SISTEMUL DE OPERARE

CONTINUT:

Sistemul de operare. Descriere. Componente

2. Caracteristicile si evolutia sistemelor de operare

Rezumat:

Sistemul de operare este un ansamblu de proceduri si programe care ofera utilizatorilor posibilitatea de a folosi (eventual in acelasi timp) in mod eficient o instalatie de calcul.

Obiective:

In aceasta tema vei invata urmatoarele notiuni:

Ce este sistemul de operare;

Din ce este alcatuit un sistem de operare;

Prin ce se caracterizeaza un sistem de operare;

Evolutia sistemelor de operare.

Sistemul de operare. Descriere. Componente

Pentru exploatarea partii fizice (hard) a unui sistem de calcul este necesar sa avem la dispozitie un sistem de programe care sa realizeze interfata dintre hard si utilizator.

Sistemul de operare este un ansamblu de proceduri si programe care ofera utilizatorilor posibilitatea de a folosi (eventual in acelasi timp) in mod eficient o instalatie de calcul.

Sistemul de operare (SO) permite calculatorului sa-si supravegheze operatiile si asigura rezolvarea automata a problemelor care apar. El este furnizat o data cu calculatorul si depinde de tipul acestuia (de exemplu, un sistem de operare multiutilizator va avea alte caracteristici decat unul monoutilizator).

SO furnizat poate fi mai complex decat anumite necesitati concrete. Generarea SO presupune selectarea programelor acestuia in functie de hard-ul existent si necesitatile utilizatorilor. Aceasta operatie poate fi automata (la sistemele medii-mari), semiautomata (la minicalculatoare) sau manuala si s-a transformat mult o data cu evolutia sistemelor de calcul. Ca exemple de SO, amintim: Siris (la sistemele medii-mari), RSX (la minicalculatoare), CP/M, MS-DOS - incorporat ulterior de sistemele tip Windows '95 (la microcalculatoare), UNIX (la mini- si microcalculatoare, precum si in retele de calculatoare).

Vom numi utilizator persoana care beneficiaza de serviciile sistemului de calcul prin intermediul sistemului de operare. La sisteme de tip centru de calcul, ca si la minicalculatoare, exista un operator uman care lansa sesiuni de dialog cu sistemul de operare pentru optimizarea activitatii de calcul.

Privind in urma catre primele sisteme de calcul, la care se lucra direct in limbaj masina, si comparandu-le cu calculatoarele personale actuale, dotate cu o interfata soft extrem de prietenoasa, se poate spune ca evolutia sistemelor de operare a urmarit-o indeaproape pe cea a hard-ului, fiind la fel de spectaculoasa. Dezvoltarea mediilor de operare de tip MacIntosh si a sistemelor de tip Windows (in anii "90) a facut din calculator un instrument de lucru accesibil inclusiv pentru neprofesionisti.

Sistemul de operare este format dintr-o parte de control, care realizeaza interfata directa cu hard-ul, si o parte de servicii, care contine instrumente de lucru variate, aflate la dispozitia utilizatorului; de fapt, acestea exploateaza partea de control, desi acest lucru este transparent pentru utilizator.

Partea de control contine proceduri care realizeaza:

1) gestiunea intreruperilor: intreruperea presupune suspendarea executiei programului in curs printr-un semnal, ca urmare a unui eveniment, deservirea intreruperii si reluarea executiei programului in curs. De exemplu, terminarea executiei unei operatii de intrare-iesire este semnalata unitatii de comanda printr-o intrerupere.

2) gestiunea proceselor presupune operatii de creare, stergere a proceselor si colaborari intre procese. Un proces cuprinde o procedura impreuna cu procesorul care i-a fost alocat pentru executie si cu resursele fizice care i-au fost acordate (memorie, timp, periferice). Comunicarea intre procese are un rol deosebit in softul destinat retelelor de calculatoare.

