Tölvunarfræði/Stýrikerfi

Stýrikerfi (e. operating system) er samsafn af hugbúnaði sem gerir vélbúnaði tölvunnar kleyft að eiga samskipti við forrit sem uppsett eru á tölvunni. Allar tölvur þurfa að hafa stýrikerfi til að hægt sé að keyra önnur forrit á tölvunni. Stýrikerfið sér um ýmsa einfalda hluti eins og t.d. það að fatta þegar slegið er á lyklaborð, að birta stafina í opnu forriti og að prenta út á prentara. Stýrikerfið sér einnig um að úthluta minni fyrir notandaforrit og gerir það mögulegt að hægt er að vinna í fleiri en einu forriti í einu. Stýrikerfi er notað í öllum tækjum sem innihalda tölvu hvort sem það eru símar, leikjatölvur, vefþjónar, borðtölvur, fartölvur, ofur tölvur o.s.frv.

Saga

Fyrstu tölvurnar voru gríðarlega einfaldar og framkvæmdu bara eina aðgerð í einu, í rauninni bara stórar reiknivélar. Þróunin var hröð og manneskjan er óþolinmóð. Á þessum tíma voru þeir í Cambridge háskóla á Englandi með sérstakt skipulag þar sem þeir hengdu verkefni sem þurfti að keyra í tölvunni á þvottasnúru og notuðu mismunandi liti af þvottaklemmum til að tákna forgang verkefna. Í nútíma stýrikerfum er þetta nokkurn veginn eins og þetta var í Cambridge í kringum árið 1950 nema hvað að það er engin þvottasnúra heldur sér stýrikerfið um að taka verkefni og keyra á örgjörvanum í þeirri röð sem forgangur þeirra segir til um.

Fyrsta stýrikerfið fyrir mainframe tölvur var smíðað af IBM árið 1964. Það var notað í “mainframe” tölvunni þeirra sem kallaðist “System/360mainframe computer”.

Fyrsta stýrikerfið með GUI var skrifað af Xerox og hét “The Xerox 8010 Star information system. Það kom út árið 1981. Stuttu síðar eða 1983 kom Apple með sitt fyrsta GUI kerfi og hét það “Apple Lisa operating system”.

Í gegnum tíðina hafa margir tölvunarfræðingar haft áhrif á þróun stýrikerfa en af öllum eru það nokkrir sem standa uppúr.

Árið 1975 stofnuðu Bill Gates og Paul Allen fyrirtækið Microsoft. Þeir byrjuðu mjög smátt en framtíðarsýnin var skýr, tölva á öllum skrifborðum og á hverju heimili. Í júní 1980 bættist Steve Ballmer við en hann var bekkjarfélagi Bill Gates í Harvard. Ballmer var fenginn til að stjórna félaginu. Á sama tíma byrjaði Microsoft að skrifa sitt fyrsta stýrikerfi sem þeir kölluðu MS-DOS og árið 1981 komu fyrstu IBM PC tölvurnar á markað og keyrðu þær á því stýrikerfi. Í nóvember 1985 kemur svo Windows 1.0 út. Ástæðan fyrir Windows nafninu voru þeir gluggar sem opnuðust þegar þú notaðir kerfið. Í þessu kerfi var notuð mús til að opna mismunandi glugga í staðinn fyrir að skrifa skipanir eins og var í MS-DOS. Í desember 2013 var markaðshlutdeild Windows á borð- og fartölvum um 65%.

Steve Jobs og Steven Wozniak stofnuðu Apple Computer 1. apríl 1976 og sama ár kom Apple I tölvan á markað. Tölvuáhugamenn höfðu ekki mikinn áhuga á Apple I og það var ekki fyrr en að Apple II kom á markað árið 1977 sem Apple fór á flug. Á þessum tíma stækkaði fyrirtækið mjög mikið og árið 1980 þegar Apple III kom á markað þá voru starfsmenn orðnir nokkur þúsund og fyrirtækið var farið að selja tölvur erlendis. Árið 1984 kynnti Apple í fyrsta skipti Macintosh tölvuna og var það gert í frægri auglýsingu sem Ridley Scott leikstýrði. Árið 1985 hætti Steve Jobs hjá Apple eftir rifrildi við forstjórann John Sculley og stuttu síðar seldi hann allan sinn hlut í fyrirtækinu. Steve Jobs kom svo aftur til Apple þegar fyrirtækið hans NeXT var keypt af Apple en þetta var árið 1996. Í kjölfarið varð næsta kynslóð stýrikerfa hjá Apple til. Í janúar 2000 tók Steve Jobs aftur við framkvæmdastjórastarfinu og allt fór á fullt hjá Apple. Á nokkrum árum komu fullt af nýjum hlutum frá Apple eins og iPhone, iPod, iPad og nýjar tegundur af borð- og fartölvum. Í nóvember 2011 lést svo Steve Jobs eftir baráttu við krabbamein en eftir stendur verðmætasta fyrirtæki heims.

