INTRODUCERE - SISTEME DE OPERARE

CE ESTE SISTEMUL DE OPERARE ?

Sistemul de calcul = Hardware + Software.

Hardware: impune viteza de prelucrare si capacitatea de stocare.

Software: face calculatorul un obiect utilizabil.

Software = programe de sistem + programe de aplicatie

Programele de sistem: gestioneaza intreaga activitate a masinii.

Programele de aplicatie: rezolva probleme din diverse domenii.

Programele de sistem = software de baza.

Programele de aplicatie = software de aplicatie.

Programele de sistem=Sist.de Operare+Utilitarele de Sistem

Sistemul de operare, functiuni:

Controleaza, administreaza eficient resursele calculatorului;

furnizeaza baza pentru construirea programelor de aplicatie;

prezinta utilizatorului o interfata de lucru accesibila;

elibereaza utilizatorul de complexitatea hard-ului masinii;

separa utilizatorul de modul intim de functionare al calculatorului.

Programele utilitare de sistem:

gestioneaza diverse resurse specifice;

pun la dispozitia utilzat. facilitati de lucru suplimentare.

Masina extinsa = Hardware + Sistemul de Operare

Calculatorul = succesiune de nivele suprapuse

1. Masina fizica

Dispozitivele electronice, electrice si mecanice.

Microprogramele (microrutinele)

alcatuite pe baza unui set de microinstructiuni;

setul de microinstructiuni este specific fiecarui tip de UC.

Microinstructiunile = operatii (comenzi) elementare destinate sa se adreseze direct circuitelor electronice care alcatuiesc UC.

3. - Limbajul masina

o instruct. din limbajului masina: executata de o microrutina;

limbajul masina poate avea intre 50 si 300 de instructiuni;

instructiunile limbajului masina pot fi de tipul:

- deplasare date (din/in memorie, din/in registrele UC);

- calcul aritmetic, compararede valori si salt;

- instructiuni de intrare/iesire prin registri;

- instructiuni de transfer la porturile de intrare/iesire.

4. - Sistemul de operare

mascheaza complexitatatea nivelelor precedente prin furnizarea unei interfete de lucru simplificate si accesibile;

gestioneaza resursele harware-software, astfel incit sa fie satisfacute toate cererile privind alocarea lor si rezolvate in mod corect conflictele legate de partajarea acestora;

furnizeaza suportul pentru realizarea aplicatiilor utilizatorului.

Sistemul de operare este un ansamblu organizat de programe care coordoneaza functionarea echipamentului de calcul, gestioneaza resursele acestuia si realizeaza interfata cu utilizatorul.

Sistemul de operare lucreaza in mod nucleu sau mod supervizor. Celelalte componente software lucreaza in mod utilizator. Lucrul in mod supervizor inseamna:

accesul la toate resursele hardware si software;

privilegii maxime;

posibilitatea de a executa orice instruct. din limbajul masina.

Lucrul in mod utilizator inseamna:

restringerea posibilitatilor de lucru cu anumite resurse,

ingradirea accesului la anumite componente ale SO, pentru protectie impotriva modificarii accidentale sau voite.

5. Programele utilitare de sistem

apartin software-ului de baza (ca si SO);

variaza de la un sistem de calcul la altul;

sunt de obicei furnizate chiar de creatorii SO respectiv.

Repertoriul de utilitare depinde de

tipul sistemului de calcul;

optiunile utilizatorului;

scopul in care este folosit acel sistem de calcul.

6. Programele de aplicatie.

sunt create de programatori profesionisti sau amatori.

rezolva cele mai diverse probleme din:

domeniul stiintific;

domeniul economic si comercial, al vietii sociale;

domeniul divertismentului.

ISTORICUL SISTEMELOR DE OPERARE

Primele calculatoare electronice: ost realizate in deceniul al patrulea al secolului al-XX lea; ele implementau ideile de organizare si functionare ale unei

MASINI DE CALCUL CU PROGRAM MEMORAT

prezentate intr-un articol in anul 1947 de catre John von Neumann.

