İŞLETİM SİSTEMLERİ

İşletim sistemi bir bilgisayar programıdır. Temel görevi, bilgisayar parçalarının birbirleriyle olan ilişkilerini düzenlemek, aralarında bilgi alışverişi yapabilmelerini sağlamaktır. Bu parçalar gözle görülebilecek parçaları kapsadığı gibi, bilgisayarın kapağını açmadan görülebilecek parçaları da kapsar (monitör, klavye, fare vb.)

Diğer tüm yazılımların belleğe, girdi/çıktı aygıtlarına ve kütük sistemine erişimini sağlayan bir işletim sistemi; birden çok program aynı anda çalıştığında, her programa yeterli sistem kaynağını ayırmaktan ve birbirleri ile çakışmalarını önlemekten de sorumludur. Bir işletim sistemi, kısaca, klavyeden gelen girdileri tanıma, ekrana gösterilecek çıktıları gönderme, dosyaları ve disk üzerindeki dizinleri sürekli olarak izleme, yazıcı gibi çevre aygıtlarını kontrol etme gibi temel görevleri gerçekleştirir

İşletim sistemleri kod yapısına göre açık ve kapalı kaynak kodları olarak ikiye ayrılır. Açık kaynak kodlu işletim sistemleri, dışarıdan yapılabilecek her türlü müdahaleye açıktır ve her türlü geliştirmeye uygun bir yapısı vardır (Linux vb.). Kapalı kaynak kodlu işletim sistemleri ise geliştirilemez ve her türlü müdahaleye kapalıdırlar (Windows vb.).

1945’li yıllarda I. Nesil İşletim Sistemleri’nin gelişmeye başlamasından söz edilebilir. I. Nesil İşletim Sistemleri, lambalı teknolojiye dayanan Eniac benzeri çok büyük aygıtlardı. Bu bilgisayarlar, aynı zamanda, tek kullanıcılı ana bilgisayarlardı. Bu bilgisayarların bir işletim sistemi olmadığından eski sistemler olarak da anılmaktadırlar. Doğrusal olarak ve vakum tüpleriyle çalışan bu I. Nesil İşletim Sistemleri, aynı anda sadece tek bir işi yapabilmekteydiler. 1950’li yılların başlarında ise kartlı bilgasayarlar gelişti. Böylece programlar kartlara yazılıp buradan okutulması sağlandı. Bir başka deyişle, bu dönemde bilgi giriş ve çıkışı için kartlar kullanılmaktaydı.

II. Nesil İşletim Sistemi döneminin başlıca özellikleri şu şekilde sıralanabilir:

1985 yılı 15 Mart’ında ilk dot-com alındı ve yıllar sonra World Wide Web’in yasal temelini oluşturdu. Massachusetts’li küçük bir bilgisayar şirketi olan Symbolics Computer Company ilk Symbolics.com domainini aldı ve iki yıl sonra sadece yüz adet dot-coms adı alınmak üzere başvuruda bulunanlar oldu.

Alışılagelmiş klasik transistörlü elektriksel devre akımı ile işlem yapma esnasında çeşitli veri gecikme süreçleri vardır. Bu bekleme sürecinde transistör sayısı arttıkça, ilk elektriksel yapının bir noktadan sonra tekrar yenilenmesi gerekir ve bu yüzden işlem süreci uzar. Oysa fiber optik bağlantılardaki gibi kuantum bilgisayarın tüm işlemi ışık hızı sınırında tamamlayabilmesi olasıdır.

