تعتبر الأجهزة الحاسوبية والذكية قطعاً من الآلات المصممة هندسياً للقيام بمهام محددة يختارها المستخدم, لكن هل تتسائل عن طريقة الإتصال والتواصل ما بين هذه الأجهزة والمستخدمين؟ الإجابة بكل بساطة هي عن طريق أنظمة التشغيل, فما هي أنظمة التشغيل, وما هي أنواعها وخصائصها ومزاياها وعيوبها؟
المحتويات:
1. ما هو نظام التشغيل؟
يعد نظام التشغيل من أهم البرمجيات التي يتم تحميلها لأول مرة على جهاز الحاسوب عن تشغيل الجهاز لأول مرة. ويتم الإتصال بين المستخدم والنظام عن طريق نظام التشغيل. ويتم استخدام العديد من أنواع أنظمة التشغيل في الحواسيب.
حيث أنه يقوم بترجمة التعليمات التي يقدمه المستخدم بلغة عالية المستوى إلى لغة الآلة التي يمكن لجهاز الحاسوب فهمها. كما يعمل كوسيط ما بين المستخدم وجهاز الحاسوب, ويوفر البيئة التي يحتاج إليها المستخدم لتنفيذ الأوامر و تشغيل البرامج المختلفة.
2. تاريخ أنظمة التشغيل.
تالياً تسلسل زمني للأحداث الهامة في تاريخ أنظمة التشغيل:
- 1938 : تم تصنيع أول جهاز حاسوب, وكان يعمل دون نظام تشغيل.
- 1956 : تم إطلاق أول نظام تشغيل.
- 1960s : بدأ العمل على بناء نظام التشغيل يونكس UNIX.
- 1977 : ظهرت سلسلة أنظمة أبل.
- 1981 : قامت مايكروسوفت ببناء نظام دوس DOS.
- 1985 : ظهور نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز.
3. وظائف نظام التشغيل.
يقوم نظام التشغيل بالعديد من المهام والوظائف المختلفة, ومن أهمها:
- إدارة المعالج.
يقوم نظام التشغيل بإدارة عمل المعالج من خلال تخصيص وظائف مختلفة له, والتأكد من أن كل عملية تتلقى وقتاً كافياً من المعالج ليتم تنفيذها بالشكل الصحيح.
- إدارة الذاكرة.
تقوم نظام التشغيل بإدارة تخصيص الذاكرة وإلغاء تخصيصها للعمليات المختلفة. كما يضمن أن عملية معينة لا تستهلك الذاكرة المخصصة للعمليات الأخرى.
- إدارة الجهاز.
يوجد هنالك العديد من الأجهزة الطرفية المتصلة بجهاز الحاسوب مثل وحدات الإدخال والإخراج. يقوم نظام التشغيل بتلقي الطلبات من هذه الأجهزة ويؤدي المهمة التي تم طلبها منه.
- إدارة الملفات.
يقوم النظام بتتبع المعلومات المتعلقة بإنشاء الملفات وحذفها ونقلها ونسخها وتخزينها بطريقة منظمة. كما أنه يحافظ على سلامة البيانات المخزنة في هذه الملفات.
- الأمان.
يوفر نظام التشغيل العديد من التقنيات التي تضمن سلامة بيانات المستخدم وسريتها. يتم استخدام العديد من الإجراءات الأمنية لفعل ذلك مثل الحماية ضد الوصول غير المصرح به من خلال طلب تسجيل الدخول والجدار الناري وعرض الرسائل المتعلقة بنقاط ضعف النظام.
- إكتشاف الأخطاء.
يقوم النظام بعمل فحص ذاتي للبحث عن أي تهديد خارجي أو نشاط برمجي ضار. كما يقوم بفحص مكونات الجهاز المادية للبحث عن أي مشاكل قد تكون موجودة بها. تعرض هذه العملية التنبيهات للمستخدم لاتخاذ الإجراء المناسب.
4. مكونات نظام التشغيل.
ليتمكن النظام من أداء الوظائف التي تم ذكرها مسبقاً, يحتوي نظام التشغيل على مكونين وهما: الصَدَفة Shell والنواة Kernel.
الصدفة Shell.
يتعامل الشل Shell مع تفاعلات المستخدم, وهو الطبقة الخارجية لنظام التشغيل, كما أنه يدير التفاعل بين المستخدم ونظام التشغيل من خلال حث المستخدم على الإدلاء بمدخلاته وتفسير هذه المدخلات لنظام التشغيل والتعامل مع المخرجات من النظام.
يقوم الشل بتوفير طريقة للتواصل مع نظام التشغيل عن طريق أخذ المدخلات من المستخدم أو السكربتات Shell Script, وهي عبارة عن سلسلة من أوامر النظام المخزنة في ملف.
النواة Kernel.
