспечение не обладает логикой переключения контекста, необходимой для многозадачности. Вы застряли на выполнении одной и только одной задачи за раз. Каждая функция должна быть заранее записана в микропрограмму или в единственную загруженную программу. Нет фоновой службы для обработки вашей электронной почты, пока вы пишете.
История домашних компьютеров и MS-DOS
Первый жизнеспособный домашний компьютер MITS Altair был выпущен в 1975 году. У него не было экрана. Не было клавиатуры. Не было операционной системы. Билл Гейтс и Пол Аллен увидели пробел на рынке и основали Microsoft для создания программного обеспечения для этой платформы. Они достигли реального успеха только после адаптации QDOS (Quick & Dirty Operating System — «быстрая и грязная операционная система») к IBM PC в 1981 году. Эта система, переименованная в MS-DOS, заложила основу для Windows.
Какие основные компоненты у операционной системы?
Основные компоненты — это управление файлами, управление процессами и управление памятью. Эти три столпа позволяют системе отслеживать, где хранятся данные, как долго работают программы и сколько доступно оперативной памяти (RAM).
Зачем компьютерам нужна операционная система?
Это самое важное программное обеспечение на вашем компьютере. Оно обеспечивает общий язык для всех остальных программ. Оно гарантирует, что ваше аппаратное и программное обеспечение работают вместе эффективно. Без него каждое приложение потребовало бы собственного прямого драйвера для каждого компонента аппаратного обеспечения.
Нужна ли каждому компьютеру операционная система?
Исторически — нет. Самые первые мейнфреймы работали без нее. Они обрабатывали данные пакетами по одному. Однако современные компьютеры должны справляться со множеством задач одновременно. Ноутбук без операционной системы был бы функционально бесполезным с точки зрения современных стандартов.
Какие операционные системы являются распространенными?
Исторически Apple выпустила серию версий OS X, которые определяли опыт использования Mac на протяжении десятилетия. Среди них Lion (10.7), Mountain Lion (10.8), Mavericks (10.9), Yosemite (10.10) и El Capitan (10.11). Каждая версия вводила новые функции, прежде чем в конечном итоге была заменена на macOS.
