نظام التشغيل
يرمز له اختصاراً بـ (OS) وهو اختصار للكلمة الإنجليزية Operating System، ويعرف نظام التشغيل بأنّه عبارة عن جملة من البرمجيات التي تتولى مسؤولية التحكم بإدارة الموارد (البرمجيات، Hardware)، كما أنه يلعب دور حلقة الوصل بين المستخدم وجهاز الحاسوب، أي يمكن تعريفه بأنه وسيلة تفاهم بينهما أيضاً.
كما أنه المشغّل الرئيسي لبرامج الحاسوب على جهاز المستخدم عن طريق التحكم بالقرص الصلب والأجهزة الملحقة (أجهزة الإدخال والإخراج)، وترتيب الأولويات وتفسيرها للتعامل مع الأوامر التي يوجّهها المستخدم للحاسوب.
تعتبر أنظمة التشغيل الجزء الأهم في جهاز الحاسوب ككّل، ويمكن تقسيم عمل نظام التشغيل إلى طبقات بدءاً من الطبقة الأولى، وتكون هذه الطبقة أدنى مستويات النظام، حيث يتم تحميلها وتنصيبها في ذاكرة الجهاز عند بدء تشغيل النظام، ويؤدي المستوى الأول دوراً هاماً في إتاحة المجال للوصول إلى التطبيقات والخدمات المركزية التي تقدمها أنظمة التشغيل، ومن هذه الخدمات: إدارة الذاكرة، والتمكين من الوصول للقرص الصلب، وجدولة المهام، وغيرها.
يُشار إلى أنظمة التشغيل أنها تعمل على تزويد واجهة المستخدم في جهاز الحاسوب ببرمجيات تخدمه، كما تقدّم له عدة أدوات لأداء مهام متعددة كإعدادات نظام التشغيل وإدارة الملفات، وتعمل على تقديم برمجيات ترتبط ارتباطاً وثيقاً بوظائف ومهام نظام التشغيل الأساسية، بمعنى أبسط فإنها تلعب دور المترجم بين المستخدم وجهاز الحاسوب.
مهام نظام التشغيل
- التحكم والسيطرة بالمصادر والمهام وإدارتهما، مثل التحكم بإدارة الذاكرة الرئيسية.
- وسيلة تفاهم وحلقة وصل بين المستخدم والجهاز بواسطة (User interface)، والتي تمنح المستخدم من تشغيل البرامج.
- إدارة تدفق البيانات ومسارها من خلال التحكم بانتقالها بين وحدات الحاسوب.
- تنظيم الملفات في مجلدات وفهرستها، فمن الجدير بالذكر أنّ كل نظام تشغيل يستند إلى نظام خاص من الملفات.
- توفر أنظمة التشغيل الحماية للملفات المخزنة على جهاز الحاسوب.
- إدارة وتقسيم الوظائف بين وحدات الإدخال والإخراج.
- إدارة البرامج الموجودة على جهاز الحاسوب، حيث يتيح المجال لتشغيل أكثر من برنامج في آن واحد دون حدوث أخطاء.
- الكشف عن الأخطاء والأعطال التي من المحتمل أن يتعرض لها الجهاز، وتقديم تقرير مفصّل عن هذه الأعطال والأحداث التي تم إجراؤها على النظام أثناء معالجة البيانات.
آلية العمل
تتبّع أنظمة التشغيل مخطط سير عمليات للقيام بالمهام الموكلة إليها، وتكون مراحل العمل على النحو التالي:
- التشغيل: يبدأ نظام التشغيل أولاً عند القيام بتشغيل الجهاز، فتباشر الذاكرة العشوائية (RAM)عملها بقراءة التعليمات المخزنة في الذاكرة الثابتة (ROM) ومباشرة تنفيذها، وتكون هذه الذاكرة مخزّنة بمجموعة أوامر خاصة ومرتبة ببدء التشغيل (BOOT).
- الفحص تخضع وحدات الإدخال (Input Unites) ووحدات الإخراج (Output unites) للفحص والتأكّد من سلامتها.
- تحميل وتنزيل النظام: في المرحلة الثالثة من بدء التشغيل يتم تحميل وتنزيل نظام التشغيل من عدة مصادر ومنها الأقراص اللينة والصلبة.
- تشغيل النظام: تعتبر هذه المرحلة الأهم حيث يبدأ نظام التشغيل باستقبال أوامر المستخدم فور الانتهاء من عملية تحميله، ويكون إلقاء الأوامر من المستخدم إلى نظام التشغيل باستخدام البرمجيات التطبيقية.
- عند الانتهاء من المرحلة السابقة يتم العودة مجدداً إلى نظام التشغيل وانتظار صدور أوامر كتابية من المستخدم للبدء بتنفيذها.
أنواع أنظمة التشغيل
- مستخدم واحد، مهمة واحدة (Single User Single Tasking): يستخدم هذا النوع من أنظمة التشغيل لتلقّي الأوامر من مستخدم واحد، وله القدرة على تنفيذ أمر واحد فقط، مثال ذلك: MS-DOS.
- مستخدم واحد، عدة مهام (Single User,Multi Tasking): يُستخدم هذا النظام لتنفيذ مجموعة من الأوامر التي يصدرها مستخدم واحد فقط، ويمتاز هذا النظام بقدرته على تعددية التنفيذ للأوامر، ومن الأمثلة عليه Windows, Mac.