3) gestiunea memoriei se refera la alocarea memoriei (stabilirea necesarului de memorie) si protectia memoriei (sa nu existe suprapuneri intre programele folosite de diversi utilizatori)

4) operatiile de intrare-iesire la nivel fizic, adica operatiile elementare de transfer de informatii

5) gestiunea fisierelor presupune operatii de deschidere, inchidere, citire din fisiere sau scriere in fisiere

6) planificarea lucrarilor si alocarea resurselor. Planificarea lucrarilor se refera la etapele prin care trece un program (o lucrare) pentru a fi executat. Resursele pot fi: fizice (memorie, periferice, timp) sau logice (proceduri sau programe).

Partea de servicii cuprinde soft aplicativ. Acesta s-a dezvoltat foarte mult in ultimii ani, atat ca performante, cat si din punctul de vedere al accesibilitatii inferfetei oferite utilizatorului; aparitia si dezvoltarea sistemelor Windows este cel mai concludent exemplu in acest sens.

Cu observatia ca interferentele dintre diversele tipuri de produse soft sunt inerente, consideram ca, din punctul de vedere al ariei lor de utilizare, utilitarele soft se pot clasifica in produse destinate:

biroticii: editoare de documente, foi de calcul electronice, produse destinate prelucrarilor de informatii multimedia, gestiunea fisierelor si a resurselor calculatorului;

prelucrarii volumelor mari de date organizate in baze de date - sisteme de gestiune a bazelor de date;

dezvoltarii de aplicatii/programe - mediile de programare ofera utilizatorilor profesionisti posibilitatea de a crea aplicatii in domenii variate, de la informatica (baze de date, inteligenta artificiala, aplicatii partajate in retele etc.) la diverse ramuri ale stiintei sau chiar artei (proiectare, simulare, prelucrare de secvente audio sau video);

soft destinat retelelor de calculatoare (locale sau de arie larga) si soft dedicat accesului la informatii si facilitatilor de comunicare in Internet;

produse soft specializate pentru prelucrarea informatiilor din diverse domenii, de exemplu: proiectare inginereasca (tip AutoCAD), rationamente matematice, prognoze geologice sau meteorologice, medicina, fizica, chimie, domenii de informatica (inteligenta artificiala, calcul simbolic etc.), psihologie (testare psihologica asistata de calculator), sociologie, sau chiar domenii artistice (muzica, arte vizuale).

La produsele soft destinate biroticii este de remarcat perfectionarea interfetei cu utilizatorul, care face ca aceste produse sa fie extrem de usor de utilizat, inclusiv de catre neprofesionisti. Cel mai concludent exemplu in acest sens il constituie grupul de produse Microsoft Office '97 si utilitarele de gestiune a fisierelor, folderelor si resurselor din sistemele de Windows '95, Windows '98, Windows NT.

Sistemele de gestiune a bazelor de date (SGBD) sunt utilizate atat pentru aplicatii profesionale, cat si pentru aplicatii cu o complexitate mai redusa, context in care pot fi considerate ca facand parte si din softul destinat biroticii. Cel mai utilizat SGBD este la ora actuala Microsoft Access, integrat in ansamblul Microsoft Office din sistemele Windows. Primele SGBD scrise pentru calculatoarele personale (de tip IBM PC) erau aplicatii pentru sistemul de operare DOS: dBase, FoxPro; ulterior, pentru ele au aparut versiuni compatibile cu sistemele Windows, dupa care s-au dezvoltat SGBD "native" pentru sistemele Windows, cum este Microsoft Access.

Mediile de programare sunt destinate programatorilor, pentru dezvoltarea de aplicatii profesionale. Ele au aparut la calculatoarele personale sub sistemul de operare DOS (Turbo Pascal, Borland C, Turbo Basic). Evident, fiecare mediu este destinat unui anumit limbaj si contine un compilator specific limbajului, la care se adauga un link-editor (acestea sunt uzual integrate in aceeasi functie a meniului care creeaza un program executabil dintr-un fisier sursa), un editor de texte pentru scrierea programului (in limbajul de programare specific mediului), un depanator pentru corectarea erorilor de conceptie / functionare a programului si eventual un bibliotecar.

