Concepte de bază. Tipuri de sisteme de operare

Un calculator fără sistem de operare are toate componentele în funcțiune: ventilatoarele se rotesc, ledurile se aprind, dar nu poate fi folosit pentru prelucrarea datelor. Sistemul de operare este programul care face echipamentele utilizabile, iar toate celelalte programe se execută sub controlul lui.

Sistemul de operare

Definiție

Sistemul de operare este ansamblul de programe care gestionează resursele sistemului de calcul și asigură comunicarea dintre utilizator și calculator. Resursele pe care le gestionează sunt:

• procesorul, pe care îl repartizează programelor aflate în execuție;
• memoria internă, în care încarcă programele și datele;
• dispozitivele periferice, prin care se introduc și se extrag datele;
• informația de pe suporturile de memorie externă, organizată în fișiere și foldere.

Exemple de sisteme de operare:

• pentru calculatoare personale: Windows (Microsoft), macOS (Apple) și Linux, distribuit gratuit în mai multe variante, de exemplu Ubuntu și Debian;
• pentru dispozitive mobile: Android (Google) și iOS (Apple).

Tipuri de software

Programele unui sistem de calcul se împart după rolul lor:

• software-ul de sistem asigură funcționarea calculatorului și servește celorlalte programe: sistemul de operare, driverele și programele utilitare (de exemplu, programele de verificare și curățare a discului sau de copii de rezervă);
• software-ul de aplicație rezolvă sarcinile utilizatorului: editoare de text, programe de calcul tabelar și de prezentări, browsere, programe de grafică, jocuri; se instalează și rulează sub controlul sistemului de operare;
• firmware-ul este programul înscris permanent într-o memorie nevolatilă (ROM sau memorie flash) a unui dispozitiv și controlează direct componentele acestuia. Se execută înaintea sistemului de operare sau în locul lui, iar utilizatorul nu îl modifică decât prin actualizări oferite de producător. Exemple: BIOS sau UEFI de pe placa de bază, care pornește calculatorul și încarcă sistemul de operare; programele interne ale unui router, ale unei imprimante sau ale unui SSD.

Locul sistemului de operare în sistemul de calcul

Rolul sistemului de operare

Rolul sistemului de operare se descrie din următoarele puncte de vedere:

• mașină extinsă — sistemul de operare ascunde detaliile de funcționare ale echipamentelor și oferă programelor și utilizatorului o interfață uniformă, mai ușor de folosit decât echipamentul fizic. Un program care salvează un fișier nu cunoaște sectoarele discului pe care se scriu datele; el cere doar scrierea fișierului;
• administrator al resurselor — sistemul de operare alocă ordonat și controlat procesorul, memoria și dispozitivele periferice programelor care le cer, inclusiv atunci când mai multe programe se execută în același timp;
• program de control — sistemul de operare supraveghează execuția programelor și împiedică folosirea greșită sau neautorizată a resurselor: un program nu poate scrie în zona de memorie a altui program, iar un utilizator nu poate deschide fișierele la care nu are drept de acces.

Din aceste roluri decurg funcțiile sistemului de operare: gestionarea proceselor, gestionarea memoriei, gestionarea dispozitivelor de intrare-ieșire, gestionarea fișierelor, asigurarea interfeței cu utilizatorul și asigurarea securității. Funcțiile, structura și elementele de interfață sunt prezentate în subcapitolul Caracteristicile unui sistem de operare.

Încărcarea sistemului de operare

Sistemul de operare este păstrat pe un suport de memorie externă și se încarcă în memoria internă la fiecare pornire a calculatorului. Operația se numește încărcarea sistemului de operare sau bootare și se desfășoară astfel:

1. La punerea sub tensiune, procesorul execută programele înscrise de producător în memoria ROM a plăcii de bază (BIOS). Acestea verifică funcționarea componentelor și identifică configurația calculatorului.
2. Programul din ROM caută pe suporturile de memorie externă un suport care conține un sistem de operare: hard diskul, unitatea SSD, o memorie USB, un disc optic.
3. De pe acest suport se încarcă în memoria RAM nucleul sistemului de operare, care preia controlul asupra calculatorului.
4. Nucleul pornește celelalte componente ale sistemului de operare și afișează interfața, iar utilizatorul se conectează la contul lui.

Nucleul conține programele care gestionează resursele, de aceea rămâne în memoria internă până la oprirea calculatorului. Pe un calculator pot fi instalate mai multe sisteme de operare, iar la pornire se alege cel care se încarcă.

Evoluția sistemelor de operare

Sistemele de operare au apărut și s-au dezvoltat odată cu generațiile de calculatoare:

Din perioada multiprogramării provin noțiunile următoare, folosite și astăzi:

• multiprogramarea — mai multe programe se află în același timp în memoria internă, iar sistemul de operare alege programul pe care îl execută procesorul;
• partajarea timpului — timpul procesorului este împărțit în intervale scurte, acordate pe rând programelor din memorie, astfel încât fiecare utilizator are impresia că lucrează singur la calculator;
• spooling (Simultaneous Peripheral Operation On-Line) — datele citite de la dispozitivele de intrare sau destinate dispozitivelor de ieșire, de exemplu imprimantei, se păstrează temporar pe disc; tehnica a devenit posibilă odată cu discurile, care permit accesul direct la date, și a pregătit apariția multiprogramării.