Primele echipamente de calcul, ca si majoritatea celor ce vor urma in generatiile urmatoare (cu exceptia celor cu arhitectura paralela) vor fi masini de calcul cu program memorat sau masini von Neumann.

Masina de calcul cu program memorat are instructiunile si datele memorate impreuna si in acelasi fel iar accesul la instructiuni si date se face in acelasi fel.

Intre anii 1940 si 1950 au proiectat si construit calculatoare:

Howard Aiken de la Universitatea din Harvard

John von Neumann de la Inst. de studii avansate din Princeton

J. Presper Eckert si William Mauchley de la Univ. Pennsylvania.

Generatia I-a de calculatoare:

Primul calculator comercializat a fost Univac-1 in anul 1951.

Calculatoarele generatiei I-a :

aveau o arhitectura seriala;

erau alcatuite din:

- memorie unica pentru stocarea programelor si instructiunilor;

- unitate centrala formata din:

- o unitate de control pentru interpretarea instructiunilor

- o unitate aritmetico - logica ptr. executia instructiunilor

- dispozitive de intrare-iesire.

Caracteristicile hardware cele mai importante:

erau realizate cu ajutorul tuburilor electronice;

executau secvential toate operatiile :

- citire din memorie (memory fetch),

- scriere in memorie (memory store),

- operatii aritmetico-logice,

- operatii de intrare/iesire.

Doua calculatoare tipice din generatia I-a:

Caracteristica software cea mai importanta:

La gen. I-a, persoanele care proiectau si realizau calculatorul erau in acelasi timp utilizatorii si programatorii acestuia.

Evolutia software a calculatoarelor de generatia I:

La inceput:

programele erau scrise in limbajul masina (dar in cod binar!)

programele erau introduse in memorie si lansate in executie de la claviatura panoului frontal al calculatorului.

Ulterior:

s-a folosit ca suport fizic pentru programe benzile de hirtie perforate sau cartelele perforate;

se facea introducerea in memorie a programului aflat pe banda sau cartele cu ajutorul unui program numit incarcator de cod absolut.

incarcatorul de cod absolut era:

- incarcat manual in memoria calc. (de la claviatura),

-adus de pe banda perforata de un preincarcator cablat.

La sfirsitul generatiei I-a a avut loc aparitia asambloarelor:

asamblorul era incarcat in memorie cu ajutorul incarcatorului,

asamblorul citea programul sursa de pe banda perforata si genera cod obiect (cod binar absolut) tot pe banda perforata.

incarcarea in memorie a codului binar pentru executie se facea tot cu ajutorul incarcatorului.

un numar mare de proceduri manuale, ceea ce ducea la o productivitate foarte mica la lucrul cu calculatorul.

Generatia a II-a de calculatoare 1955-1960

Caracteristici generale:

realizate cu tranzistori.

devin suficient de fiabile pentru a fi vindute unor clienti;

apare o distinctie clara intre cei care construiesc un echipament de calcul si cei care il utilizeaza

pret de cost foarte ridicat;

Doua modele tipice de calculatoare din generatia a II-a :

Caracteristici hardware:

canalele de intrare/iesire: procesoare separate care fac posibila desfasurarea operatiilor de intrare/iesire paralel si independent fata de UC;

sistemului de intreruperi: folosit pentru semnalarea terminarii operatiilor de intrare/iesire sau pentru tratarea unor evenimente interne: erori, depasiri, expirarea unor intervale de timp, s.a.

fiabilitate mai mare fata de cele cu tuburi electronice,

dimensiuni de gabarit mari;

au nevoie de un mediu special pentru a functiona (incaperi climatizate).

Caracteristica software:- efectuau o singura lucrare (job) la un moment dat.

O lucrare reprezinta totalitatea serviciilor solicitate de utilizator de la echipamentul de calcul

Lucrarea:

se prezenta la calculator transpusa pe cartele perforate care erau citite de un dispozitiv special numit cititor de cartele;

rezultatele ei erau tiparite pe hirtie cu ajutorul unei imprimante;

cuprindea:

- cartele de control;

- un program sursa scris in limbajul FORTRAN, care trebuia compilat, link-editat, executat.

