Le document traite des systèmes d'exploitation, en abordant leur définition, leur architecture ainsi que leur historique à travers différentes générations d'ordinateurs. Il décrit les composants internes d'un ordinateur et les différents types de systèmes d'exploitation, en incluant des exemples. Les thèmes de virtualisation et de traitement en temps réel sont également explorés, mettant en avant leur importance dans la gestion des ressources informatiques.

1. CHAPITRE 1 :
STRUCTURE ET
MODÈLES DE
SYSTÈME
D’EXPLOITATION ANNEE SCOLAIRE :2023/202
SYSTEME
D’EXPLOITATION
Pr OULAD SAYAD Younes

2. I. ARCHITECTURE D’UN ORDINATEUR
II. INTRODUCTION AUX SYSTEMES D’EXPLOITATIONS
III. HISTORIQUE DES SYSTEMES D’EXPLOITATIONS
IV. TYPES DES SYSTEMES D’EXPLOITATIONS
V. EXPLOITATION DE LA MACHINE
P L A N

3. ARCHITECTURE D’UN ORDINATEUR
Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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Pr OULAD SAYAD Younes

4. Ordinateur
• Un ordinateur est une machine électronique qui permet l’exécution
des programmes
• Un programme est un ensemble d’instructions qui seront traduites en
signaux électroniques
• La sortie de ces programmes est convertie à nouveau pour que
l’utilisateur puisse la comprendre
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Architecture d’un Ordinateur
Entrée Sortie
Processeur
Mémoire
… 100101... … 11001...
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5. Ordinateur : Composants Internes
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PROCESSEUR
Registres
UAL
Décodeur
MÉMOIRECENTRALE
BUS(contrôle, données, adresse)
PÉRIPHÉRIQUES Imprimante Modem Lecteur CD Lecteur Amovible
Interface
Accès Direct à
la Mémoire
Contrôleur
Processeur
d’Entrée/Sortie
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6. Ordinateur: Composants (1/2)
• Un ordinateur est composé principalement de :
§ Processeur
o Responsable de l’interprétation des instructions et du calcul
§ Carte Mère
o Relie les différents composants d’un ordinateur via un bus
o Responsible de contrôler l’accès aux différents types d’entrées/sorties
§ Mémoire Vive
o Mémoire auxiliaire permettant de sauvegarder temporairement les données en
vue de travailler avec plusieurs ressources
o Appelée la RAM (Random Access Memory)
o Mémoire volatile : elle ne garde les données que si elle est alimentée
électriquement
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Architecture d’un Ordinateur
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7. Ordinateur: Composants (2/2)
• Un ordinateur est composé principalement de :
§ Mémoires de Masse
o Permettent de sauvegarder les données de manière persistante
o Ex: Disque dur, Clé USB, CD-ROM…
o Plus lentes que la mémoire vive
§ Périphériques
o Composants permettant à l’ordinateur de communiquer avec l’extérieur
(utilisateur ou autre ordinateur)
o Périphériques d’entrée:
‣ Clavier, souris, carte réseau, mémoire de masse, etc.
o Périphériques de sortie:
‣ Écran, imprimante, carte réseau, mémoire de masse, etc.
§ Logiciels
o Programmes systèmes : gère le fonctionnement de l’ordinateur
o Programmes d’application : exécute le travail demandé par les utilisateurs
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Architecture d’un Ordinateur
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8. SYSTÈMES D’EXPLOITATION
Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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9. Système d’Exploitation : Définition
• OS: Operating System (en anglais)
• Programme système fondamental
• Contrôle toutes les ressources de l’ordinateur de manière efficace
• Représente une base sur laquelle les programmes d’application sont
écrits
• Représente une abstraction du système sous-jacent
§ Permet de cacher la complexité de la machine pour l’utilisateur, pour lui
permettre de l’utiliser sans savoir ce qui est derrière
• Selon Coy: Abstraction du terme “Machine”
§ Machine réelle = Unité centrale + périphériques
§ Machine abstraite = machine réelle + système d’exploitation
§ Machine utilisable = machine abstraite + applications
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Systèmes d’Exploitation
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10. Exemples de Systèmes d’Exploitation
• Systèmes pour ordinateurs personnels
§ Windows, Linux, MacOSX…
• Systèmes mainframes (grands systèmes)
§ Multics, IBM MVS, BS2000…
• Systèmes pour smartphones
§ Android, iOS, Backberry OS, Windows Phone, Bada…
• Systèmes pour TV
§ Android TV, Tizen, tvOS, Firefox OS…
• Et bien d’autres…
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Systèmes d’Exploitation
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11. HISTORIQUE DES SYSTÈMES D’EXPLOITATION
Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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12. Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération
1938 - 1955
2ème Génération
1955 - 1965
3ème Génération
1965 - 1980
4ème Génération
1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
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13. Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération
1938 - 1955
2ème Génération
1955 - 1965
3ème Génération
1965 - 1980
4ème Génération
1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• Première génération (1938 – 1955)
§ Tubes à vide et tableaux d’interrupteurs
§ Machines énormes remplissant des pièces entières
§ La même équipe concevait, construisait, programmait, administrait et
maintenait la machine
§ Tout programme était conçu en langage machine (pas de langage abstrait)
§ Le programme est conçu en basculant des
tableaux d’interrupteurs pour contrôler les
fonctions de base de la machine
§ Simples calculs numériques
§ Pas de système d’exploitation!
