Architecture des ordinateurs

• Les ordinateurs comprennent une partie matérielle et une partie logicielle.
• Les éléments de base d'un ordinateur sont une unité centrale de traitement (UC ou UCT), une mémoire centrale (MC) et des unités d'échange.
• La mémoire centrale est divisée en mémoire vive (RAM) et mémoire morte (ROM).
• L'unité centrale et la mémoire centrale sont sur une carte mère.
• Les composants communiquent par des bus.
• Les instructions et les données sont chargées en mémoire centrale (RAM) pour exécuter un programme. Les instructions sont envoyées au processeur, qui les traite et déclenche les E/S.
• Le système d'exploitation coordonne les composants de l'ordinateur pour effectuer des tâches.

Notion de Système d'Exploitation

• Les ordinateurs modernes sont conçus en couches.
• Le niveau matériel comprend des circuits intégrés, des fils électriques et des périphériques physiques.
• La couche micro-architecture manipule directement le matériel et les chemins de données (registres, UAL, mémoire).
• La couche de langage machine (ISA) est un ensemble d'instructions élémentaires pour le déplacement des données, les calculs et les comparaisons.
• Les programmes applicatifs répondent aux besoins des utilisateurs.
• Les programmes systèmes sont essentiels au fonctionnement de l'ordinateur et comprennent le système d'exploitation.
• Le système d'exploitation masque la complexité des couches inférieures et forme une couche logicielle de dissimulation.
• Le système d'exploitation fournit au développeur un jeu d'instructions plus pratique.
• Les logiciels systèmes tels que les interpréteurs de commandes et les compilateurs sont des utilitaires.
• Un système d'exploitation est un ensemble de programmes formant une couche logicielle qui masque la complexité du matériel aux utilisateurs.
• Le système d'exploitation fournit une base pour la construction de programmes d'application et d'utilitaires.
• Un système d'exploitation est un gestionnaire de ressources qui contrôle l'accès au processeur, à la mémoire, au disque dur et aux imprimantes.

Evolution des Systèmes d'Exploitation

• Les systèmes d'exploitation évoluent avec les générations d'ordinateurs.
• La première génération (1945-1955) utilisait des tubes à vide et des cartes perforées.
• La deuxième génération (1955-1965) employait des transistors et le traitement par lots.
• La troisième génération (1965-1980) utilise des circuits intégrés et la multiprogrammation.
• La quatrième génération (1980 à nos jours) utilise des ordinateurs personnels.
• Les premiers calculateurs de la première génération étaient énormes et utilisaient des tubes électroniques.
• Les programmes et les données étaient codés en binaire, puis sur des cartes perforées.
• Toutes les phases de travail étaient manuelles.
• L'assembleur a facilité l'écriture des programmes, mais l'ordinateur ne pouvait traiter qu'un seul programme à la fois.
• Aucun de ces calculateurs ne disposait d'un système d'exploitation.
• L'apparition des transistors dans la deuxième génération a rendu les ordinateurs plus fiables.
• Des équipes distinctes se chargent du développement, et des compilateurs apparaissent.
• Le traitement par lots enchaîne automatiquement les travaux.
• Un moniteur, ancêtre des systèmes d'exploitation, permettait de passer le contrôle d'un programme à un autre.
• L'apparition des circuits intégrés dans les années 1960 avec la troisième génération a amélioré les performances.
• Des familles de machines partagent le même langage et le même système d'exploitation.
• La multiprogrammation introduit le partage du processeur entre plusieurs tâches.
• Le système d'exploitation bascule le processeur vers un autre programme en cas d'attente d'E/S.
• La multiprogrammation est un concept logiciel permettant au SE de réaliser plusieurs tâches.
• L'intégration à grande échelle(LSI) a permis la conception de microprocesseurs.
• Les ordinateurs personnels sont apparus.
• Les systèmes d'exploitation modernes offrent une interface conviviale et une réponse rapide.
• Le développement des réseaux de communication a conduit à l'explosion d'Internet.
• L'interface gère les communications.

Structure en couches du Système d'Exploitation

• La structure d'un système d'exploitation est un ensemble de couches successives qui permettent d'établir un dialogue entre les programmes utilisateurs et le matériel.
• Un noyau (kernel) est le centre du système, avec des couches logicielles qui construisent un système d'exploitation.
• Le noyau crée un environnement pour les processus, gère les interruptions et partage le processeur.
• Le noyau contient des modules exécutés lors de l'initialisation du système, qui gèrent les ressources internes, l'unité centrale, les processus et les ressources qui leur sont allouées.
• Le noyau gère les entrées et sorties physiques via un module BIOS qui fournit les premières instructions exécutées au démarrage de l'ordinateur.
• L'existence d'un noyau permet la communication entre le matériel et le logiciel, en tenant compte de la performance, de la sécurité et de l'architecture des processeurs.
• Un système d'exploitation est un gestionnaire de ressources qui offre la gestion du processeur et des processus, de la mémoire centrale, des fichiers stockés et des entrées/sorties.
• Le système d'exploitation est un intermédiaire qui fournit un environnement de développement et des outils à l'utilisateur, c'est l'interface Homme/Machine.

Gestion du processeur et des processus

• Le système d'exploitation gère l'allocation du processeur aux programmes en cours d'exécution (processus).
• L'allocation se fait par un algorithme d'ordonnancement.
• Le système d'exploitation gère les conflits d'accès.

Gestion de la Mémoire Centrale

• Le système d'exploitation alloue de l'espace en mémoire centrale (RAM) pour stocker le code et les données.
• Le système d'exploitation gère la répartition de l'espace RAM et utilise la mémoire secondaire (disque dur).

Gestion des fichiers et des données

• Un système d'exploitation intègre un système de gestion de fichiers (SGF) pour manipuler les fichiers (création, copie, suppression).
• Le système d'exploitation assure la sécurité et la confidentialité des données (droits d'accès).

Gestion des Entrées/Sorties

• Le système d'exploitation gère les entrées/sorties sur les périphériques en mode caractère (octet) ou bloc (bloc de caractères).

Gestion du dialogue Homme/Machine

• L'interaction entre le système d'exploitation et l'utilisateur se fait par des commandes (interpréteur de commandes) ou par une interface graphique.
• Le système d'exploitation offre un échange aux programmeurs qui consiste en des appels système.
• Certaines primitives du système d'exploitation sont protégées et inaccessibles de l'extérieur.
• Les systèmes d'exploitation offrent des programmes utilitaires comme des éditeurs de texte, des compilateurs, des interpréteurs de commandes et des outils de communication.

Exemples de Systèmes d'Exploitation

• MS-DOS apparu au début des années 80, était mono-utilisateur et mono-tâche.
• Mac OS d'Apple est l'un des premiers à utiliser une souris et une interface graphique avec plusieurs fenêtres.
• Unix : il possède de nombreuses versions Unix SYSTEM V et Unix BSD.
• Linux est multi-utilisateurs, multi-tâches, stable et gratuit et offre une interface graphique conviviale.
• Windows : gamme de systèmes d'exploitation Microsoft destinés aux ordinateurs compatibles PC.