Tipuri de sisteme de operare

Sistemele de operare se clasifică după mai multe criterii. Același sistem de operare aparține câte unui tip pentru fiecare criteriu: Linux, de exemplu, este multitasking, multiutilizator, are interfață text și interfață grafică și este gratuit.

După numărul de programe executate simultan

• sistemele de operare monotasking permit executarea unui singur program la un moment dat; exemplu: MS-DOS;
• sistemele de operare multitasking permit executarea mai multor programe în același timp; exemple: Windows, Linux, macOS, Android.

Un procesor cu un singur nucleu execută, la un moment dat, instrucțiunile unui singur program. Multitaskingul se obține prin partajarea timpului: sistemul de operare acordă procesorul pe rând programelor aflate în memorie, pentru intervale foarte scurte. Programele care nu primesc procesorul așteaptă fie încheierea unei operații de intrare-ieșire, fie rândul lor la execuție. Ordinea în care sunt servite este stabilită de algoritmii sistemului de operare.

După numărul de utilizatori

• sistemele de operare monoutilizator sunt destinate unui singur utilizator, care controlează singur calculatorul; exemplu: MS-DOS;
• sistemele de operare multiutilizator permit mai multor utilizatori să folosească resursele aceluiași calculator, fiecare cu contul, parola și drepturile lui de acces; exemple: Linux, Windows.

La un sistem multiutilizator, sistemul de operare separă datele și programele utilizatorilor și împiedică accesul unui utilizator la fișierele altuia. Pe servere, mulți utilizatori lucrează în același timp, prin rețea.

După interfața cu utilizatorul

• sistemele de operare cu interfață text (în linie de comandă) — utilizatorul scrie comenzi, iar calculatorul răspunde tot prin text; exemplu: MS-DOS;
• sistemele de operare cu interfață grafică (GUI, Graphical User Interface) — utilizatorul comunică prin ferestre, pictograme, meniuri și dispozitive de indicare; exemple: Windows, macOS.

Pe lângă acestea, sistemele de operare actuale oferă și alte moduri de comunicare:

• interfețele bazate pe dialog — utilizatorul și sistemul schimbă pe rând mesaje: sistemul pune întrebări sau propune variante, iar utilizatorul răspunde; exemple: asistenții de instalare, asistenții vocali (Siri, Google Assistant), interfețele conversaționale în care cererea se scrie în limbaj natural;
• interfețele bazate pe gesturi — comenzile se dau prin mișcări ale degetelor pe un ecran tactil sau pe touchpad ori prin mișcări ale mâinii recunoscute de o cameră sau de senzori; exemple: Android, iOS, iPadOS.

Majoritatea sistemelor de operare actuale au o interfață grafică și includ și o interfață în linie de comandă, folosită mai ales pentru administrarea sistemului. Interfețele sunt prezentate în subcapitolul Caracteristicile unui sistem de operare.

După tipul sistemului de calcul

După licență

• sistemele de operare cu licență comercială se folosesc numai după plata dreptului de utilizare, iar licența stabilește restricțiile privind utilizarea, copierea și redistribuirea lor; exemplu: Windows;
• sistemele de operare gratuite nu cer plata unei licențe; exemple: distribuțiile Linux, Android. Unele dintre ele sunt open source (cu cod sursă deschis): oricine are acces la codul sursă și îl poate modifica și dezvolta, cum este cazul sistemului Android.

Licențele software sunt prezentate în subcapitolul Drepturi de autor și licențe software.

Clasificarea pe scurt

Apariții la examen

Arhiva are, de obicei, o singură variantă pentru fiecare an, deci celelalte variante ale acelorași ani pot conține alte teme.

Titularizare 2003, varianta 1, item cu alegere multiplă, 2 puncte: „Un sistem de operare este multitasking dacă: …”. Răspunsul corect este varianta care spune că pot fi în executare simultan mai multe aplicații; celelalte variante (existența unei politici de gestiune a utilizatorilor, rularea pe o mașină cu mai multe procesoare, existența unui sistem de gestiune a perifericelor) descriu alte caracteristici.

Definitivat 2014, varianta 1, Subiectul I, cerința 2, 5 puncte:

Definiți un sistem de operare și prezentați trei dintre funcțiile acestuia.

Titularizare 2018, varianta 3, Definitivat 2021, varianta 3, și Definitivat 2025, varianta 2, Subiectul I, cerința 2: sistemul de operare apare printre noțiunile preliminare, iar baremul acordă 1 punct pentru fiecare noțiune. Rezolvările sunt la Definitivat 2021, Subiectul I.2 și la Definitivat 2025, Subiectul I.2.