مشاهدة النسخة كاملة : سلسلة من الدروس :: كيف تعمل نظم التشغيل؟؟؟
كيف تعمل نظم التشغيل (1)
إذا كنت تستخدم حاسب شخصي أو حاسب محمول فأنت تتعامل مع نظام تشغيل وظيفته مساعدتك علي التعامل مع وحدات هذا الحاسب وتشغيل البرامج التي تريد تنفيذها. نظم التشغيل هي المسئولة عن عمل كل الحاسبات الإلكترونية في العالم سواء كانت حاسبات صغيرة مثل الحاسب الشخصي والمحمول وأيضا التليفونات المحمولة إلى الحاسبات الكبيرة الحجم Mainframe والتي تستخدمها المؤسسات والشركات العملاقة.
نظم التشغيل الأكثر شهرة هي تلك التي تتعامل مع الحاسبات الشخصية لأنها أكثر الحاسبات انتشار في العالم ومن أمثلة هذه النظم:
* نظم تشغيل النوافذ Windows
* نظم تشغيل اللينكس Linux
* نظم تشغيل اليونكس Unix
* نظم تشغيل الماكنتوش Macintosh
بعض نظم التشغيل يمكنها العمل علي أي حاسب شخصي مثل نظم النوافذ علي سبيل المثال والبعض الآخر مخصص للتعامل مع حاسبات شركة محددة مثل نظام الماكنتوش الذي يتعامل مع حاسبات شركة أبل Apple فقط. كما تختلف أيضا تكلفة استخدام هذه النظم فبعض النظم تباع بمبالغ مالية مثل نظم النوافذ والبعض الآخر قد يقدم مجانا للمستخدمين مثل نظم تشغيل اللينكس.
يعتبر نظام التشغيل هو أول شيء يقوم الحاسب بتحميله عندما نضغط علي مفتاح التشغيل Power ON ولا يستطيع أي حاسب إلكتروني أن يعمل بدون نظام تشغيل وإذا توقف النظام عن العمل بسبب أي عطل نفقد أيضا القدرة علي التعامل مع الحاسب.
بعد انتشار الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الحاسب اليدوي PDA والتليفونات المحمولة التي أصبح بها بعض خصائص الحاسبات الإلكترونية مثل القدرة علي تشغيل بعض التطبيقات والألعاب الإلكترونية والتعامل مع شبكة الإنترنت أصبحت نظم التشغيل أكثر انتشارا لأن هذه الأجهزة تحتاج إلى نظم تشغيل لكي تعمل بالتقنيات الحديثة. لقد أصبحت الإمكانيات الإلكترونية للتليفون المحمول الحديث أقوي من الحاسبات الشخصية التي كانت مستخدمة منذ عشر سنوات فقط. تختلف نظم تشغيل التليفونات المحمولة والحاسبات اليدوية عن تلك التي تستخدم مع الحاسبات الشخصية.
نظام التشغيل هو حلقة الوصل التي تتيح للمستخدم أن يتعامل مع الأجزاء الصلبة للحاسب الإلكتروني مثل وحدة التخزين الرئيسية Hard Disk والذاكرة الإلكترونية والمعالج وغيرها من وحدات الحاسب. كما أن نظام التشغيل هو المسئول عن تشغيل كل وحدة من هذه الوحدات فهو الذي يصدر الأوامر لرأس القراءة والكتابة بوحدة التخزين لكي يجعلها تقرأ أحد البيانات المخزنة بهذه الوحدة. كما أنه المسئول عن نقل البيانات من وحدة إلى وحدة أخري فعلي سبيل المثال هو المسئول عن نقل البيانات من الذاكرة الإلكترونية لكي يتم عرضها علي شاشة الحاسب. كما يقوم بنقل البرامج التي نريد تشغيلها من وحدة التخزين إلى الذاكرة الإلكترونية لكي يبدأ الحاسب في التعامل معها. أي أن نظام التشغيل هو المسئول عن تشغيل وحدات وبرامج الحاسب وهو المسئول عن تنظيم العمل بين مكونات الحاسب المختلفة لأداء الوظائف المطلوبة منه. نظام التشغيل يتكون من مجموعة كبيرة من البرامج تعمل بشكل متناغم كفريق الأوركسترا لكي تسيطر وتنظم العمليات المطلوبة داخل حاسبنا الشخصي. في العدد القادم نتعرف علي مكونات نظام التشغيل.
