1.2. HỆ ĐIỀU HÀNH MICROSOFT WINDOWS

1.2.1. Giới thiệu

Giữa thập niên 80, công ty phần mềm máy tính Microsoft công bố phiên bản đầu tiên của dòng hệ điều hành Windows là Microsoft Windows® 1.0. Đây là hệ điều hành dùng giao diện đồ họa khác với giao diện kư tự (text hay console) của MS-DOS. Tuy nhiên phải đến phiên bản thứ hai (Windows 2.0 - tháng 11 năm 1987) thì mới có bước cải tiến đáng kể, đó là sự mở rộng giao tiếp giữa bàn phím và thiết bị chuột và giao diện đồ họa (GUI-Graphic User Interface) như trình đơn (menu) và hộp thoại (dialog). Trong phiên bản này Windows chỉ yêu cầu bộ vi xử lý Intel 8086 hay 8088 chạy ở real-mode để truy xuất 1 megabyte bộ nhớ.

Tháng 5 năm 1990, Microsoft công bố phiên bản tiếp theo là Windows 3.0. Sự thay đổi lớn trong phiên bản này là Windows 3.0 hỗ trợ protected-mode 16 bit của các bộ vi xử lý 286, 386, và 486 của Intel. Sự thay đổi này cho phép các ứng dụng trên Windows truy xuất 16 megabyte bộ nhớ. Tiếp bước với sự phát triển là phiên bản Windows 3.1 ra đời năm 1992, Microsoft đưa công nghệ Font TrueType, âm nhạc (multimedia), liên kết và nhúng đối tượng (OLE- Object Linking and Embedding), và đưa ra các hộp thoại chung đã được chuẩn hóa.

Trong sự phát triển mạnh mẽ của những thập niên 90, Microsoft công bố tiếp dòng hệ điều hành Windows với ứng dụng công nghệ mới (1993). Hệ điều hành này lấy tên là Windows® NT® (Windows New Technology), đây là phiên bản hệ điều hành đầu tiên của Windows hỗ trợ 32 bit cho bộ xử lý 386, 486 và Pentium. Trong hệ điều hành này thì các ứng dụng phải truy xuất bộ nhớ với địa chỉ là 32-bit và các tập lệnh hay chỉ thị 32-bit. Ngoài ra Windows NT cũng được thiết kế để chạy các bộ vi xử lư (CPU) khác ngoài Intel và có thể chạy trên các máy trạm (workstation).

Hệ điều hành Windows 95 được công bố năm 1995 cũng là một hệ điều hành 32-bit cho Intel 386 trở về sau. Tuy thiếu tính bảo mật như Windows NT và việc thích nghi với máy trạm công nghệ RISC, nhưng bù lại hệ điều hành này yêu cầu phần cứng không cao.

Song song với sự phát triển phần mềm thì công nghệ phần cứng cũng phát triển không kém. Để tận dụng sức mạnh của phần cứng thì các thế hệ Windows tiếp theo ngày càng hoàn thiện hơn. Như Windows 98 phát triển từ Window 95 và có nhiều cải thiện như hiệu năng làm việc, hỗ trợ các thiết bị phần cứng tốt hơn, và cuối cùng là việc tích hợp chặt chẽ với Internet và Word Wide Web.

Windows 2000 là hệ điều hành được xem là ổn định và tốt của dòng Windows, phiên bản này tăng cường các tính năng bảo mật thích hợp trong mội trường mạng và giao diện đẹp.

1.2.2. Đặc điểm chung của hệ điều hành Microsoft Windows

Windows là một hệ điều hành sử dụng giao tiếp người dùng đồ họa (GUI), hay còn gọi là hệ điều hành trực quan (Visual interface). GUI sử dụng đồ họa dựa trên màn hình ảnh nhị phân (Bitmapped video display). Do đó tận dụng được tài nguyên thực của màn hình, và cung cấp một môi trường giàu tính trực quan và sinh động.

Windows không đơn điệu như MS-DOS (hay một số hệ điều hành giao diện console) mà màn hình được sử dụng chỉ để thể hiện chuỗi kư tự, do người dùng gõ từ bàn phím (keyboard) hay để xuất thông tin dạng văn bản. Trong giao diện người dùng đồ họa, màn hình giao tiếp với người sử dụng đa dạng hơn, người dùng có thể nhập dữ liệu thông qua chuột bằng cách nhấn vào các nút nhấn (button) các hôp chọn (combo box)…thiết bị bây giờ được nhập, có thể là bàn phím và thiết bị chuột (mouse device). Thiết bị chuột là một thiết bị định vị trên màn hình, sử dụng thiết bị chuột người dùng có thể nhập dữ liệu một cách trực quan bằng cách kích hoạt một nút lệnh, hay làm việc với các đối tượng đồ họa liên quan đến tọa độ trên màn hình.

