Sisteme de Operare

Capitolul I

Structura şi evoluţia sistemelor de operare

1.1. Introducere

Fără software-ul necesar, un calculator este de neutilizat. Cu software-ul necesar, calculatorul poate stoca, procesa şi regăsi informaţii. Software-ul poate fi împărţit în două mari categorii:

• Programe de sistem: acestea au rolul de a gestiona funcţionarea corectă şi eficientă a calculatorului. Cel mai important program de sistem este sistemul de operare care controlează toate resursele calculatorului şi oferă baza pe care pot fi scrise programele de aplicaţii.

• Programe de aplicaţie: acestea execută lucrurile pe care le doreşte proprietarul calculatorului. Exemple de astfel de programe sunt procesoarele de documente, procesoarele de tabele etc.

Un calculator conţine unul sau mai multe procesoare, memorie de bază RAM, discuri magnetice, imprimante, interfaţa de reţea şi alte echipamente periferice de intrare-ieşire. Pentru a putea administra toate părţile componente ale sistemului şi de a prezenta o interfaţă om-maşină mai uşor de înţeles şi programat, a apărut necesitatea realizării unui strat de software peste partea de hardware. Acest strat sofware este chiar sistemul de operare.

Biblioteci Rezervări Web browser

Programe aplicaţii

Complilator Editor Interpretor comenzi

Programe sistem

Sistem de operare

Limbaj maşină

Hardware

Microprogramare

Componente fizice

Figura 1.1. Structura unui sistem de calcul

1.2. Noţiunea de sistem de operare

Sistemul de operare poate fi privit din două puncte de vedere distincte. Acestea sunt:

• Sistemul de operare ca maşină extinsă. Programarea la nivelul limbajului maşină este foarte dificilă, în special pentru operaţiile intrare-ieşire. Detaliile concrete privind modul cum sunt realizate aceste operaţii nu vor fi prezentate utilizatorului. Programul care ascunde aceste lucruri despre hardware şi prezintă o interfaţă simpla cu ajutorul fişierelor este sistemul de operare. Sistemul de operare ascunde şi detalii privind întreruperile, timer-ul, administrarea memoriei şi alte caracteristici de nivel jos. Din acest punct de vedere, funcţia de bază a sistemului de operare este de a prezenta utilizatorului echivalentul unei maşini extinse (sau virtulale) care este mai uşor de programat.

• Sistemul de operare ca administrator de resurse. Conceptul de sistem de operare ca furnizor principal al unei interfeţe convenabile pentru programatori este o prezentare top-down. O alternativă, prezentarea botton-up, ţine seama de faptul că sistemul de operare are rolul de a administra toate componentele unui sistem complex, de a furniza o metodă de alocare controlată şi ordonată a procesoarelor, memoriilor, dispozitivelor periferice tuturor programelor care le solicită.

1.3. Evoluţia sistemelor de calcul

De-a lungul anilor, sistemele de operare au evoluat în mai multe generaţii. Primul calculator cu adevărat digital a fost proiectat de matematicianul englez Charles Babbage (1792-1871). Deşi Babbage şi-a petrecut cea mai mare parte din viaţă încercând să construiască calculatorul analitic, acesta nu lucrat niciodată adecvat, deoarece maşina sa era pur mecanică, iar tehnologia din acea vreme nu îi permitea producerea rotiţelor şi angrenajelor de o precizie aşa de mare, cum avea el nevoie. Maşina analitică a lui Babbage nu avea sistem de operare. Interesant este că şi-a dat seama că avea nevoie de software pentru calculator, astfel că a angajat o tănară, Ada Augusta Lovelace drept primul programator din lume. După numele ei a fost denumit limbajul de programare ADA.

Prima generaţie (1945-1955): Sisteme construite cu tuburi electronice cu vid şi tablouri de comanda

La jumatatea deceniului al V-lea al secolului XX, Howard Aiken, de la Harvard, John Von Neumann, de la Institutul de Studii Moderne din Princeton, J. Presper Eckert şi William Mauchley, de la Universitatea Pensylvania şi Konrad Zuse, din Germania, au reuşit să construiască maşina de calculat folosind tuburi electronice cu vid. Toate programele erau realizate în limbaj maşina. Limbajele de programare erau necunoscute şi nici sistemele de operare nu apăruseră încă. Pe la începutul anilor ’50 apar cartelele perforate. Programele erau scrise pe cartele perforate de unde erau citite, în loc să se folosească tablourile de conexiuni.

Generaţia a doua (1955-1965): Sistem cu tranzistori şi prelucrare pe loturi

Introducerea tranzistoarelor la mijlocul anilor ’50 a schimbat radical modul de construire a calculatoarelor. Acum, pentru prima oară, s-a făcut deosebire între proiectanţi, constructori, programatori şi personalul de intreţinere.

Aceste maşini erau închise în camere speciale dotate cu aer condiţionat şi cu operatori calificaţi ca să lucreze pe ele. Pentru a rula un job (program sau set de programe) programatorul trebuia mai întâi să scrie programul pe hârtie (în FORTRAN sau limbaj de asamblare), apoi îl perfora pe cartele, îl aducea în camera de intrare, unde îl înmâna unui operator. Când calculatorul termina de executat programul, un operator mergea la imprimanta şi lua datele de ieşire pe care le ducea la camera de ieşire astfel ca programatorul să le poată lua mai târziu. Pentru a reduce timpul irosit, a fost adoptată soluţia de a se aduna mai multe job-uri în camera de intrare, care apoi să fie citite şi memorate pe o bandă magnetică folosind un computer mic şi ieftin, cum era, de exemplu, IBM 1401, foarte bun la citirea cartelelor, copierea benzilor şi tipărirea datelor de ieşire, dar nu la fel de bun pentru calcule numerice la care erau folosite alte maşini precum IBM 7094.