يتبــــــــــــــــع>>>>
كيف تعمل نظم التشغيل (2)
بدأنا بالتعرف علي طريقة عمل نظام التشغيل هذه المجموعة العجيبة من البرامج والتي تستطيع أن تتعامل مع مكونات الحاسبات الإلكترونية لكي تؤدي الوظائف التي نطلبها منها. نظام التشغيل هو الذي يظهر الصور علي شاشة الحاسب وهو الذي يصدر الأوامر لوحدة التخزين لكي تحرك رأس القراءة والكتابة بها فتصل إلي مكان البيان الذي نريد قراءته. كل صغيرة وكبيرة في الحاسب تتحرك بإذن من نظام التشغيل فهو الذي يسيطر ونظم العمليات التي تتم داخل الحاسبات.
أما الأجهزة الإلكترونية التي تقوم بوظيفة واحدة مثل جهاز الميكروويف علي سبيل المثال أو جهاز الفيديو فلا يوجد بها نظام تشغيل لأن وظيفة هذه الأجهزة محددة مسبقا ولا يمكن إضافة أي برنامج أو وظيفة جديدة لها. فأنت تضغط علي مفتاح محدد بالجهاز لكي يتم تنفيذ وظيفة محددة لا تتغير أما في أجهزة الحاسبات فأنت تستطيع أن تضيف كل يوم برنامج جديد إلي حاسبك لكي يقوم بتنفيذ وظيفة لم تكن موجودة في الحاسب عندما خرج من المصنع كما أنك تستطيع أن تقوم بتغير خصائص أي برنامج لكي تجعله يناسب طريقة تعاملك مع الحاسب كأن تغير واجهة تطبيق أي برنامج لكي تجعلها تظهر باللغة العربية بدلا من اللغة الإنجليزية وهكذا.
وجود نظام التشغيل بالأجهزة الإلكترونية يتيح لها الآتي:
* أن تقوم بتنفيذ العديد من الوظائف بدلا من تنفيذ وظيفة واحدة.
* يتيح لها الحوار مع المستخدم بحيث تقوم بتنفيذ الوظيفة وفقا لرغباته وبطريقة أكثر تطورا من مجرد الضغط علي مفتاح معين.
* إمكانية التطوير مع الوقت أي يمكننا أن نقوم بتطوير وظائف الحاسب طوال فترات استخدامه وأن نضيف له وظائف جديدة أو نعدل بعض العيوب التي قد توجد بالوظائف السابقة ونطورها.
كل الحاسبات الشخصية التي نستخدمها في منازلنا وفي المكاتب يوجد بها نظام تشغيل ولعل أشهر نظم التشغيل هو نظام النوافذ الذي تنتجه شركة مايكروسوفت وقد أنتجت الشركة إصدارات كثيرة منه مثل نظام نوافذ 95 الذي تم تطويره إلي نوافذ 98 ثم ME ثم NT حتي وصلنا إلي أحدث نظم تشغيل النوافذ وهو XP الواسع الانتشار. رغم أن نظم النوافذ لها أكثر من 90% من السوق العالمي لنظم تشغيل الحاسبات الشخصية إلا أن هناك نظم تشغيل أخري مثل نظام الماكنتوش الذي يعمل علي حاسبات شركة Apple فقط ونظم اللينكس التي بدأت تنافس بقوة في هذا المجال.
توجد عشرات من نظم التشغيل الأخرى والتي تعمل علي الحاسبات الإلكترونية الأكبر حجما مثل نظام اليونكس. نظم تشغيل الحاسبات الضخمة Mainframe تختلف عن الحاسبات الأخري حيث يوجد نظام تشغيل لكل شركة من الشركات المنتجة لهذه الحاسبات وذلك نتيجة لطبيعة عملها الأكثر تطورا وتعقيدا. كما توجد نظم تشغيل متخصصة في تشغيل الروبوت Robots الذي يستخدم في مصانع السيارات وغيرها من المنشآت الصناعية المتقدمة. في العدد القادم سنتعرف علي مكونات نظام تشغيل الحاسبات الإلكترونية.