النواة Kernel هي المكون الأساسي لنظام التشغيل الذي يعمل كواجهة بين التطبيقات, ويقوم بمعالجة البيانات. عندما يتم تحميل نظام التشغيل في ذاكرة الجهاز. يتم تحميل النواة أولاً, وتبقى في الذاكرة حتى يتم إيقاف نظام التشغيل.
تقوم النواة بتوفير موارد الجهاز وإدارتها, كما أنها تسمح للبرامج الأخرى بتشغيل هذه الموارد واستخدامها. تقوم النواة أيضاً بإعداد مساحة عنوان الذاكرة للتطبيقات, وتحميل الملفات التي تحتوي على رمز التطبيق في الذاكرة.
كما أن النواة مسؤولة عن إدارة المدخلات والمخرجات والذاكرة وعمليات تنفيذ التطبيق وإدارة الجهاز والإتصالات ما بين المكونات المادية.
إقرأ أيضاً… ما هو الأمن السيبراني (Cybersecurity)؟
5. أنواع أنظمة التشغيل.
يوجد هنالك ستة أنواع أساسية لأنظمة التشغيل, وهي:
- الدَفعي Batch OS.
- المُوَزع Distributed OS.
- متعدد المهام Multitasking OS.
- الشبكي Network OS.
- الوقت الفعلي Real Time OS.
- الهواتف الذكية Mobile OS.
أما بالنسبة لهذه الأنظمة الستة، سنتحدث عن خصائصها ومزاياها وعيوبها, سيتم البدء بشرحها فوراً.
نظام التشغيل الدَفعي Batch OS.
نظام التشغيل الدَفعي هو أول نظام تشغيل لأجهزة الحاسوب من الجيل الثاني. لا يقوم هذا النظام بالتفاعل مع نظام التشغيل بشكل مباشر.
بدلاً من ذلك, يتولى عامل التشغيل تجميع الوظائف المتشابهة ودمجها مع بعضها البعض في دفعة Batch واحدة. يتم تنفيذ هذه الدفعات واحدة تلو الأخرى بناء على مبدأ من يأتي أولاً يُنفذ أولاً.
إيجابيات نظام التشغيل الدَفعي.
- يستغرق وقتاً أقل لتنفيذ المهام.
- يمكن لعدة مستخدمين مشاركة الدفعات Batches.
- يسهل عملية إدارة الأعمال الكبيرة.
- وقت الخمول IDLE قليل.
سلبيات نظام التشغيل الدَفعي.
- من الصعب إصلاح أخطاء هذا النظام.
- إذا فشلت واحدة من الوظائف, ستبقى الوظائف الأخرى دون تنفيذ حتى يتم حل المشكلة.
- أحياناً ما يكون هذا النوع من الأنظمة مكلفاً.
أمثلة على نظام التشغيل الدَفعي.
- نظام كشوفات الرواتب.
- كشوفات الحسابات المصرفية.
- أنظمة إدخال البيانات.
نظام التشغيل المُوَزع Distributed OS.
يعد نظام التشغيل الموزع تطوراً حديثاَ في مجال تكنولوجيا الحاسوب. ويتم استخدامه في جميع أنحاء العالم بوتيرة كبيرة. حيث يتم توصيل العديد من أجهزة الحاسوب من خلال قناة اتصال واحدة.
تحتوي هذه الأجهزة على وحدة الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية الخاصة به. ويمكن أن تكون عمليات النظام ذات أحجام مختلفة ويمكنها أن تؤدي وظائف مختلفة.
الفائدة الرئيسية لهذا النوع من الأنظمة هو أنه يمكن للمستخدم الوصول إلى الملفات غير الموجودة على نظامه, لكنها موجودة على نظام آخر متصل. كما يمكن الوصول لهذه الأنظمة عن بعد.
إيجابيات نظام التشغيل الموزع.
- في حال فشل واحدة من الأنظمة, لن يؤثر على الأنظمة الأخرى.
- يتم تقليل الحمل على النظام المضيف.
- يمكن إضافة العديد من الأجهزة إلى الشبكة بسهولة.
- يتم تنفيذ العمليات بسرعة أكبر, وذلك بسبب تشارك العبء ما بين الأجهزة.
- تكون سرعة تبادل البيانات أسرع.
سلبيات نظام التشغيل الموزع.
- تكلفة النظام مرتفعة.
- البرامج المستخدمة لهذا الأنظمة معقدة.
- في حال فشل الشبكة, سيفشل النظام بأكمله.
أمثلة على أنظمة التشغيل الموزعة.
- نظام AIX لبعض أجهزة IBM القديمة.
- سولاريس Solaris.
نظام التشغيل متعدد المهام Multitasking OS.
يعرف نظام التشغيل متعدد المهام أيضاً بإسم نظام تشغيل مشاركة الوقت, حيث يتم منح كل مهمة بعض الوقت حتى تعمل جميع المهام بكفاءة.