Linus Torvalds er hugbúnaðarverkfræðingur frá Finnlandi sem bjó til Linux stýrikerfisskjarnann á meðan hann var í námi. Linus er brautryðjandi í því hvernig opinn hugbúnaður, eins og Linux, er unninn í dag meðal annars með því að finna upp verkferkla og kóðastjórnunarkerfið GIT. Linux stýrikerfiskjarninn er notaður í ótrúlegum fjölda stýrikerfa. Þau sem eru þekktust eru Ubuntu og Android. Stýrikerfi byggð á Linux kjarnanum hafa aldrei komist nálægt Windows og Mac OS X í vinsældum en á síðustu árum hafa þau verið að ryðja sér frekar til rúms. Margir íslenskir skólar hafa skipt alfarið yfir í opinn hugbúnað og þar af leiðandi opin stýrikerfi eins og Ubuntu. Þrátt fyrir litla vinsældir á notendamarkaði keyra slík stýrikerfi stóran part internetsins þar sem stór hluti netþjóna og nettækja á internetinu keyra á Linux kjarnanum.

Tækni

Stýrikerfi geta verið af ýmsu tagi. Þau stýrikerfi sem flestir þekkja eru svokölluð marg-notanda (e. multi-user) stýrikerfi eins og Windows, Mac OS X og Ubuntu. Önnur tegund stýrikerfa eru svokölluð innfelld (e. embedded) stýrikerfi eins og þau sem keyra á snjalltækjum, í bílnum þínum og örbylgjuofninum. Aðrar tegundir af stýrikerfum eru minna í kringum fólk í daglegu lífi.

Það sem stýrikerfi gerir er í grófu máli að útfæra fjölverkavinnslu (e. multitasking) og veita hugbúnaði aðgang að auðlindum tölvunar, ss. jaðartækjum, skjákorti o.s.frv. Flest stýrikerfi keyra samtímis mörg forrit og þjónustur en örgjörvi framkvæmir bara eina aðgerð í einu. Til að þetta gangi upp þarf stýrikerfið að skipuleggja hvernig örgjörvatíma er úthlutað á milli forrita. Í dag eru flestar tölvur með fjölkjarna (e. multicore) örgjörvum sem þýðir að þeir geti framkvæmt fleiri aðgerðir samtímis.

Mörg stýrikerfi koma með grafísku notandaviðmóti (e. graphical user interface) frá framleiðanda sem er oft það sem einkennir stýrikerfið, þó svo að það sé í raun forrit eins og hvað annað sem keyrir ofan á stýrikerfinu.

Stýrikerfi þurfa að veita forritum aðgang að auðlindum tölvunnar og þar með talið vinnsluminni hennar. Vinsæl útfærsla á því er svokallað sýndarminni (e. virtual memory) en þá fær forritið töflu af sýndar vistföngum í minni sem er jafn stór og heildar vinnsluminni tölvunnar. Stýrikerfið sér svo um að kortleggja þau vistföng yfir í raunveruleg minnis vistföng. Ef að stýrikerfið klárar allt vinnsluminni í tölvunni fer það að nota svokallað skipti minni (e. swap memory) þar sem það setur hluti umfram heildar vinnsluminni á harða diskinn.

Boðskiptaleið forrita og stýrikerfa er einfaldlega kölluð merki (e. signals). Merki virka þannig að stýrikerfi hefur fyrirframskilgreindan lista af merkjum sem forrit kunna að skilja, til dæmis merki um að forrit eigi að hætta keyrslu.

Jaðartæki er tölvubúnaður sem tengist tölvum í gegnum inntök eins og USB, Firewire o.s.frv. Þau keyra ýmist sín eigin stýrikerfi eða eru algjörlega stjórnað af tölvunni sem þau tengjast. Stýrikerfið þarf að kunna að eiga samskipti við þessi jarðatæki, hvort sem það er flókinn prentari sem keyrir líklega sitt eigið stýrikerfi eða einföld USB mús. Til þess þarf stýrikerfið rekla (e. driver). Sama gildir um annan búnað sem tengist tölvunni, eins og skjákort, hljóðkort, diskastýringar o.s.frv.

Hröð þróun internetsins hefur heldur betur ýtt undir tölvunotkun og ollið mikilli samkeppni á milli tölvu framleiðenda. Netsamskiptum er skipt upp í nokkur lög (e. layers) og sér stýrikerfið um þau allra neðstu, þ.e. að taka net pakka og koma þeim út á þráðlausa netkortið eða í gegnum netkapalinn sem tengir tölvuna.

Tenglar

Heimildir

Randal Bryant. (2003). Computer Systems: A Programmers Perspective.
Wikipedia - Operating system
History of Microsoft
Usage share of operating systems
History of Apple

Einar Tryggvi Leifsson og Tómas Sævarsson tóku saman í janúar 2014.