كيف تعمل نظم التشغيل (3)
نظام التشغيل هو مجموعة من البرامج التي تقوم بتنظيم عمل الحاسبات الإلكترونية وتتحكم في وحدات الحاسب. يمكننا القول أن نظم التشغيل تقوم بوظيفتين أساسيتين وهما :
* أنها تقوم بإدارة العمل داخل الحاسب وذلك بتنظيم عمل الوحدات Hardware والبرامج والتطبيقات Software وهو ما يسمي بإدارة موارد Resources الحاسب. إذا أخذنا الحاسب الشخصي كمثال فإن وحدات الحاسب تشمل المعالج والذاكرة الإلكترونية ووحدات التخزين والشاشة ومختلف الوحدات الآخري. أما في حالة التليفون المحمول فالوحدات تشمل لوحة المفاتيح وشاشة التليفون والبطارية أما البرامج والتطبيقات داخل التليفون فتشمل برنامج تخزين دليل العناوين Address Book والبرنامج الذي يطلب المكالمات Phone Dialer وبرنامج التعامل مع شبكة التليفون لاسلكيا.
* توفر نظم التشغيل بيئة مستقرة ومناسبة لكي تعمل البرامج والتطبيقات من خلالها ولكي تتعامل هذه البرامج مع وحدات الحاسب دون أن تدخل في تفاصيل دقيقة عن هذه الوحدات وعن طريقة عملها. فعلي سبيل المثال يطلب البرنامج قراءة أحد البيانات المخزنة علي وحدة التخزين الرئيسية Hard Disk لا يلزم هذا البرنامج أن يعرف كيفية قيام وحدة التخزين بتحريك رأس القراءة والكتابة لكي تصل إلى مكان البيان المطلوب وكيفية مرور رأس القراءة والكتابة علي السطح المغناطيسي للأسطوانات الممغنطة التي تتكون منها وحدة التخزين. هذه التفاصيل الدقيقة يتركها البرنامج لنظام التشغيل لكي يتعامل معها. كل ما علي البرنامج هو أن يصدر أمر قراءة البيان المطلوب ويحدد اسم الملف الذي يوجد به هذا البيان ووحدة التخزين التي يوجد بها الملف ثم يترك باقي العمل لنظام التشغيل الذي يتعامل مع وحدة التخزين الرئيسية وفي النهاية يقدم البيان للبرنامج لكي يتعامل معه.
كل البرامج والتطبيقات تحتاج إلى المعالج لكي يقوم بتنفيذ أوامرها فإذا تخيلنا أن حاسبنا الشخصي ليس به نظام للتشغيل فإن هذه البرامج سترسل أوامرها في نفس الوقت إلى المعالج الذي سيصاب بالارتباك فهو لن يستطيع أن يحدد أي الأوامر ينفذ أولا ولن يستطيع تحديد البرنامج الذي أرسل الأمر الذي سيقوم بتنفيذه. هذه المهمة تترك لنظام التشغيل لكي يقوم بتنظيم تعامل المعالج مع البرامج ويخبر كل منها عن الأمر الذي أنتهي المعالج من تنفيذه وعن الأوامر التي لا تزال في مرحلة الانتظار. نظام التشغيل لا يقوم بعملية التنظيم للمعالج فقط وإنما يقوم بتنظيم تعامل البرامج مع مختلف وحدات الحاسب كوحدة التخزين الرئيسية والشاشة علي سبيل المثال. يقوم نظام التشغيل بعمليات التنظيم الضرورية والتي تعطي لكل برنامج نقوم بتشغيله علي الحاسب الموارد التي يحتاجها من وحدات الحاسب لكي يستطيع هذا البرنامج العمل بشكل سليم.