Cartele de control: indicau activitatea care trebuia efectuata:

compilarea unui program sursa si eventual stocarea codului obiect rezultat intr-un fisier,

incarcarea in memorie a codului obiect generat la compilare, editarea de legaturi (care implica si adaugarea de module obiect din diverse biblioteci),

executia programului.

Cartele de contol erau interpretate de un modul special al sistemului de operare, numit interpretor de cartele de comanda.

Interpretorul de cartele de comanda = precursorul interpretoarelor de comenzi moderne

Structura tipica a unei lucrari (job) la un calculator de gen. a II-a

Durata mare a executiei unei lucrari era mare deoarece:

citirea cartelelor perforate si imprimarea rezultatelor erau realizate cu dispozitive mult mai lente decit unit. centrala.

incarcarea unor programe auxiliare compilator, link-editor, incarcator producea un consum suplimentar de timp pentru fiecare lucrare.

trecerea de la o lucrare la alta se facea prin comenzi explicite ale operatorului calculator.

Optimizare tratamentului pe loturi a lucrarilor (batch processing)

Tratamentul pe loturi insemna urmatoarele activitati:

gruparea lucrarilor si transferarea de pe cartele pe banda magnetica, la un calculator auxiliar (lot de lucrari);

transportarea (fizica) a lotului de lucrari apoi la calculatorul care trebuia sa efectueze prelucrarile propriu-zise;

executarea lucrarilor din lot:

- scrierea succesiva a rezultatelor pe banda de iesire a lotului;

- tiparirea rezultatelor din banda de iesire pe hirtie la un alt calculator, specializat in transferul banda-imprimanta.

Monitorul rezident starta efectuarea lucrarilor lotului.

Monitorul de inlantuiri realiza trecerea automata de la o lucrare la alta si incarcarea automata a modulelor de biblioteca in programe

Interpretorul de cartele de comanda realiza decodificarea comenzilor.

Alte elemente software specifice acestei generatii au fost:

rutinele de biblioteca; aceasta a dus aparitia programelor relocatabile (care puteau fi incarcate oriunde in mem.);

utilitarele pentru diverse sortari si conversii.

Generatia a III-a de calculatoare 1960-1970

Caracteristici generale:

rezultat al aparitiei primelor circuite integrate la inceputul anilor '60.

echipamente cu performante hardware si software superioare;

raport mult mai bun performante/pret;

raspindire pe scara mult mai mare a echipamentelor de calcul, atit in domeniul stiintific cit si cel comercial

Cele mai cunoscute calculatoare din generatia a III-a: calculatoarele IBM in seriile 360 si 370 = main-frame-uri.

Elemente de noutate :

citirea suprapusa a instruct. din mem. (faze ale instruct. curente se suprapuneau cu cele ale instruct. urmatoare;

protectia memoriei prin mecanisme hardware;

sistem de fisiere pe disc magnetic;

multiprogramarea unitatii centrale;

lucrul in timp partajat (time sharing);

tatatament pe loturi la nivel de partitie.

Multiprogramarea UC:

memoria interna era impartita in mai multe zone, numite partitii, fiecare partitie cuprinzind cite o lucrare;

pe durata cit una din lucrari astepta terminarea unei operatii de I/E, UC era afectata altei lucrari, ajungindu-se la o utilizare cvasipermanenta a UC.

consecinta: cresterea gradului de utilizare al UC =>optimizare a activitatii echipamentului de calcul.

Multiprogramarea UC este un concept implementat majoritatea sistemelor de operare moderne : UNIX, VMS, OS/2, WinNT.

Partajarea timpului UC (time sharing):

mai multi utilizatori puteau sa lucreze simultan si direct la calculator;

o parte timpul UC se imparte intre utilizatori;

implementata prin mecanismele SO;

lucrul cu utilizatorii este in prim plan (foreground);

in fundal (background) se executa prelucrari pe loturi lucrari.