Odata cu perfectionarea interfetelor de tip Windows, formate din ferestre de dialog cu obiecte de control specifice, s-au dezvoltat limbajele si mediile de programare vizuale (Visual Basic, Visual C++), care permit crearea unor interfete cu utilizatorul accesibile, tipice pentru aplicatiile Windows. Asocierea de actiuni specifice obiectelor de control din diverse ferestre de dialog, care sa se execute la aparitia unor "evenimente" de tipul actionarii tastaturii sau mouse-ului, este cunoscuta sub denumirea profesionala de "programare orientata pe evenimente".

Compilatoarele sunt programe care traduc un text sursa dintr-un limbaj de nivel inalt in limbaj masina, formand module obiect. In procesul de compilare se verifica corectitudinea lexicala si sintactica a programului (daca exista erori de sintaxa, acestea se semnaleaza) si in cazul in care este corect, se construieste o forma care-l descrie din punctul de vedere al formei si continutului, forma care se va folosi pentru generarea codului obiect format din instructiuni masina. Astfel, fiecare compilator va fi specific unui anumit limbaj de programare. Aceste aspecte, definitorii pentru limbajele de programare, se studiaza in teoria limbajelor formale.

Asambloarele sunt programe care traduc un text sursa dintr-un limbaj de asamblare in limbaj masina.

Link-editoarele (editoarele de legaturi) sunt programe care reunesc mai multe module obiect, eventual cu module obiect dintr-o biblioteca de proceduri, alcatuind un program executabil. Prin operatia de editare de legaturi, entitatile referite in cadrul fiecarui modul (prin adrese relative la modul) vor putea fi referite in intregul program (prin adrese absolute in program).

Interpretoarele sunt programe care traduc un text sursa instructiune cu instructiune in limbaj masina. De exemplu, calculatoarele personale familiale aveau implementat in memoria ROM un interpretor Basic. Azi, un numar considerabil de produse soft profesionale functioneaza intr-o maniera interpretativa, in sensul ca fiecare comanda a utilizatorului se evalueaza imediat dupa introducere si se afiseaza rezultatul. In acest sens, exemplificam mediile Lisp (un limbaj al inteligentei artificiale) si sistemele de calcul simbolic (Mathematica, Maple etc.).

Depanatoarele sunt programe care asista executia unui program, ajutand utilizatorul sa gaseasca erorile de executie. In principal, depanatoarele permit executia pas cu pas a programelor (sau pana intr-un anumit punct) si posibilitatea vizualizarii valorilor luate de variabile in timpul executiei. De aceea, pentru ca un program sa fie depanat, este necesar ca in procesul de compilare sa fie retinute anumite informatii suplimentare.

Editoarele de texte sunt programe care permit scrierea (editarea) pe calculator a unor texte. Cel mai mare avantaj al folosirii acestor programe consta in posibilitatea efectuarii unor modificari asupra textelor introduse. Editoarele de texte functioneaza uzual in regim non-document, adica textul editat contine exclusiv caracterele introduse (programele in diverse limbaje trebuie scrise cu asemenea editoare, pentru a nu aparea elemente care sa nu poata fi recunoscute la compilare). Editoarele care introduc facilitati de aranjare in pagina a textelor, introducere de simboluri speciale, grafice si tabele etc. se numesc editoare de documente si au fost mentionate in grupul de produse destinate biroticii.

Bibliotecarele sunt programe care permit utilizatorului sa gestioneze biblioteci de programe si subprograme, efectuand operatii de  adaugare, stergere, corectare a programelor din biblioteca, numite carti. O biblioteca de programe contine programe (module) inregistrate intr-o structura care permite accesarea lor rapida. Programele dintr-o biblioteca rezolva probleme care apar adesea in practica, astfel ca pot fi folosite de programele unui utilizator, fara ca acesta sa trebuiasca sa le mai rescrie.

