Tout d'abord il faut se rendre compte qu'un ordinateur est une machine nue : tout seul il ne peut pas fonctionner, et il lui faut un minimum de logiciels pour atteindre un niveau de fonctionnalité accessible à l'utilisateur. Cet ensemble minimum de logiciels c'est le système d'exploitation (en anglais OS : Operating System).
Bref historique
Aux débuts de l'informatique, chaque constructeur d'ordinateur équipait ses machines d'un OS "maison", et s'il venait à l'idée de quelqu'un de faire tourner sur une machine un logiciel qui avait été développé sur une autre, eh bien... c'était impossible !
Et au fur et à mesure que les machines devenaient plus complexes et plus puissantes, les OS se complexifiaient et se spécialisaient d'autant. Jusqu'au jour, au tournant des années 1960-1970, des ingénieurs des Laboratoires Bell de la compagnie américaine AT&T, développèrent un OS qu'ils voulurent simple, efficace, sûr, et portable sur de nombreuses machines. Nommé initialement Unics (par jeu de mot - et moquerie - avec Multics, OS très utilisé sur de grosses machines mais complexe et lourd), il fut finalement baptisé Unix.
Il a donné naissance à toute une famille d'OS, qui est aujourd'hui la plus répandue dans l'informatique professionnelle.
Pour des raisons de droit commercial, il fut dès le début distribué avec son code source dans les universités à des fins éducatives, moyennant l'acquisition d'une licence au prix très faible, ouvrant ainsi la voie à l'Open Source et au logiciel libre.
L'informatique personnelle, plus récente, a connu elle aussi une période où les OS étaient spécifiques, mais la volonté de diffusion de logiciels au plus grand nombre, a vite donné lieu à l'émergence de quelques "standards" :
- sur les premiers PC (pour Personal Computer, d'IBM d’abord puis de bien d'autres constructeurs), la firme Microsoft (fondée en 1975) fournira MS-DOS, puis Windows (1ère version en 1985),
- la firme Apple (fondée en 1976) équipera ses fameux Macintosh de MacOS, dérivé d'Unix,
- en 1991 un étudiant finlandais, Linus Torvalds, développe un noyau Unix pour PC, nommé Linux, qui donnera la famille d'OS libres GNU/Linux, très répandue tant dans l'informatique personnelle que professionnelle, et développée sur le mode collaboratif. Il s'ensuit un grand choix de logiciels (noyaux, bibliothèques, logiciels de base, logiciels applicatifs), regroupé dans des ensembles prêts à l'emploi appelés
distributions
(ex. Red Hat, Fedora, Debian, Ubuntu, SUSE Linux, Slackware).
Les rôles de l'OS et des logiciels "système"
1) faire démarrer la machine
C'est le rôle du boot
, petit bout de programme indépendant de l'OS, résident à une adresse fixe dans une mémoire non volatile, qui est exécuté à la mise sous tension du processeur et qui fait démarrer les autres (BIOS, OS, cf. ci-après).
Son nom est le diminutif de bootstrap (crochet à bottine), par allusion au fait qu'un petit bout tire un plus gros bout.
Le terme consacré pour redémarrer un ordinateur est ainsi rebooter, ce qui a donné lieu à la plaisanterie suivante, qui fait référence à la tendance de l'OS Windows à demander à l'utilisateur, pour un oui ou pour un non, de redémarrer l'ordinateur :
Dans le doute, reboote !
2) l'interface entre le processeur et les périphériques
C'est à la charge :
- du BIOS (Basic Input-Output System) : résident dans une mémoire non volatile, il fait l'interface entre le CPU et les périphériques internes,
- de l'OS proprement dit (ex. Unix, Windows, Linux, MacOS, ...) : résident sur le disque dur, et lancé par le boot, il contient les pilotes des périphériques externes ou évolués (ex. USB, carte réseau, etc.) les plus communs ; pour des périphériques moins communs (ex. un module audio numérique, un scanner), le pilote devra, le cas échéant, être ajouté lors de l'installation du périphérique.
3) l'exécution multitâche
Un processeur n'exécute qu'un programme à la fois ; néanmoins, les OS modernes
permettent d'exécuter plusieurs programmes en même temps, en leur allouant à tour de rôle de petits quanta de temps d'utilisation du CPU. Vu de l'utilisateur, tout se passe comme si plusieurs programmes tournaient en parallèle, mais on préfère parler d'exécution concurrente, et on réserve le terme de parallélisme aux architectures à plusieurs processeurs où il peut véritablement y avoir plusieurs programmes qui s'exécutent en parallèle.
4) les fichiers
Le processeur ne sait que lire ou écrire des bits, des octets, etc. à des adresses : il ne sait pas si derrière une adresse il y a un emplacement mémoire, un disque dur, un clavier, ... Aussi, ce n'est pas l'ordinateur matériel qui vous permet d'organiser vos données en fichiers, mais une fonction du système d'exploitation.
Le gestionnaire de fichiers (en anglais file manager) est un programme qui organise les informations sur le disque dur en répertoires, fichiers (c'est le système de fichiers
, en anglais file system), alloue/désalloue des blocs sur le support au fur et à mesure des besoins des programmes utilisateurs.
L'explorateur de fichiers que connaît l'utilisateur humain, est un programme comme un autre, qui n'est là que pour présenter commodément l'information contenue dans le système de fichiers, et pour relayer vers le gestionnaire de fichiers des requêtes utilisateur basiques (créer, détruire, copier, déplacer, renommer, etc.)
5) les communications réseau
Fonction à l'origine dissociée de l'OS, elle en fait maintenant partie intégrante (certaines fonctions réseau font partie du noyau
de l'OS).
Le standard actuel est le protocole IP (protocole de l'Internet, cf. rubrique Internet) et les protocoles associés ; les logiciels qui réalisent cette fonction sont regroupés sous le terme de pile IP
(en anglais IP stack).
Pour en savoir plus, se référer à la rubrique Réseaux, protocoles.
6) l'affichage graphique et le multifenêtrage
Ce gros ensemble de logiciels vient souvent avec l'OS mais n'en fait pas partie intégrante.
A l'échelle de l'histoire de l'informatique, les ordinateurs graphiques n'existent que depuis relativement peu (fin des années 1970 pour des terminaux spécialisés à usage professionnel, milieu des années 1980 pour les ordinateurs personnels), et avant cela les machines tournaient uniquement en mode console
(terminal n'affichant que des caractères alphanumériques) : Unix (créé en 1960) et DOS (créé à la fin des années 1970) sont des OS sans graphique.
Aujourd'hui la dissociation OS/graphique demeure à l'intérieur
mais n'est pas toujours visible de l'extérieur :
- Windows et MacOS sont indissociables du graphique et du multifenêtrage (ce qui peut être gênant ou pénalisant pour certaines applications sans utilisateur humain, par ex. contrôle automatisé de processus industriels)
- dans Unix/Linux, les différentes couches sont bien distinctes, ce qui permet de n'installer que le nécessaire; il y a même le choix entre plusieurs gestionnaires de fenêtres, plusieurs environnements de bureau.