نظم التشغيل هي مجموعة من البرامج المتقدمة والراقية وهي علي درجة عالية من الكفاءة والتقدم ويكفي أن نعرف أن نظم التشغيل تستطيع أن تتعامل مع عشرات الأنواع من الوحدات والتي تنتجها شركات مختلفة فعلي سبيل المثال نظام النوافذ يستطيع التعامل مع الشاشات التي تنتجها شركة أل جي وشركة سوني وشركة فيوسونيك وعشرات من الأنواع الأخرى. إذا كانت نظم التشغيل أقل كفاءة فهي لن تستطيع التعامل إلا مع أحد الأنواع فقط لكل نوع من أنواع وحدات الحاسب. الأسبوع القادم نلقي مزيد من الضوء علي نظم تشغيل الحاسبات الإلكترونية.
كيف تعمل نظم التشغيل (4)
نظم التشغيل هي الأداة التي تتحكم وتنظم عمل الوحدات والبرامج داخل الأجهزة الإلكترونية. تختلف طبيعة نظم التشغيل ووظائفها وفقا لنوع الجهاز الإلكتروني الذي تعمل عليه ويمكننا أن نصف نظم التشغيل إلى أربعة أنواع :
* نظم تشغيل للماكينات Real-time operating system (RTOS)
وهي نظم التشغيل التي تعمل علي الأجهزة الإلكترونية التي توجد علي سبيل المثال في المصانع وفي الأجهزة التي يتم تشغيلها في المعامل ومراكز الأبحاث وفي التحكم في محطات الكهرباء وغيرها. تتميز هذه النظم بأن البرامج التي تتعامل معها عادة ما تكون ثابتة ولا يتم تغيرها إلا في أضيق الحدود كما أن طبيعة تعاملها مع المستخدم تكون محدودة. عادة ما يتم تصميم نظم التشغيل والبرامج التي تعمل عليها في الشركات التي تنتجها ولا يسمح للمستخدم بإجراء أي تعديلات عليها أو إضافة برامج جديدة لها. الجزء الهام في نظم تشغيل RTOS هو برنامج إدارة موارد الحاسب الإلكتروني بحيث يقوم الحاسب بتنفيذ الأوامر التي تصدر إليه في نفس المدة الزمنية وذلك في كل مرة يطلب إليه تنفيذ هذا الأمر. عادة ما يرتبط الحاسب الإلكتروني الذي يعمل بنظام RTOS بماكينة تقوم بإنتاج المكونات المطلوبة منها وفقا للأوامر التي تصدر لها من الحاسب.
* مستخدم واحد ووظيفة واحدة Single-user, single task
كما يدل الاسم فإن هذا النظام يصمم لكي يعمل علي الحاسبات الشخصية التي يتعامل معها مستخدم واحد وتقوم بتنفيذ وظيفة واحدة في نفس الوقت. من أمثلة هذه النظم تلك التي تعمل علي الحاسبات اليدوية PDA كما أن هذه النظم كانت مستخدمة أيضا في الحاسبات الشخصية القديمة.
* مستخدم واحد ووظائف متعددة Single-user, multi-tasking
هذه النوعية من نظم التشغيل هي التي نستخدمها الآن في حاسباتنا الشخصية والمحمولة وهذه النظم تتيح للمستخدم أن يقوم بتنفيذ أكثر من وظيفة في نفس الوقت وتتيح له التعامل مع أكثر من برنامج في الثانية الواحدة. من أمثلة هذه النظم نظام تشغيل النوافذ Windows ونظام الماكنتوش لحاسبات شركة Apple ونظام اللينكس. من السهل علي مستخدم هذه النظم علي سبيل المثال أن يقوم بإنزال ملف من علي شبكة الإنترنت في نفس الوقت الذي يقوم فيه بكتابة رسالة علي برنامج Word وهو يستمع إلى الموسيقي والأغاني علي حاسبه الشخصي.
* مستخدمين متعددين Multi-user
هذا النظام يسمح لأكثر من مستخدم أن يتعامل مع الحاسب الإلكتروني في نفس الوقت. كما يتيح لكل مستخدم أن يقوم بتشغيل برنامج مختلف عن المستخدمين الآخرين. يجب علي نظام التشغيل من هذه النوعية أن يقوم بتنظيم العمل وتقسيم موارد الحاسب بحيث يسمح لكل مستخدم بالتعامل مع الحاسب بنفس الكفاءة. من أمثلة هذه النظم نظام اليونكس Unix ونظم التشغيل التي تعمل علي الحاسبات المتوسطة والكبيرة.