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14. Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération
1938 - 1955
2ème Génération
1955 - 1965
3ème Génération
1965 - 1980
4ème Génération
1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• Deuxième génération (1955-1965)
§ Transistors et systèmes par lots
§ Séparation nette entre concepteurs, constructeurs, programmeurs,
opérateurs et personnel de maintenance
§ Programmes écrits en FORTRAN puis codés sur des cartes perforées
§ Opérateur humain traite séquentiellement un job et gère la soumission des
entrées (lecture des cartes perforées) et sorties (sur imprimante)
§ Calculs scientifiques et d’ingénierie,
résolution d’équations aux dérivées partielles
§ Systèmes d’exploitation
o FMS: Fortran Monitor System
o IBYS (IBM)
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15. Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération
1938 - 1955
2ème Génération
1955 - 1965
3ème Génération
1965 - 1980
4ème Génération
1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• 3ème génération (1965 – 1980)
§ Circuits intégrés
§ Une seule gamme de produits
o Début 60, des machines pour E/S (IBM 1401) d’autres pour le calcul (IBM 7094)
o Puis des machines avec la même archi. Matérielle et même jeux d’instructions
§ Multiprogrammation
o Plusieurs programmes peuvent tourner en parallèle sur une même machine
o Mémoire partagée
o Mécanismes de protection
§ Spool (Simultaneous Peripheral Operation On Line)
§ Systèmes d’exploitation: MULTICS, DEC PDP, UNIX
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16. Quatre Générations d’Ordinateurs
1ère Génération
1938 - 1955
2ème Génération
1955 - 1965
3ème Génération
1965 - 1980
4ème Génération
1980 – Auj.
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• Quatrième génération (1980 – Aujourd’hui)
§ Ordinateurs personnels
§ Circuits intégrés à haute densité
o Puces contenant des milliers de transistors sur 1mm2 de silicium
o Micro-ordinateurs, très peu onéreux comparés aux mini-ordinateurs de type
PDP-11
§ Systèmes d’Exploitation
o CP/M, MS-DOS, MAC OS X, Windows, UNIX, Linux…
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17. Une Cinquième Génération?
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Historique des Systèmes d’Exploitation
• Cinquième génération (Aujourd’hui – Futur)
§ En développement
§ Ordinateurs basés sur l’intelligence artificielle
§ Objectifs:
o Développer l’appareil qui pourra répondre
correctement au langage naturel et capable
d’apprendre et s’organiser lui-même
§ Utilisation du calcul quantique et des
technologies moléculaires et nano
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18. TYPES DE SYSTÈMES
Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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19. Traitement par Lots (Batch Processing)
• Un utilisateur donne plusieurs commandes (Job) dans une queue
d’exécution de programmes
• Exécution entièrement séquentielle
• Certains systèmes utilisent encore ce mode pour faire des traitements
lourds pendant la nuit, par exemple
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Types de Systèmes
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20. Multi-Tâches et Multi-Processeurs
• Système multi-tâches
§ Assurer l’exécution de plusieurs processus en même temps
§ Chaque processus a besoin du processeur
o Situation concurrente
o Solution: ordonnancement (scheduling)
• Système multi-processeurs
§ Système avec plusieurs processeurs
o Parallèle
o Vrai multi-tâche
o Doit assurer qu’il y’a l’exécution d’autant de processus que de processeurs en
même temps
§ Au contraire, un système avec un seul processeur
o Quasi-parallèle
o Doit arrêter et reprendre les différents processus (ordonnancement)
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Types de Systèmes
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21. Multi-Utilisateurs (Time-Sharing)
• Permet à différentes personnes de travailler avec un ordinateur en
même temps
• Connexion:
§ Via le terminal de l’ordinateur lui-même
§ À distance (telenet, ssh, ftp…)
• Donner l’impression à chaque utilisateur qu’il est le seul
• Exige une gestion des droits
§ Des fichiers (pour éviter la consultation ou destruction de fichiers privés)
§ Des processus
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Types de Systèmes
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22. Systèmes Temps Réels
• Dans un système temps réel, le comportement correct du système
dépend, non seulement des résultats logiques de traitement, mais
aussi du temps auquel ces résultats sont produits
• Ses objectifs sont:
§ Déterminisme logique: les mêmes entrées appliquées au système
produisent les mêmes résultats
§ Déterminisme temporel: respect des contraintes temporelles (échéance)
§ Fiabilité: le système répond à des contraintes de disponibilité
• Un système temps réel n’est pas un système qui “va vite”, mais un
système qui satisfait des contraintes temporelles pré-établies.
