أنظمة التشغيل | الوحدة الأولى | الدرس الثالث
أنظمة التشغيل هو عنوان الدرس الثالث من الوحدة الأولى التي تحمل اسم “أساسيات علم أجهزة الحاسب” في الفصل الدراسي الأول من مقرر “تقنية رقمية 1 – 1”.
ستتعرف في هذا الموضوع على مهام أنظمة التشغيل، مثل: إدارة الذاكرة، وإدارة العمليات، وإدارة الملفات، وإدارة أجهزة الإدخال والإخراج.
لذا قم بقراءة نواتج التعلُّم بعناية، ثم أعد قراءتها بعد انتهائك من دارسة الموضوع وتأكَّد من تحصيل محتوياتها.
نواتج التعلُّم
- التفريق بين برامج النظام والتطبيقات البرمجية.
- معرفة ماهية نظام التشغيل.
- معرفة كيف يدير نظام التشغيل ذاكرة جهاز الحاسب.
- معرفة كيف يدير نظام التشغيل استخدام وحدة المعالجة المركزية.
- معرفة كيف يدير نظام التشغيل أجهزة الإدخال والإخراج.
- معرفة كيف يدير نظام التشغيل الملفات في مخازن البيانات الثانوية.
هيا لنبدأ!
مقدمة – أنظمة التشغيل
في المواضيع السابقة تم التعرُّف على المكوِّنات الداخلية والعناصر التي تُكوِّن جهاز الحاسب.
جميع هذه الأجزاء من الترانزستورات والبوابات المنطقية والمعالج والأقراص الصلبة تشكِّل المكوِّنات المادية لجهاز الحاسب.
حان الوقت لتتعرَّف على المكوِّنات البرمجية، وهي تلك المكوِّنات التي تحتوي على التعليمات التي نزود بها جهاز الحاسب لأداء المهام والوظائف المُحددة.
هذه التعليمات المصممة لأداء مهمة محددة تسمى البرمجِيَّات.
تصنيف البرمجيات
تُصنف البرمجيات الحديثة إلى قسمين:
- البرامج التطبيقية (Application Software)
هي جميع البرامج التي صُممت لحل المشاكل العملية ومساعدة مستخدمي جهاز الحاسب على إنجاز مهامهم. معظم البرامج التي تستخدمها في جهاز الحاسب الخاص بك مثل برنامج معالجة النصوص ومتصفح الإنترنت والألعاب ومشغلات الوسائط، تعدُّ برامج تطبيقية.
لمعرفة المزيد من المعلومات عن البرامج التطبيقية، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:
- برامج النظام (System Software)
هي البرامج التي تتحكَّم في عمل نظام جهاز الحاسب، وتزوده بالأدوات والبيئة التي تسمح للبرامج التطبيقية أن تعمل. وتنقسم إلى برامج ملحقة، وأنظمة تشغيل، وتتفاعل نظم التشغيل مباشرةً مع المكوِّنات المادية جهاز الحاسب.
لمعرفة المزيد من المعلومات عن برامج النظام، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:
نظام التشغيل
نظام تشغيل (Operating System) هو نواة برامج نظام أجهزة الحاسب. ويدير نظام التشغيل مصادر جهاز الحاسب مثل الذاكرة ووحدات الإدخال والإخراج، كما يسمح للبرامج التطبيقية بالوصول لمصادر النظام.
ويمنح نظام التشغيل مستخدم جهاز الحاسب واجهة للتفاعل مع الجهاز.
لاحظ أن
تتضمن برامج النظام أيضًا أدوات تطوير الأنظمة، وهي البرامج التي تساعدنا على إنشاء البرامج التطبيقية وبرامج النظام الأخرى.
هل تتذكَّر دورة الجلب والتنفيذ؟ إنّ البرنامج المُنفذ يتم تحميله في الذاكرة الرئيسة ويتم معالجة تعليماته واحدة بعد الأخرى داخل وحدة المعالجة المركزية، تدعم جميع أجهزة الحاسب تعددية البرامج (Multiprogramming)، وهي تقنية تعمل على حفظ مجموعة من البرامج داخل ذاكرة الوصول العشوائي في نفس الوقت، هذه البرامج تتنافس للوصول إلى وحدة المعالجة المركزية لكي يتم تنفيذها، لذلك فإن مهمة نظام التشغيل هي إدارة الذاكرة لكي يبقى على اطّلاع بالبرامج المفتوحة وموقع كل منها داخل الذاكرة.
يدير نظام التشغيل استخدام وحدة المعالجة المركزية من خلال العمليات الفردية. حيث يتم تنفيذ عملية واحدة فقط في كل وحدة زمنية داخل وحدة المعالجة المركزية.
لذلك، تمر كل عملية من خلال دورة حياة لحالات عملية مختلفة.
لمعرفة المزيد من المعلومات عن نظام التشغيل، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:
مهام نظام التشغيل
- إدارة الذاكرة
يقوم نظام التشغيل بإدارة الذاكرة وذلك من خلال:
- تتبع مكان وجود البرنامج داخل الذاكرة.
- تحويل عناوين البرنامج المنطقية إلى عناوين ذاكرة حقيقية.
يتعامل نظام التشغيل مع الذاكرة الرئيسة على أنها مخزن بيانات مستمر مقسم إلى مجموعات من الخانات الثنائية التي تحتوي على التعليمات أو البيانات.
كل جزء من هذا المخزن يجب أن يكون محددًا بشكل فريد يتم تعريفه من خلال عنوان (Address).
تبدأ العناوين من الرقم 0، وهو أول عنوان من عناوين الذاكرة.