كيف تعمل نظم التشغيل (5)
في السابق تحدثنا عن أنواع نظم التشغيل وعن مكوناتها وعن النظم التي تستطيع أن تشغيل وظيفة واحدة في نفس الوقت أو أكثر من وظيفة وعن نظم التشغيل التي يستطيع مستخدم واحد التعامل معها وعن نظم التشغيل التي تستطيع التعامل مع عشرات وربما مئات المستخدمين في نفس الوقت. في هذا العدد سنتحدث عن طريقة عمل نظام التشغيل من اللحظة التي نقوم فيها بالضغط علي مفتاح تشغيل الحاسب إلي أن ينتهي الحاسب من تحميل نظام التشغيل ويصبح جاهزا للتعامل مع البرامج الأخرى.
إشارة بدأ العمل:
عندما نضغط علي مفتاح تشغيل الحاسب فإن هذا المفتاح يمثل إشارة تنبيه للحاسب بأنه سوف يبدأ في العمل وأن عليه أن يقوم بإجراء الخطوات الضرورية للتعامل مع الحاسب. أول ما يتم تشغيله هو مجموعة من أوامر نظام التشغيل توجد في ذاكرة القراءة بالحاسب ROM وهذه الذاكرة توجد بها بيانات ثابتة يتم وضعها في المصنع الذي يقوم بإنتاج الحاسبات الإلكترونية ولا يستطيع المستخدم العادي تغير أو إلغاء هذه الأوامر.
اختبار المكونات :
الأوامر السابقة تقوم بإجراء مجموعة من الاختبارات علي مكونات الحاسب للتأكد من أن كل الوحدات تعمل بشكل طبيعي يسمح لنظام التشغيل بالعمل بدون مشاكل. يطلق علي هذه الاختبارات اسم Power-on self test أي مجموعة الاختبارات الذاتية عند بدأ التشغيل ويطلق عليها اختصارا مصطلح POST. في هذه المرحلة يتم التأكد من أن المعالج Processor يعمل بشكل جيد وكذلك شرائح الذاكرة الإلكترونية وكذلك باقي وحدات الحاسب.
تشغيل وحدة التخزين الرئيسية :
بعد الانتهاء من عملية الاختبارات السابقة تقوم الأوامر التي تم تشغيلها من ذاكرة القراءة ROM بتشغيل وحدة التخزين الرئيسية Hard Disk وهذه الوحدة هي التي يوجد بها الجزء الأكبر من نظام التشغيل. أول جزء من مكونات نظام التشغيل يتم البحث عنه في وحدة التخزين الرئيسية هو برنامج يطلق عليه Bootstrap Loader وهو برنامج صغير له وظيفة واحدة وهي أن يقوم بنقل برامج (مكونات) نظام التشغيل من وحدة التخزين الرئيسية إلي الذاكرة الإلكترونية للحاسب. وجود نظام التشغيل بالذاكرة الإلكترونية هام جدا لأن الذاكرة هي المكان الوحيد الذي يمكن تشغيل البرامج به. أول البرامج التي يتم تشغيلها عندما تبدأ مكونات نظام التشغيل في الوصول إلي الذاكرة الإلكترونية هي مشغلات (Drivers) وحدات الحاسب الرئيسية مثل الشاشة ووحدة الأسطوانات المرنة ووحدة الأسطوانات المدمجة وغيرها. كما يقوم نظام التشغيل بتقسيم الذاكرة الإلكترونية إلي أجزاء منها ما هو مخصص لبرامج نظام التشغيل وجزء ثاني مخصص لبرامج المستخدم والتطبيقات المختلفة وجزء ثالث مخصص للملفات والمعلومات التي ستتعامل معها هذه البرامج.
بعد أن يقوم نظام التشغيل بالخطوات السابقة يصبح في مقدور المستخدم أن يطلب من الحاسب تشغيل البرامج التي يريدها ويصبح الحاسب جاهزا لتنفيذ أي أوامر تطلب منه.
أبوليان
05-08-11, 02:40 PM
اخي king يعطيك العافية
على هذا المجهود الرائع
الله يعافيك اخوي ابوليان ..شكر على التواصل ..