شرح ونبذة بسيطة عن نظام التشغيل
ما هو نظام التشغيل؟
تعريف
نظام التشغيل أو Operating System هو برنامج يشكل حلقة الوصل بين المستخدم وبرامجه من جهة وأجزاء
الحاسوب المادية من جهة أخرى. أي أنه البرنامج الذي يربط بين المكونات المادية
للحاسوب Hardware والمكونات البرمجية Software. فهو يقوم بجدولة تنفيذ البرامج على المعالج
المركزي وتوزيع البرامج داخل الذاكرة وتحديد كيفية تخزين الملفات داخل الحاسوب
(مثلا على الأقراص) وهو المسؤول عن تفاصيل التعامل مع وحدات الإدخال والإخراج.
ماذا نعني بالرمز OS في نظام التشغيل؟
يرمز
الحرفين OS باللغة الإنجليزية الى
الكلمتين Operating
System
وتعني نظام التشغيل.
كيف يقوم الحاسوب بتشغيل عدة برامج في الوقت ذاته رغم وجود معالج مركزي واحد؟
كما
نلاحظ، أنه عندما يستمع المستخدم إلى الموسيقى من جهاز الحاسوب، يقوم أيضا
بالكتابة باستخدام برنامج المايكروسوفت وورد ويقوم بتنزيل الملفات من الإنترنت في
آن واحد. لذلك لا بد من وجود آلية تقسيم للعمل والدور الذي يقوم به ذلك المعالج في
جهاز الحاسوب. تسمى آلية تقسيم العمل تلك، بالمهام الرئيسية للمعالج والتي سنتطرق
اليها بعد قليل.
في الشكل
التالي توضيح بسيط عن آلية ربط المستخدم والقطع المادية للحاسوب والبرامج التطبيقية
وغيرها من البرمجيات مع نظام التشغيل والذي بدوره يقوم بإدارتها جميعاً والتنسيق
بينها:
ما هي المهام التي يقوم بها نظام التشغيل؟
1- إدارة المعالج المركزي Central Processing Unit Management
تكون البرامج بدون فائدة إذا لم تنفذ على
المعالج المركزي ويقوم نظام التشغيل بجدولة تنفيذ البرامج المختلفة على المعالج
المركزي.
لاحظ في مثال المستخدم الذي يستمع إلى
الموسيقى ويكتب على برنامج (الوورد) Microsoft Word
وينزل ملفات من الإنترنت أن البرامج تبدو كأنها تنفذ في آن واحد
والحقيقة أن نظام التشغيل يوزع وقت المعالج على هذه البرامج.
2- إدارة الذاكرة الرئيسية Main Memory Management
كي تنفذ برنامجاً معيناً يجب أن يكون الجزء
الذي يجري تنفيذه موجوداً في الذاكرة، فمسؤولية نظام التشغيل تحديد الأماكن
الفارغة والمشغولة في الذاكرة والبرنامج الذي يشغلها. يقوم نظام التشغيل أيضا
بتحديد أي برنامج يجب أن يحمل في الذاكرة.
قد لا تكفي الذاكرة الرئيسية لتحميل عدد
كبير من البرامج الحديثة. من هنا ظهر مبدأ الذاكرة الوهمية Virtual Memory وهو أسلوب يسمح بتنفيذ برامج دون أن تكون
موجودة كاملة في الذاكرة وعندما تكون هذه البرامج في حالة التنفيذ يقوم نظام
التشغيل بوضع جزء في الذاكرة RAM
والباقي على القرص الصلب HDD وعندما يطلب المعالج المركزي جزءاً غير
موجود في الذاكرة يقوم نظام التشغيل بتبديل جزء من الذاكرة بالجزء المطلوب من
القرص الصلب لتمكين البرنامج من مواصلة عمله.
3- إدارة الذاكرة الثانوية Secondary Memory Management
قد يخزن الملف الواحد في أماكن بعيدة بعضها
عن بعض على القرص الصلب، فمسؤولية نظام التشغيل هي تخزين الملفات على القرص الصلب
ومن ثم إنشاء دليل لتسهيل الوصول إلى الملفات Addresses والتعامل معها.
4- إدارة وحدات الإدخال والإخراج Input / Output Units Management
يقوم نظام التشغيل بحجب تفاصيل عملية
الإدخال والإخراج عن المستخدم بحيث يمكن للمستخدم أن يصدر أمراً واحداً ويقوم نظام
التشغيل بباقي المهمة.
فمثلاً: قد يصدر المستخدم أمراً بطباعة
أكثر من ملف فيقوم نظام التشغيل بترتيب إرسال هذه الملفات إلى الطابعة دون أي تدخل
من المستخدم.
5- إدارة الملفات والحماية Protection & Files Management
يقوم نظام التشغيل بتخزين الملفات على
الذاكرة الثانوية، وعادة توضع الملفات داخل مجلدات. وهنا يكون مسؤولية نظام
التشغيل ما يلي:
أ- إنشاء الملفات والمجلدات وحذفها.
ب- حماية الملفات والمجلدات.
أمثلة على بعض أنظمة التشغيل المشهورة
1- ميكروسوفت
ويندوز (Microsoft
windows)
2- يونكس (Unix)
3- أبل مكنتوش (Mac
OS)
4- بالم (Palm
OS)
5- ليونكس (Lunix)
6- ويندوز سي إي (Windows
CE)
7- أندرويد Android
8- سولاري Solaris
9- MS-DOS
10- أي أو إس IOS
11-
ويندوز فون Windows
Phone
12-
سبميان نوكيا Symbian
ما هي آلية عمل نظام التشغيل؟
يتبع نظام التشغيل
مخطط سير عمليات واضح للقيام بالمهام والوظائف التي سيقوم بتأديتها. تلك المهمات تكون
على أربعة مراحل كما يلي:
1- مرحلة التشغيل Booting
عند ضغط زر تشغيل الجهاز، يقرأ نظام التشغيل التعليمات
المخزنة في ذاكرة القراءة فقط ROM ليعرف بماذا يبدأ وما هي الخطوة التالية. حيث تكون تلك التعليمات
مرتبة بالتسلسل وراء بعضها البعض مكونة أوامر مفيدة للنظام. وتسمى تلك العملية
بالإقلاع، أي Booting.
2- مرحلة فحص المدخلات والمخرجات I/O Checking
تخضع وحدات الإدخال والإخراج Input & Output Units للفحص والتأكد
من سلامتها وصحة عملها وخلوها من الأخطاء.
3- تحميل النظام Loading OS
يتم تحميل جزء
من البيانات المخزنة على القرص الصلب الى الذاكرة الرئيسية بهدف معالجتها من قبل المعالج
المركزي CPU.
4- تشغيل النظام Running OS
وهي المرحلة
التي تتيح للمستخدم التحكم وارسال الأوامر الى الحاسوب عبر البرامج التطبيقية Application Software.