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Types de Systèmes
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23. Systèmes Répartis (ou Distribués)
• Ensemble d’ordinateurs indépendants qui apparaît à un utilisateur
comme un système unique et cohérent
• “A distributed system is one on which I can’t do my work if some
computer, that I never heard of, has failed” [Lamport]
• Ensemble d’entités autonomes de calcul (ordinateurs, PDA,
processeurs, processus, …) interconnectés et qui peuvent
communiquer.
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Types de Systèmes
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24. Cloud Computing
• Appelée également : ”Informatique en nuage”
• C’est l'accès via un réseau de télécommunications, à la demande
et en libre-service, à des ressources informatiques partagées
configurables.
• Délocalisation de l’infrastructure informatique
• 3 catégories principales
§ IaaS: Infrastructure as a Service
o Offre des machines virtuelles sur lesquelles le consommateur peut installer un
système d’exploitation et des applications
§ PaaS: Platform as a Service
o Le fournisseur prend en charge le système d’exploitation et les outils
d’infrastructure
o Le consommateur contrôle les applications et peut installer ses propres outils
§ SaaS: Software as a Service
o Les applications sont mises à la disposition des consommateurs, grâce à un
navigateur web ou installée en local sur leurs ordinateurs
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Types de Systèmes
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25. EXPLOITATION DE LA MACHINE
Introduction aux Systèmes d’Exploitation
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26. Virtualisation
• Processus qui consiste à créer une version logicielle
(ou virtuelle) d’une entité physique
• Peut s’appliquer aux applications, serveurs, stockage
ou réseau
• Permet de réduire les dépenses informatiques en
stimulant l’efficacité et la flexibilité des entreprises
de toute taille
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Exploitation de la Machine
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27. Virtualisation: Principes
• Chaque application et système d’exploitation se trouve
dans un conteneur logiciel, appelé “machine virtuelle” (ou
VM pour Virtual Machine)
• Les VM sont complètement isolées, mais les ressources
de calcul, les processeurs, le stockage et la mise en
réseau sont mis en commun et alloués dynamiquement à
chaque VM par un logiciel appelé Hyperviseur
• Chaque application reçoit ce dont elle a besoin en termes
de ressources
• Les serveurs sont ainsi exploités de manière optimale et
leur coût chute de manière spectaculaire
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Exploitation de la Machine
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28. Virtualisation: Avantages
• Optimiser l’utilisation de matériel
• Minimiser le coût d’achat de matériel, ainsi que le coût
des licences
• Faciliter et centraliser la maintenance
• Centraliser et unifier le contrôle de sécurité
• La création des machines virtuelles préconfigurées à la
demande permet une meilleure disponibilité
• La migration à chaud des VM entre serveurs physiques
permet la répartition de la charge de travail
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Exploitation de la Machine
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29. Modes du Processeur
• Le processeur a plusieurs modes d’exécution, au moins un
mode superviseur et un mode utilisateur
• Mode superviseur/noyau
§ Mode propre au système d’exploitation, pour réaliser des opérations
critiques, appelées instructions privilégiées
§ Le code en mode noyau a un accès total à la machine (mémoire,
instructions, périphériques)
• Mode utilisateur/usager
§ Mode d’exécution des programmes ou applications utilisateur
§ Mode non privilégié
§ Le code en mode utilisateur n’a qu’un accès limité à la mémoire et ne peut
pas exécuter certaines instructions dangereuses
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Exploitation de la Machine
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30. Modes du Processeur: Appel Système
• Quand un processus usager a besoin d’un service du SE, par ex. E/S, il
exécute un appel du système
• C’est une instruction qui cause une interruption (trap) et changement de
mode (mode superviseur)
• Est associée à des paramètres qui indiquent le type de service désiré
• Le S/E prend la relève et exécute le service, puis il retourne au processus
appelant avec des params qui indiquent le type de résultat
• Changement de mode (mode usager)
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Exploitation de la Machine
Processus Utilisateur
Noyau (Kernel)
Exec.processus AppelSystème Retour del’Appel Système
Exécutiondel’Appel Système
trap
Mode Usager
Mode Noyau
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31. Références
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• Mona Laaroussi, Les systèmes d’exploitation, Cours INSAT, 2009
• Laurent Réveillère, Introduction aux Systèmes d’Exploitation, Cours
Enseirb-Matmeca Bordeaux, 2013
• Frank Singhoff, Introduction aux systèmes temps réel, Cours
Université de Brest.
• M. Mosbah, Modèles et Approches Formels pour les Systèmes
Distribués, Laboratoire de recherche Labri
• Vmware, www.vmware.com, consulté le 17/10/16
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