Cea mai des utilizata modalitate de informare in Internet este aplicatia World Wide Web, care permite accesarea unor resurse variate pe baza unor principii unitare de adresare (URL - Uniform Resource Locator) cu ajutorul navigatoarelor sau browserelor, a caror interfata este foarte accesibila. Acestea interpreteaza de fapt surse HTML (HyperText Markup Language), un limbaj care permite introducerea legaturilor (hipertexte) catre resurse aflate pe diverse servere Web.

Comunicarile interpersonale se pot realiza in Internet prin intermediul postei electronice (e-mail); in acest scop exista numeroase produse utilitare (pine sub UNIX sau Outlook Express, Eudora sub Windows) sau chiar prin dialog direct, on-line. In acest sens, se utilizeaza mecanisme de tip talk (comanda UNIX) sau chat (mIRC, ICQ).

2. Caracteristicile si evolutia  sistemelor de operare

Caracteristicile unui sistem de operare

Un sistem de operare este:

• modular adica format din entitati cu roluri bine definite (este constituit din proceduri)
• ierarhizat: o entitate poate folosi componente de nivel inferior ei (de exemplu, partea de servicii poate folosi partea de control)
• portabil: efortul de a trece sistemul de operare de pe un calculator pe altul este mic (mai mic decat cel de a-l rescrie). Sistemele de operare CP/M, MS-DOS, UNIX sunt portabile, pe cand sistemele de operare ale minicalculatoarelor (RSX, de exemplu) nu erau portabile.

Evolutia sistemelor de operare se poate urmari in paralel cu cea a sistemelor de calcul.

1) Primele sisteme de calcul nu aveau sistem de operare: de la consola se lucra direct in limbaj masina. Ulterior apar primele produse soft si primele dispozitive periferice: cititorul de cartele, imprimanta, unitatea de banda magnetica.Fiecare faza necesara pentru executia programelor presupunea interventia operatorului uman (citirea cartelelor, incarcarea programului in memorie si lansarea lui in executie), ceea ce ducea la utilizarea ineficienta a sistemului de calcul si la o viteza de calcul redusa. Se pune astfel problema inlantuirii automate a fazelor prin care trece un program (numit job) pentru a fi executat.

2) Sistemele seriale cu monoprogramare introduc inlantuirea automata a fazelor si job-urilor, adica inlantuirea automata a programelor unul dupa altul iar in cadrul unui program, a fazelor - una dupa alta. Aceste operatii sunt realizate de un program numit monitor de inlantuire, care se depune in memorie (devine rezident in memorie) si este activat de cartele speciale de comanda care contin comenzi compile, link, run (pentru compilare, editare de legaturi, respectiv executie).

3) Sistemele seriale cu multiprogramare introduc conceptul de multiprogramare si canalul de intrare-iesire ca procesor specializat in operatii de intrare-iesire (generatia a doua de calculatoare). Activitatea sa este lansata de procesorul central, dupa care pot executa operatii independent de acesta (si in acelasi timp). La terminarea operatiei de intrare-iesire, canalul trimite catre procesorul central un semnal (intrerupere), anuntand terminarea operatiei. Canalul poate fi selector, daca la un moment dat lucreaza cu un singur periferic (adecvat pentru perifericele rapide, care prelucreaza suporturi magnetice) sau multiplexor, daca poate lucra simultan cu mai multe periferice (de exemplu, USM - unitatea de schimburi multiple).Sistemele seriale cu multiprogramare introduc cateva tehnici speciale de exploatare a procesorului. Cea mai cunoscuta dintre acestea este multiprogramarea, care presupune gestionarea mai multor programe aflate in memoria interna. Acestea se gasesc in stari diferite: unul se executa iar celelalte pot fi pregatite pentru executie sau pot astepta terminarea unei operatii de intrare-iesire.Un SO cu multiprogramare trebuie sa aiba un sistem de intreruperi, sa gestioneze, sa aloce, sa protejeze resursele (memorie, periferice, timp, fisiere) intre utilizatori si sa implementeze o disciplina de servire prin care sa se decida care program trece in stare de executie (in acest sens, se poate utiliza un sistem de prioritari sau, pur si simplu, se poate adopta o servire circulara simpla).

