תוכנת מערכת הינה שם כולל לקבוצת מערכות התוכנה שמתאמת את פעולתם של כל הרכיבים במערכת המחשב, מנהלת אותם ומפקחת על ניצולם היעיל.
תוכנת המערכת כוללת ארבע תת מערכות: מערכת ההפעלה,
תכניות שירות, מערכת
לניהול התקשורת ומערכת לניהול מסדי הנתונים.
מערכת ההפעלה היא גרעין בסיסי של תכניות שירות הכרחי לתפעול המחשב – השאר אופציונאליות.
מערכת ההפעלה (Operating System) מערכת ההפעלה מאגדת בתוכה קבוצה של תוכניות המיועדות להנחות את המחשב לבצע סדרות של פעולות בסיסיות. מספר התכניות במערכת ההפעלה תלוי בסוג המחשב וגודלו, בכל מקרה ללא מערכת הפעלה הטעונה לזיכרון הראשי המחשב לא יפעל. משימותיה העיקריות של מערכת ההפעלה:
· תזמון משימות לביצוע וקביעת סדר עדיפויות.
· ניהול זמן.
· חלוקת הזיכרון הראשי למשימות המבוצעות בו זמנית.
· תקשורת עם מפעיל המחשב.
ארבע קטגוריות עיקריות של תכניות במערכת ההפעלה:
1.
תכניות פיקוח – תכניות אלו הן ליבה של מערכת ההפעלה ותפקידן לפקח על הקצאת המשאבים במערכת המחשוב.
2.
תכניות לניהול משימות – תפקידן לבחור את הסדר בין משימות שוות הדורשות עיבוד נתונים, לאתחל סדר זה ולסיימו. תכניות אלו גם מנהלות את הקצאת המקום בזיכרון הראשי.
3.
תכניות לניהול תעבורת נתונים – תכניות אלו מסייעות בניהול של מעבר מידע בין חלקי המחשב על פי הנחיות תכניות הפיקוח.
4.
ספרן – החלק במערכת ההפעלה שמטפל בניהול משימות האחסון של הקבצים על אמצעי האחסון המגוונים.
מערכות ההפעלה הפשוטות תומכות במשתמש יחיד המפעיל תוכנית בודדת בנקודת זמן נתונה. מערכות הפעלה ברמה הבאה מאפשרות למשתמש יחיד לנצל את המחשב לריבוי משימות בו-זמנית. אחת הבעיות במערכות הפעלה מרובות משימות ומשתמשים היא לאפשר ניצול מרבי של המשאבים הנתונים.
כדי לפתור בעיה זו קיימות שיטות אחדות:
1.
ריבוי תכניות (Multiprogramming) – יחידת העיבוד המרכזית מבצעת רק פעולה אחת בנקודת זמן נתונה. מערכת ההפעלה עוקבת אחרי פעולה יחידת העיבוד המרכזית (CPU) וכשזו משתהה עקב הפוגה, מערכת ההפעלה מעבירה את הפיקוח לתכנית אחרת.
2.
ריבוי משימות (Multitasking) – מערכת ההפעלה מאפשרת ביצוע שתי פעולות או יותר בו-זמנית.
3.
חלוקת זמן (Time Sharing) – לכל פעולה יש פרק זמן שמוקצה לו לפעולה ב CPU כשזמן זה נגמר, המחשב עובר לביצוע המשימה הבאה.
4.
זיכרון מדומה (Virtual Storage) – מערכות הפעלה מסוימות יכולות לדמות זיכרון באמצעות דיסק.
5.
עיבוד קדמי / אחורי – הזיכרון מחולק למס'' חלקים. הוא עובד תחילה על המשימות בחלק הקדמי ורק לאחר מכן על החלק האחורי (כל עוד לא נוספה משימה לחלק הקדמי).
6.
עיבוד מקבילי (Multiprocessing) – במחשבים בהם מותקן יותר ממעבד (CPU) אחד, המערכת יכולה להפעיל מספר משימות בו זמנית. כיום הנטייה היא לפתח מערכות הפעלה לעיבוד מקבילי.
מספר מערכות הפעלה לדוגמא: DOS – משתמש יחיד, משימה בודדת.
WINDOWS – ריבוי משימות, מיועדת בעיקר למשתמש יחיד.
UNIX – ריבוי משימות, ריבוי משתמשים, מיועדת לתחנות עבודה ומחשבים גדולים.
תכניות שירות (Utility Programs) את תכניות השירות נחלק לשתי קבוצות: תכניות עזר וסביבות פיתוח תוכנה.
תכניות עזר הן אוסף של תכניות הנלוות למערכת ההפעלה ומאפשרות עבודה נוחה יותר במערכות המחשוב. למשל: תכניות העתקת קבצים, תכניות לארגון קבצים, אנטי-וירוס.
סביבת פיתוח תוכנה הן קטגוריה נפרדת ומטרתן היא לסייע בפיתוח מערכות תוכנה יישומית לתועלת המשתמש.
מערכות לניהול תקשורת (Communication Control Programs) תוכנת התקשורת מאפשרת קישורם של מסופים ותחנות עבודה אל המחשב. תפקידי תוכנת התקשורת כוללים תקשורת עם תחנת עבודה אחרת, ניהול ובקרה לציוד תקשורת והקווים השונים וכו''. למשל : מערכת Novell בסביבת המחשוב האישי.
מערכות לניהול מסדי נתונים (Database Management Systems) מערכות אלו מאפשרות ניהול יעיל של הנתונים לצורך אחסונם ושליפתם.