يقوم هذا النظام بتوفير الوصول إلى عدد كبير من المستخدمين. ويحصل كل مستخدم على وقت من وحدة المعالجة المركزية, وذلك لأن النظام واحد.
يتم إعطاء المهام التي يقوم النظام بتنفيذها عن طريق مستخدم واحد أو مستخدمين مختلفين, ويطلق على الوقت المخصص لتنفيذ مهمة واحدة أسم “Quantum”. وبمجرد اكتمال وقت تنفيذ مهمة واحدة, ينتقل النظام إلى تنفيذ مهمة أخرى.
إيجابيات نظام التشغيل متعدد المهام.
- كل مهمة تحصل على وقت متساو للتنفيذ.
- يكون وقت الخمول IDLE لوحدة المعالجة المركزية قليلاً.
سلبيات نظام التشغيل متعدد المهام.
- لا يمكن تنفيذ العمليات ذات الأولوية الأعلى أولاً. حيث يتم إعطاء أولوية متساوية لكل المهام.
- هنالك حاجة لحماية بيانات تسجيل الدخول للمستخدمين.
- في بعض الأحيان, يكون هنالك بعض المشاكل في اتصال البيانات.
أمثلة على نظام التشغيل متعدد المهام.
- ويندوز.
- يونكس UNIX.
نظام التشغيل الشبكي Network OS.
أنظمة التشغيل الشبكي هي الأنظمة التي تعمل على الخوادم وتدير جميع وظائف الشبكات. وهي تسمح بمشاركة الملفات والتطبيقات والطابعات والحماية ووظائف الشبكات الأخرى عبر شبكة LAN أو أي شبكة خاصة أخرى.
في نظام تشغيل الشبكة, يدرك جميع المستخدمين تكوينات كل مستخدم آخر داخل نفس الشبكة. ولهذا السبب, تعرف هذه الأنظمة أيضاً بإسم الأنظمة المترابطة بإحكام Tightly Coupled Systems.
إيجابيات نظام التشغيل الشبكي.
- يمكن للتقنيات والأجهزة الجديدة ترقية النظام بسهولة.
- يتم إدارة أمن النظام عبر الخوادم.
- يمكن الوصول إلى الخوادم عن بعد من أماكن وأنظمة مختلفة.
- تعتبر الخوادم المركزية مستقرة.
سلبيات نظام التشغيل الشبكي.
- تكون تكاليف الخادم مرتفعة.
- يحتاج إلى تحديثات وصيانة منتظمة.
أمثلة على أنظمة التشغيل الشبكي.
- ويندوز سيرفر Win Server 2008.
أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي Real Time OS.
تعتبر هذه الأنظمة مفيدة في حالة حدوث العديد من الأحداث في وقت قصير, مثل عمليات المحاكاة في الوقت الفعلي.
يوجد هنالك نوعين من أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي, نظام تشغيل صلب Hard RTOS ونظام تشغيل ليّن Soft RTOS. يمكنك معرفة المزيد عن أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي RTOS من خلال مقالتنا التالية: ما هو نظام التشغيل في الوقت الفعلي؟ ما هي فوائده واستخداماته؟
إيجابيات نظام التشغيل في الوقت الفعلي.
- يقوم بتوفير أقصى استفادة من الأنظمة.
- يوفر أفضل إدارة لتخصيص الذاكرة.
- عادة ما تكون هذه الأنظمة خالية من الأخطاء.
- تقوم بالتركيز على المهام ذات الأولوية.
- يستغرق وقتاً أقل للإنتقال من مهمة إلى اخرى.
سلبيات نظام التشغيل في الوقت الفعلي.
- تعتبر موارد النظام باهضة الثمن.
- الخوارزميات المستخدمة معقدة للغاية.
- يمكن تشغيل مهام محدودة فقط في نفس الوقت.
- لا يمكن التحكم في أولويات المهام.
أمثلة على نظام التشغيل في الوقت الفعلي.
- أنظمة التصوير الطبية.
- الروبوتات.
أنظمة تشغيل الهواتف الذكية Mobile OS.
نظام تشغيل الهواتف الذكية هو نظام مخصص للهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي, وهي منصة يمكنها تشغيل التطبيقات على الهواتف الذكية.
إيجابيات نظام تشغيل الهواتف الذكية.
- سهولة الإستخدام.
سلبيات نظام تشغيل الهواتف الذكية.
- بعض الأنظمة تستهلك طاقة البطارية بشكل كبير.
- بعض الأنظمة ليست سهلة الإستخدام.
أمثلة على أنظمة تشغيل الهواتف الذكية.
- أندرويد.
- نظام تشغيل iOS من شركة أبل.
- سمبيان Symbian.
- ويندوز موبايل.