- متعدد المستخدمين، وحيد المهام (Multi User, Single Tasking): يتيح هذا النظام الفرصة أمام مجموعة من مستخدميه بالعمل معاً في وقت واحد، لكنه يشترط العمل ضمن برنامج واحد حيث يفتقد لخاصية التنفيذ المتعدد للأوامر، ومن الأمثلة عليه Windows NT.
- نظام تشغيل أجهزة الوقت الحقيقي (Real Time): وهذا النظام يعمل على تنفيذ الأوامر المدخلة باستخدام وحدات الإدخال بالتزامن مع معالجتها، ثم إخراج النتائج من وحدات الإخراج، ومن الأمثلة عليها الأجهزة الطبية.
- متعدد المستخدمين، متعدد المهام (Multi User-Multi Tasking): ويتيح هذا النظام لمجموعة من مستخدميه إمكانية العمل على الحاسب الآلي وأداء مهام مختلفة، ولا يشترط أداء نفس المهمة والعمل على نفس البرنامج، مثال على ذلك: نظام يونكس Unix.
خدمات نظام التشغيل
هناك الكثي من الخدمات التي يقدمها نظام التشغيل ومنها ما يلي:
- إدارة العمليات (Operations Management): هي عبارة عن أسلوب ينتهجه نظام التشغيل في التعامل مع العمليات والمهام العديدة التي يتم القيام بها، ويشار إلى أنه لا يمكن تنفيذ سوى عملية أو مهمة واحدة لكل وحدة معالجة مركزية في كل مرة، فيصبح نصيب كل مهمة من المهام المطلوب تنفيذها من عامل الوقت أقل.
- القرص وأنظمة الملفات.
- الشبكات (Network): تتيح كل أنظمة التشغيل المتطوّرة إمكانية استخدام بروتوكول TCP/IP، وتتيح إمكانية مشاركة الملفات والمصادر وماسح الصور.
- الأمن (security): توفّر أنظمة التشغيل مستوى عالٍ من الأمان، حيث تعمل على التأكد من هوية المستخدم والتحقق منها قبل السماح له بالوصول إلى البيانات، ويقوم مدير النظام على تصنيف مستوى الأمان وفقاً للصلاحيات المخوّلة للمستخدم، وتحجيم مستوى الوصول.
- واجهة المستخدم (User interface): لها عدة فوائد، وتعتبر وسيلة ربط بين المستخدم وجهاز الحاسوب، ومن فوائدها:
- تعد وسيلة تفاهم وتعامل بين المستخدم والحاسوب.
- تتيح الفرصة للمستخدم من الوصول إلى الخدمات التي تقدمها أنظمة التشغيل.
- تساعد المستخدم على تشغيل التطبيقات.
- تمكّن المستخدم النهائي للحاسوب من استعراض الملفات والمجلدات المخزنة عليها.
- واجهة سطر الأوامر (CLI).
- واجهة المستخدم الرسومية (GUI).
- واجهة المستخدم القابلة للتكبير (ZUI).
- مشغلات العتاد (Hardware Driver): وهي عبارة عن أحد عناصر برمجيات الحاسوب، ويمكن وصفها بأنها وسيلة تفاعل بين العتاد والبرمجيات.
- واجهة التطبيقات (Application Interface): تقدّم هذه الواجهة دلالات ووظائف (Function) لمطوري البرامج والتطبيقات، وتستخدم بكثرة في إدارة الذاكرة، والرسومية، وإدارة الملفات.
أنظمة التشغيل الحديثة
- Windows: يعّد نظام التشغيل ويندوز الأكثر انتشاراً واستخداماً، كما يعتبر أكثرها أهمية، وكانت قد أطلقته شركة مايكروسوفت Microsoft العالمية في عام 1985، وكانت بدايته كواجهة رسومية، وجاء بديلاً لنظام MS-DOS، وله عدة إصدارات : ويندوز 95، وويندوز 98، وويندوز ميلينيوم، وويندوز 2000، وويندوز XP، وويندوز فيستا، وويندوز 7، وويندوز 8، وويندوز 8.1، وويندوز 10.
- UNIX: يعّد هذا النظام الأقدم بين أنظمة التشغيل المعروفة، وكانت قد أطلقته الشركة الأمريكية AT & T في عام 1969، ويمتاز عن الأنظمة بقدرته على توفير مستوى أمني قوي جداً، وكما يمتاز بقدرته على تشغيل الأجهزة العملاقة، وتشغيل الشبكات، ومن أبرز الأمثلة عليه: FreePSD.
- Macintosh: ويطلق عليه مسمى "نظام تشغيل ماك"، وهو إصدار عن شركة آبل ماكنتوش، وكانت قد بدأت مراحل تطويره في عام 1981، ومن أهم ميزاته القدرة العالية على معالجة البيانات بكفاءة عالية، وكما له القدرة على التعامل مع الصور والرسومات، من الأمثلة نظام Mac OS.
- Linux: أهم ميزاته بأنه مجاني، وقابل للتطوير، ويعّد من أكثر الأنظمة تشابهاً مع نظام Unix، وله عدة نسخ يطلق عليها توزيعات Distribution، ومن أهم أنواعه: Gentoog, Redhat, Debian, Slackware.