Bir işletim sisteminin; donanımın doğrudan denetimi ve yönetiminden, temel sistem işlemlerinden ve uygulama programlarını çalıştırmaktan sorumlu olan sistem yazılımı olduğundan daha önce söz etmiştik. Bu çerçevede bir işletim sisteminin verimli, etkili ve kullanıcı dostu olarak çalışabilmesi için sistem kaynaklarını, yapısı ile bileşenlerini ve işlevlerini tanımak önem arz etmektedir. Bu üç özellik, bir işletim sisteminin temellerini oluşturmaktadır. Öte yandan işletim sistemi tiplerini işletim sisteminin temelleri olarak kabul eden yaklaşımlar da bulunmaktadır. İşletim Sistemi Tipleri şunlardır:

Kullanıcı Arabirimi: Kullanıcı arabirimi bir bilgisayarın arayüzüdür. Son kullanıcının, bilgisayarı birçok farklı işte kullanabilmesi için genellikle klavye ve fare yardımıyla ekranda gözüken yazılımlardır. Bu bir grafik kullanıcı arayüzü olabileceği gibi komut satır yorumlayıcısı da olabilir

Bir işletim sistemi, donanımla yazılım arasında bir yönetici arayüzü olarak görev yapar ve amacı kullanıcının programlarını çalıştırabilmesi için ortam sağlamaktır. İşletim sistemi bilgisayarı, yazılım ve donanımlarını kullanmak için elverişli duruma getirir ve donanımı etkili bir şekilde kullanır. Bu çerçevede bir işletim sistemi, kullanıcı programlarının çalıştırılmasından, kullanıcı problemlerinin çözümünün kolaylaştırılmasından, bilgisayar sisteminin kullanımının daha elverişli hâle getirilmesinden ve bilgisayar kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılmasından sorumludur.

Bir program basit bir şekilde çalışır ve çalıştığı zaman da kendisine verilen yönergeleri yürütür. Bellekten her saniyede gelen milyarlarca komutu alan işlemci, bu komutlara ilişkin kodları çözer ve programın çalışmasını sağlar. Bir komudu tamamlayan işlemci, bir sonraki komuta geçer ve bu işlem sürer gider. Bu açıklanan basamaklar, Von Neumann Mimarisi’nin temellerini oluşturmaktadır. Von Neumann Mimarisi, ünlü Amerikalı matematikçi ve bilgisayar bilimcisi John von Neumann’ın (1903-1957) bilgisayarın iç yapısına ve çalışma ilkesine ilişkin tasarladığı mimariye verilen addır ve saklı yazılım bilgisayarı ile eşanlamlıdır.

İşletim sistemi, bilgisayarı kullanmak, daha kolay işlem yapabilmek, bilgisayara bağlı birimleri (belgegeçer, modem, yazıcı vb.) yönlendirebilmek, bilgisayardaki programları komut etmek gibi işlemleri gerçekleştirebilmek için kullanılan gelişmiş bir yazılım programıdır.

Bir işletim sisteminin başlıca dört temel amacı vardır:
1. Kullanıcı programlarının çalıştırılması,
2. Kullanıcı problemlerinin çözümünün kolaylaştırılması,
3. Bilgisayar sisteminin kullanımının daha elverişli hâle getirilmesi,
4. Bilgisayar kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılması.

Bu açıdan bir sistem yazılımı olan işletim sistemlerinin sorumlulukları hakkında aşağıdakiler söylenebilir:
• ana belleği yönetmek
• bellek hafızasına atılan ve işlemci tarafından işlenen işlemlerin görüntüsünü sağlamak
• bilgisayar donanımının doğrudan denetimini yapmak,
• bilgisayar donanımının yönetimini sağlamak
• bilgisayar sisteminin güvenliği ve kontrolünü sağlamak
• bilgisayarın açılışı sırasında belleğe yüklenen diğer yazılımların çalışmasını sağlamak
• bütün diğer yazılımların belleğe, girdi/çıktı aygıtlarına ve kütük sistemine erişimini sağlamak
• giriş/çıkışları kontrol etmek
• harici kayıt cihazlarını yönetmek
• merkezi işlem birimini farklı işlere yönlendirmek ve yönetmek
• temel sistem işlemlerini ve uygulama yazılımlarını çalıştırmak

Tarih içerisinde dört temel işletim sistemi neslinden söz edilebilir. Bu nesiller, işletim sistemlerini giderek daha verimli, etkili ve kullanıcı dostu yapan atılımlara göre belirlenmektedir. Diğer yandan 2015’li yıllara gelindiğinde, kuantum bilgisayarlar ve kuantum işletim sistemlerinin daha geniş kitlelerin kullanımına sunulması gündeme gelmiştir. Bu açıdan bakıldığında, kuantum işletim sistemlerinin beşinci nesil işletim sistemleri çağını başlattığını söyleyebiliriz.