Observatie UC are o viteza de lucru suficient de mare pentru a executa in timp util comenzile tuturor utilizatorilor.

Tratamentul pe loturi la nivel de partitie:

fiecare lot de lucrari ce trebuia executat se gasea stocat pe discul magnetic sub forma unui fisier numit fir (tren) de intrare;

rezultatele prelucrarii lotului de lucrari se depuneau tot pe discul magnetic intr-un fisier ce constituia firul (trenul) de iesire al lotului.

Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line) = tratamentul succesiv al lucrarilor aflate intr-un fir de intrare (de pe disc), cu depunerea rezultatelor intr-un fir de iesire (pe disc).

Avantaje spooling: pune la dispozitia UC un tampon cu un numar mare de lucrari = pool de lucrari = rezerva de lucrari.

Implicatii spooling: implementarea in cadrul SO a unor module speciale pentru planificarea lucrarilor.

Exemplu : MULTICS =SO novator realizat in anii'65

MULTICS (MULTIplexed Information and Computing Service) = platforma generala pentru dezvoltarea si implementarea tuturor tipurilor de aplicatii;

Caracteristici:

un sistem de calcul extrem complex (hardware si software);

a introdus numeroase idei si concepte noi in domeniul SO;

Consecinta:

nu s-a impus pe piata ca o solutie pentru main-frame-uri

Noi modele de calculatoare (sfirsitul anilor '60) : minicalculatoarele.

Caracteristici:

mult mai ieftine decit calculatoarele mari (main-frame-uri);

adecvate domeniului industrial sau aplicatiilor mai restrinse.

Exemplu: seria PDP a firmei DEC (Digital Equipment).

Sistemele de operare RSX-11 si UNIX au fost dezvoltate initial pentru echipamente din seria PDP.

Caracteristici RSX-11:

o paleta diversificata de servicii oferite utilizatorului;

dimensiuni mici;

implementarea unei conceptii unitare de lucru perifericele;

management de memorie eficace;

fiabilitate si robustete.

Conceptele implementate la RSX-11 si-au dovedit viabilitatea in timp si ele se vor regasi si la VMS, urmatorul sistem de operare de creat de Digital pentru minicalculatoare.

Generatia a IV-a de calculatoare 1970.

Cuprinde doua etape:

echipamente de calcul cu circute integrate;

echip. de calcul cu circuite integrate+microprocesoare.

Prima etapa:

rezultat al aplicarii tehnologiei MOS in ind. calculatoarelor;

primele modele erau realizate cu circuite integrate pe scara larga (LSI);

A doua etapa:

rezultat al folosirii microprocesoarelor in ind.calculatoarelor;

echipamentele de calcul sunt realizate cu circuite integrate si microprocesoare;

Observatie un circuit de citiva mm patrati include o putere de calcul egala cu cea a calculatoarelor din primele generatii => pret cu mult mai redus, dimensiuni mai mici.

Consecinta:

crearea in anii '80 a microcalculatoarelor.

Microcalculatoarele au devenit in anii '90, sub forma de calculatoare personale (PC), obiecte de lucru accesibile oricui.

Caracteristicile calculatoarelor actuale:

apartin generatiei a IV-a (din punct de vedere hardware);

au arhitecturi cu un grad mare de paralelism;

viteza de calcul foarte mare si capacitati de stocare uriase.

SO pentru calculatoarele generatiei a IV-a se clasifica in 3 categorii, (dupa tipul de masina pe care ruleaza) :

sisteme de operare pentru microcalculatoare:

in anii '80, cele mai raspindite au fost SFDX si CP/M,

la nivelul anilor '90 cel mai popular este MS-DOS;

in anii '95: Windows '95, Windows NT.

sisteme de operare pentru minicalculatoare si statii de lucru;

cele mai cunoscute sunt sistemele UNIX, VMS, OS/2.

sisteme de operare pentru calculatoare de mari, de tip main-frame.