Windows - Capitolul 2

Sisteme de operare; definiţii, componente, clasificări

Sistemul de operare defineste experienta pe care o avem in domeniul calculatoarelor. Este primul software pe care-l vedem atunci cand pornim calculatorul si totodata ultimul software pe care-l vedem cand oprim computerul. Este software-ul care face posibila functionarea tuturor celorlalte programe. Sistemul de operare organizeaza si controleaza componentele hardware conectate de computer.

In cazul sistemelor a caror complexitate trece de cea a cuptoarelor cu microunde, un sistem de operare poate fi cheia unei eficiente crescute si a usurintei dezvoltarii de aplicatii. Toate calculatoarele personale folosesc un sistem de operare.

2.1. Generalitati

Sistemul de operare reprezintă ansamblul de programe care asigură utilizarea optimă a resurselor fizice şi logice ale unui sistem de calcul. El are rolul de a gestiona funcţionarea componentelor hardware ale sistemului de calcul, de a coordona şi controla execuţia programelor şi de a permite comunicarea utilizatorului cu sistemul de calcul. Folosirea hardware-ului unui sistem de calcul ar fi dificilă şi ineficientă în lipsa unui sistem de operare. Pe scurt, sistemul de operare este componenta software care coordonează şi supraveghează întreaga activitate a sistemului de calcul şi asigură comunicarea utilizatorului cu sistemul de calcul.

Din punctul de vedere al interacţiunii cu componentele hardware ale sistemului de calcul şi după modul de implementare a software-ului, sistemul de operare este organizat pe două niveluri:

a. nivelul fizic include componenta firmware a sistemului de calcul; acest nivel oferă servicii privind lucrul cu componentele hardware ale sistemului de calcul şi cuprinde acele elemente care depind de structura hardware a sistemului. Tot în nivelul fizic sunt incluse programe a căror execuţie este indispensabilă, de exemplu programul care lansează încărcarea automată a sistemului de operare, la pornirea calculatorului.

La acest nivel, comunicarea cu sistemul de calcul se realizează prin intermediul sistemului de întreruperi, prin care se semnalează anumite evenimente apărute în sistem; la apariţia unei întreruperi, controlul este dat unor rutine de pe nivelul următor al sistemului de operare;

Exemplu : la sistemele de calcul compatibile PC, componenta sistemului de operare de pe nivelul fizic este componenta ROM-BIOS. Aceasta include programe grupate după funcţia lor în :

- programele care se execută la pornirea sistemului de calcul : programul POST (Power-On Self-Test), care verifică starea de funcţionare a sistemului de calcul şi programele de iniţializare a activităţii sistemului (rutina de încărcare a primului sector al discului sistem) ;

- rutinele care fac posibilă utilizarea componentelor fizice ale sistemului de calcul, rutine numite drivere fizice ; ele oferă servicii pentru lucrul cu configuraţia hardware standard a sistemului de calcul : consola, tastatura, imprimanta, perifericele standard şi ceasul sistemului. Avantajul acestei soluţii este că asigură independenţa software-ului de pe nivelul logic faţă de caracteristicile constructive ale componentelor hardware de bază, ele fiind tratate unitar, prin intermediul driverelor.

b. nivelul logic include partea de programe a sistemului de operare şi oferă utilizatorului mijloacele prin care poate exploata sistemul de calcul; comunicarea utilizatorului cu sistemul de calcul se realizează prin comenzi adresate sistemului de operare sau prin intermediul instrucţiunilor programelor pe care le execută; invers, comunicarea se realizează prin intermediul mesajelor transmise de sistemul de operare către utilizator.

Programele nivelului logic adresează dispozitivele hardware prin intermediul programelor nivelului fizic al sistemului de operare şi din acest motiv ele sunt independente de structura hardware a sistemului de calcul : nivelul fizic constituie o interfaţă între hardware şi nivelul logic al sistemului de operare.

Din punct de vedere funcţional, programele sistemului de operare se împart în două categorii :

a. Componenta de comandă şi control, care cuprinde programe ce au rolul de a asigura utilizarea eficientă a resurselor sistemului de calcul.

b. Componenta de servicii, care cuprinde programe destinate minimizării efortului uman implicat de utilizarea sistemului de calcul.

c. Funcţia sistemului de operare de optimizare a exploatării unui sistem de calcul este împărţită între cele două componente, conform schemei din Figura 1.1.

d. Accesibilitatea, diversitatea şi numărul componentelor software creşte de la stânga la dreapta, în diagramă, în timp ce numărul şi nivelul de specializare al utilizatorilor acestor programe scade de la stânga la dreapta.

e. Atât pentru proiectarea cât şi pentru utilizarea lor, componentele software se sprijină pe alte componente software, aflate la stânga lor, în diagramă.

2.2 Resursele unui sistem de calcul; gestionarea resurselor

Pentru a executa un program, într-un sistem de calcul secvenţial cu program memorat, este necesară încărcarea acestui program în memoria internă a sistemului de calcul. Sub controlul unităţii centrale de prelucrare (UCP) sunt executate, secvenţial, instrucţiunile programului. După caz, executarea unei instrucţiuni program poate presupune:

- alocarea unităţii aritmetico-logice (UAL), pentru efectuarea de operaţii aritmetice sau logice asupra datelor prelucrate de program;

- alocarea unui dispozitiv periferic, pentru realizarea unui schimb de informaţii între acesta şi memoria internă afectată programului;

- alocarea de spaţiu în memoria externă a sistem de calcul, pentru stocarea informaţiilor manevrate de program;

- accesarea unei anumite structuri de date (de exemplu un fişier din memoria externă);

- apelul, pentru execuţie, a unui alt program, încărcat în memoria internă sau memorat în memoria externă a sistemului de calcul, etc.

Întotdeauna, execuţia unui program presupune alocarea unei anumite zone din memoria internă a sistemului de calcul.

Întotdeauna, execuţia unui program presupune afectarea unei perioade din timpul de lucru al UCP.

Resursele sistemului de calcul, pe care sistemul de operare le pune la dispoziţia utilizatorului, se constituie din totalitatea componentelor fizice sau logice ale sistemului de calcul, care pot fi solicitate, la un moment dat, în timpul execuţiei unui program.