لمحة تاريخية
تستند جميع أنظمة التشغيل الشائعة المُستخدَمة حاليًا إلى نظام التشغيل يونكس (UNIX) الذي تم استخدامه لأول مرة في العام 1969.
لا تعرِف البرامج عناوينها مسبقًا في الذاكرة، لذا فإن البرنامج يتعرَّف على تعليماته والبيانات باستخدام العناوين المنطقية.
يقوم نظام التشغيل برسم خريطة العناوين المنطقية للبرامج وما يقابلها من عناوين ذاكرة حقيقية في ذاكرة الوصول العشوائي، تسمى هذه العملية ربط العناوين (Address binding).
- إدارة العمليات
يجب أن يقوم نظام التشغيل أيضًا بإدارة استخدام وحدة المعالجة المركزية من خلال العمليات الفردية.
يمكِن لعملية واحدة فقط تنفيذ جزء من تعليماتها في وحدة زمنية واحدة داخل وحدة المعالجة المركزية، ولذلك تمر كل عملية بدورة حياة لحالات عملية مختلفة حيث تكتسب وتفقد التحكُّم في وحدة المعالجة المركزية.
وبشكل أكثر تحديدًا، تدخل العملية إلى النظام، وتكون جاهزة للتنفيذ أو تصبح قيد التنفيذ أو تنتظر موردًا، أو تم الانتهاء منه.
شاهد ما يحدث للعملية خلال مرورها في كل مرحلة.
لاحظ أن
الكثير من العمليات قد تكون في حالة الجاهزية أو حالة الانتظار في نفس الوقت، ولكن عملية واحدة فقط يمكِن أن تكون في حالة التنفيذ. لهذا السبب هناك ما يسمى بطابور الجاهزية وطابور الانتظار حيث تصطف العمليات في الانتظار في كل من هذه الحالات.
- إدارة أجهزة الإدخال والإخراج
يحتوي جهاز الحاسب القياسي على لوحة مفاتيح وشاشة للتواصل مع المُستخدِم وماسح ضوئي لمسح الصور وطابعة للنُسخ الورقية.
لوحة المفاتيح والماسح الضوئي من أجهزة الإدخال بينما الشاشة والطابعة من أجهزة الإخراج.
تذكَّر أيضًا أن هناك (أجهزة إدخال وإخراج) مثل أجهزة التخزين الثانوية.
يتم إدارة جميع هذه الأجهزة من خلال نظام التشغيل.
تتطلب التطبيقات المختلفة أجهزة إدخال أو إخراج مختلفة عند تشغيلها. على سبيل المثال، إذا أرسلت ملفًا للطباعة فسيحتاج نظام التشغيل إلى الاتصال بالطابعة للتحقُّق من تشغيلها والبدء في إرسال البيانات لطباعة كل صفحة.
يتم التحكُّم في كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز (Device Driver).
يعدُّ برنامج تشغيل الجهاز جزءًا من نظام التشغيل أو يتم توفيره من خلال الشركة المصنّعة للجهاز.
يقوم نظام التشغيل بإرسال المعلومات الصحيحة إلى جهاز الإدخال أو الإخراج الصحيح ويتحكَّم أيضًا في وصول كل عملية إلى الجهاز.
لاحظ أن
بسبب اختلاف سرعة وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الملحقة، يستخدم نظام التشغيل جزءًا خاصًا من الذاكرة يسمى المخزن المؤقت (Buffer).
تلخيصًا لما سبق، يقوم نظام التشغيل بالأنشطة التالية:
- تتبع جميع الأجهزة.
- تحديد أي عملية تصل إلى الجهاز وكم تحتاج من الوقت.
- توظيف الأجهزة بالطريقة الأكثر فعالية.
- إدارة الملفات
إن عملية تنظيم مخازن البيانات الثانوية – مثل الأقراص الصلبة – هي إحدى مهام نظام التشغيل.
تذكَّر أن مخازن البيانات الثانوية تحتفظ بالبيانات عند فقدان الطاقة الكهربائية، ولذلك يتم استخدامها لحفظ البرامج والبيانات التي تريد إبقاءها عند إيقاف تشغيل جهاز الحاسب.
يتم تنظيم وحفظ المعلومات المخزنة على القرص الصلب على شكل ملفات.
الملف (File) هو اسم لمجموعة من البيانات المرتبطة معًا وهي الوحدة المنظمة الرئيسة للقرص الصلب.
يمكِن للملف أن يحتوي على برنامج أو بيانات من نوع واحد أو أكثر فمثلًا برنامج متصفح الإنترنت والصورة الرقمية هما عبارة عن نوعين مختلفين من الملفات التي يمكِن حفظهما على القرص الصلب في جهاز الحاسب الخاص بك.
نظام الملفات هو عرض منطقي يقدمه نظام التشغيل للمُستخدِمين لكي يتمكنوا من إدارة المعلومات كمجموعة من الملفات. ونظام الملفات يتم تنظيمه عادةً بتجميع الملفات داخل مجلدات.
المجلد (Folder) هو اسم لمجموعة من الملفات.
قد يحتوي المجلد الرئيسي (Parent Directory) على مجلدات فرعية (Subdirectory). ويمكِنك إنشاء مجلدات متداخلة بعدد غير محدود حسب حاجتك لتنظيم بياناتك.
تكوِّن هذه المجلدات بنية هيكلية يمكِن من خلالها عرض نظام الملفات كشجرة مجلدات.
ويسمى المجلد الموجود في أعلى مستوى في الهيكلية بالمجلد الجِذري (Root Directory).
بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “أنظمة التشغيل” بالكامل، من خلال الرابط التالي:
اختبر تحصيلك لمحتوى الموضوع من خلال الرابط التالي:
الواجب الإلكتروني
إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “أنظمة التشغيل“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!