1941 yılında Atanasoff ve doktora öğrencisi Clifford Berry, aynı anda 29 işlemi çözebilen bir bilgisayar tasarımladı. Bu tarihte kendi ana belleği üzerinde bilgiyi depolayan ilk bilgisayardır.

1943-1944 yıllarında Pennsylvania Üniversitesi profesörlerinden John Mauchly ve J. Presper Eckert, Electronic Numerical Integrator and Calculator (ENIAC) isimli bilgisayarı geliştirdi. ENIAC, sayısal bilgisayarların ilk atasıdır. ENIAC, yaklaşık olarak altıya on iki metre büyüklüğündeydi ve 18,000 vakum tüpü vardı.

Doğrudan Bellek Erişimi (Direct Memory Access-DMA): Özellikle disk sürücüleri ve benzeri cihazlar için Doğrudan Bellek Erişim seçeneğinin aktif hâlde olması sayesinde cihaz gerek duyduğu bilgileri işlemciye uğramadan direk olarak sistem belleğinden elde edebilir. Bu da bilgisayarda belli bir performans artışı sağlar. Doğrudan Bellek Erişimi kanalları, sistem belleğine bazı aygıtların (ses kartı, ethernet kartı gibi) erişimini hızlandırmak için kullanılırlar. Örneğin bir sabit disk denetleyicisi, sabit diskten bazı verileri aldıktan sonra bunları RAM’e depolar. Bu sırada yerel iletişim ağı (ethernet) kartından gelen verilerin de RAM’e depolanması gerekebilir. Bu veriler Doğrudan Bellek Erişimi kanalları aracılığıyla daha hızlı bir şekilde ve MİB’i meşgul etmeden doğrudan RAM’e ulaştırılırlar. Aksi takdirde farklı donanım adreslerinden gelen veriler önce I/O adresleri üzerinden MİB’e, oradan da RAM’e gönderilmek durumunda kalacaklardır. Doğrudan Bellek Erişimi, kısacası, G/Ç birimleri arasında doğrudan veri değişimlerinin yapılmasıdır. Bunun için işlemci G/Ç modülünü belleğe yazma veya bellekten okuma ile yetkilendirir. Değişim sırasında işlemci sorumluluğu devreder ve bu değişim sırasında, işlemci diğer işleri yapabilir.

Bir işletim sisteminin sistem kaynakları, bilgisayar sistemi içerisinde kullanılan seri, paralel, USB port, fare gibi aygıtların ve programların kontrol edilebilmesi ve kullanıcılara hizmet edebilmesi için gerekli mekanizmalardır. Sistem kaynakları, sistem içerisindeki donanım elemanlarının MİB ile haberleşebilmesi için paylaştırılır. Bu kaynaklar, iki veya daha fazla donanımın aynı zamanda haberleşmeye çalışmasını engeller, MİB’in sistem aygıtlarını tanımlayabilmesini ve onlar ile haberleşebilmesini sağlar. Bir işletim sisteminin üç temel sistem kaynağı vardır:

Kullanıcı Arabirimi: Kullanıcı arabirimi bir bilgisayarın arayüzüdür. Son kullanıcının, bilgisayarı birçok farklı işte kullanabilmesi için genellikle klavye ve fare yardımıyla ekranda gözüken yazılımlardır. Bu bir grafik kullanıcı arayüzü olabileceği gibi komut satır yorumlayıcısı da olabilir

yukarıda sayılanlar bir işletim sisteminin dört temel işlevleri arasında yer almaktadırlar. Komut Derleyici Sistemler ise işlevsellik açısından  bir işletim sisteminin bileşenleri arasında yer almaktadır.