Để giao tiếp trong môi trường đồ họa, Windows đưa ra một số các thành phần gọi là các điều khiển chung (common control), các điều khiển chung là các đối tượng được đưa vào trong hộp thoại để giao tiếp với người dùng. Bao gồm : hộp văn bản (text box), nút nhấn (button), nút chọn (check box), hộp danh sách (list box), hộp chọn (combo box)…

Thật ra một ứng dụng trên Windows không phải là quá phức tạp vì chúng có hình thức chung. Chương trình ứng dụng thuờng chiếm một phạm vi hình chữ nhật trên màn hình gọi là một cửa sổ. Trên cùng của mỗi cửa sổ là thanh tiêu đề (title bar). Các chức năng của chương trình thì được liệt kê trong thực đơn lựa chọn của chương trình (menu) , hay xuất hiện dưới dạng trực quan hơn là các thanh công cụ (toolbar). Các thanh công cụ này chứa các chức năng được sử dụng thường xuyên trong thực đơn để giảm thời gian cho người dùng phải mở thực đơn và chọn. Thông thường khi cần lấy thông tin hay cung cấp thông tin cho người dùng thì một ứng dụng sẽ đưa ra một hộp thoại, trong hộp thoại này sẽ chứa các điều khiển chung để giao tiếp với người dùng. Windows cũng ra tạo một số các hộp thoại chuẩn như Open Files, và một số hộp thoại tương tự như nhau.

Windows là một hệ điều hành đa nhiệm, tùy thuộc vào bộ nhớ mà ta có thể chạy nhiều ứng dụng cùng một lúc, và cũng có thể đồng thời chuyển qua lại giữa các ứng dụng và thực thi chúng. Trong các phiên bản của Windows® 98 và NT® trở về sau, các chương trình ứng dụng tự bản thân chúng chia thành nhiều tiểu trình (thread) để xử lư và với tốc độ xử lư nhanh tạo cảm giác những chương trình ứng dụng này chạy đồng thời với nhau.

Trong Windows, chương trình ứng dụng khi thực thi được chia sẻ những thủ tục mà Windows cung cấp sẵn, các tập tin cung cấp những thủ tục trên được gọi là thư viện liên kết động (Dynamic Link Libraries - DLL). Windows có cơ chế liên kết những chương trình ứng dụng với các thủ tực được cung cấp trong thư viện liên kết động.

Khả năng tương thích của Windows cũng rất cao. Các chương trình ứng dụng được viết cho Windows không truy xuất trực tiếp phần cứng của những thiết bị đồ hoạ như màn hình và máy in. Mà thay vào đó, hệ điều hành cung cấp một ngôn ngữ lập trình đồ họa (gọi là Giao tiếp thiết bị đồ hoạ - Graphic Device Interface - GDI) cho phép hiển thị những đối tượng đồ họa một cách dễ dàng. Nhờ vậy một ứng dụng viết cho Windows sẽ chạy với bất cứ thiết bị màn hình nào hay bất kì máy in, miễn là đã cài đặt trình điều khiển thiết bị hỗ trợ cho Windows. Chương trình ứng dụng không quan tâm đến kiểu thiết bị kết nối với hệ thống.

Như giới thiệu ở phần trên khái niệm liên kết động là thành phần quan trọng của Windows, nó được xem như là hạt nhân của hệ điều hành, vì bản thân của Windows là các tập thư viện liên kết động. Windows cung cấp rất nhiều hàm cho những chương trình ứng dụng để cài đặt giao diện người dùng và hiển thị văn bản hay đồ họa trên màn hình. Những hàm này được cài đặt trong thư viện liên kết động hay còn gọi là DLL. Đó là các tập tin có dạng phần mở rộng là *.DLL hay *.EXE, hầu hết được chứa trong thư mục \Windows\System, \Windows\system32 của Windows® 98 và các thư mục \WinNT\System, \WinNT\System32 của Windows® NT®.

Trong các phiên bản sau này, hệ thống liên kết động được tạo ra rất nhiều, tuy nhiên, hầu hết các hàm được gọi trong thư viện này phân thành 3 đơn vị sau: Kernel, User, và GDI.

Kernel cung cấp các hàm và thủ tục mà một hạt nhân hệ điều hành truyền thống quản lý, như quản lý bộ nhớ, xuất nhập tập tin và tác vụ. Thư viện này được cài đặt trong tập tin KRNL386.EXE 16 bit và KERNEL32.DLL 32 bit.

User quản lý giao diện người dùng, cài đặt tất cả khung cửa sổ ở mức luận lư. Thư viện User được cài đặt trong tập tin USER.EXE 16 bit và USER32.DLL 32 bit.

GDI cung cấp toàn bộ giao diện thiết bị đồ hoạ (Graphics Device Interface), cho phép chương trình ứng dụng hiển thị văn bản và đồ hoạ trên các thiết bị xuất phần cứng như màn hình và máy in.

Trong Windows 98, thư viện liên kết động chứa khoảng vài ngàn hàm, mỗi hàm có tên đặc tả, ví dụ CreateWindow, hàm này dùng để tạo một cửa sổ cho ứng dụng. Khi sử dụng các hàm mà Windows cung cấp cho thì các ứng dụng phải khai báo trong các tập tin tiêu đề .h hay .hpp (header file).

Trong một chương trình Windows, có sự khác biệt khi ta gọi một hàm của thư viện C và một hàm của Windows hay thư viện liên kết động cung cấp. Đó là khi biên dịch mã máy, các hàm thư viện C sẽ được liên kết thành mã chương trình. Trong khi các hàm Windows sẽ được gọi khi chương trình cần dùng đến chứ không liên kết vào chương trình. Để thực hiện được các lời gọi này thì một chương trình Windows *.EXE luôn chứa một tham chiếu đến thư viện liên kết động khác mà nó cần dùng. Khi đó, một chương trình Windows được nạp vào bộ nhớ sẽ tạo con trỏ tham chiếu đến những hàm thư viện DLL mà chương trình dùng, nếu thư viện này chưa được nạp vào bộ nhớ trước đó thì bây giờ sẽ được nạp.