4) Sistemele interactive permit comunicarea permanenta intre utilizator si sistemul de calcul prin consola sau terminale. Ele sunt evident mai avantajoase decat sistemele anterioare, la care numai corectarea catorva greseli de sintaxa putea dura cateva zile in care programul pe cartele sa fie introdus in loturi succesive de programe; in urma consultarii listingului cu rezultate se puteau face corecturile, dupa care programul pe cartele sa fie din nou dat spre executie etc.In functie de rezultatul comenzii / fazei precedente, utilizatorul va decide ce comanda sa dea sau ce faza sa urmeze. Spre deosebire de sistemele seriale, sistemele interactive au un timp de raspuns bun. In general, aceste sisteme contin editoare de texte pentru corectarea programelor sursa si depanatoare interactive.

Sistemele interactive pot fi: monoutilizator (microcalculatoarele) sau multiutilizator (minicalculatoarele). Ultimele au introdus modul de lucru numit time-sharing, care combina interactivitatea cu multiprogramarea si prin intermediul caruia sistemul comuta intre programele tuturor utilizatorilor care urmeaza a fi executate, deci carora li se va aloca procesorul, adoptand uzual o servire circulara. Cand numarul de utilizatori nu este prea mare, fiecare utilizator este servit cel putin o data intr-un timp scurt, ceea ce poate crea utilizatorilor impresia ca sunt unicii beneficiari ai resurselor de calcul. Primul sistem time-sharing a fost creat in 1965 de firma IBM si s-a numit CTSS (Control Time Sharing System); el a fost urmat de MULTICS, aparut in 1968 la MIT. Aceste sisteme stau la baza cunoscutului sistem UNIX, care a aparut in 1971-1978 si s-a dezvoltat, fiind azi cel mai folosit SO pentru calculatoare interconectate.

In evolutia sistemelor interactive se poate remarca trecerea de la sisteme de operare la nivel de comanda (UNIX, DOS) la sisteme cu interfata vizuala de tip Windows, mult mai accesibile pentru utilizatori.

5) Sistemele in timp real sunt folosite pentru conducerea directa, interactiva, a unui proces tehnologic sau a altei aplicatii (de exemplu, un sistem de rezervare de locuri). Necesitatea unor asemenea sisteme se poate usor imagina in cazul analizelor medicale asistate de calculator, a reactiilor chimice sau a unor experiente fizice (de exemplu, cazul acceleratoarelor de particule). De la procesul controlat se transmit catre sistemul in timp real parametrii procesului, culesi prin intermediul unor senzori, iar sistemul in timp real transmite catre proces deciziile luate. Informatiile despre proces sunt luate in considerare in momentul comunicarii lor iar raspunsul sistemului trebuie sa fie extrem de rapid (oportun pentru proces), deci timpii de executie ai programelor din sistem trebuie sa fie mici.

6) Sistemele paralele gestioneaza arhitecturile multiprocesor (arhitecturi paralele), impartind sarcinile intre procesoare si controland combinarea rezultatelor generate de acestea. Astfel, un sistem multiprocesor va avea simultan mai multe programe aflate in stare de executie.

7) Sistemele distribuite sunt sistemele de operare ale retelelor de calculatoare. Pentru retelele locale de calculatoare, cele mai utilizate sisteme de operare sunt Novell Netware si Windows NT, in timp ce pentru retelele de arie mai larga si conectarea la Internet se folosesc sisteme Linux

Test de autoevaluare nr. 9:

1. Timp estimat: 30 minute

   Ce este un sistem de operare? (0,5 pct.)

2. Timp estimat: 30 minute

   Prin ce se caracterizeaza un sistem de operare? (1 pct.)
3. Ce sunt SGBD-urile? (1 pct.)
4. Care este rolul compilatoarelor? (1 pct.)
5. Care este rolul interpretoarelor? (1 pct.)
6. Analizati evolutia sistemelor de operare .(2,5 pct.)

Total puncte: 7 Puncte obtinute...