كل ما تريد معرفته عن نظام التشغيل 2022

المحتويات

1. المقدمة 
2. أنواع أنظمة التشغيل
3. ما هو النواة (Kernel) في نظام التشغيل؟
4. البرامج الثابتة(Firmware)
5. الفرق بين البرامج الثابتة(Firmware) ونظام التشغيل(Operating System)
6. الفرق بين نظام التشغيل نواة(Kernel) 32 بت و 64 بت
7. مكونات نظام التشغيل
8. الخلاصة

المقدمة

نظام التشغيل عنوان قد يحوى فى مضمونه الكثير من التشويق والإثارة لأنه يذكر فى كل جهاز تكنولوجى حديث وهنا نحاول أن نعرضه بشئ من التفصيل حيث ان نظام التشغيل هو أحد المكونات الأساسية لمعظم الأجهزة من حولنا مثل أجهزة الكمبيوتر بأشكالها المختلفة والأجهزة المحمولة بأشكالها المختلفة فتلك الأجهزة بدون نظام تشغيل ليس منها فائدة.

أنواع أنظمة التشغيل (OS)

فيما يلي الأنواع الشائعة لأنظمة التشغيل (نظام التشغيل):

1- نظام التشغيل الدفعي(Batch Operating System).

بعض عمليات الكمبيوتر طويلة جدًا وتستغرق وقتًا طويلاً ولتسريع العملية نفسها ، يتم تجميع مهمات ذات نوع مماثل من الاحتياجات معًا وتشغيلها كمجموعة ولا يتفاعل مستخدم نظام التشغيل الدفعي أبدًا بشكل مباشر مع الكمبيوتر حيث أنه في هذا النوع من أنظمة التشغيل ، يقوم كل مستخدم بإعداد وتجهيز مهامه على جهاز غير متصل بالإنترنت مثل بطاقة مثقوبة(punch card) وإرسالها إلى مشغل الكمبيوتر.

2- نظام تشغيل مشاركة الوقت/تعدد المهام(Multitasking/Time Sharing OS).

نظام التشغيل مشاركة الوقت  يمكن الأشخاص الموجودين في محطة طرفية مختلفة (shell) من استخدام نظام كمبيوتر واحد في نفس الوقت ويُطلق على وقت المعالج (CPU) الذي يتم مشاركته بين عدة مستخدمين اسم مشاركة الوقت.

3- نظام تشغيل متعدد المعالجات(Multiprocessing OS).

نظام متعدد المعالجات يعني أن هناك أكثر من معالج واحد يعمل بالتوازي لأداء العمليات المطلوبة ويسمح للمعالجات المتعددة ، وهي متصلة بالذاكرة المادية ، ونواقل الكمبيوتر ، والساعات ، والأجهزة الطرفية والهدف الرئيسي من استخدام نظام تشغيل متعدد المعالجات هو زيادة سرعة تنفيذ النظام واستهلاك طاقة حوسبة عالية.

4- نظام التشغيل في الوقت الحقيقي(Real Time OS).

الفاصل الزمني لنظام التشغيل في الوقت الفعلي لمعالجة المدخلات والاستجابة لها صغير جدًا وأمثلة: أنظمة البرامج العسكرية ، وأنظمة برامج الفضاء هي مثال نظام التشغيل في الوقت الحقيقي.

5- نظام التشغيل الموزع(Distributed OS).

تستخدم الأنظمة الموزعة العديد من المعالجات الموجودة في أجهزة مختلفة لتوفير حساب سريع جدًا لمستخدميها.

6- نظام تشغيل الشبكة(Network OS).

يعمل نظام تشغيل الشبكة على الخادم ويوفر القدرة على إدارة البيانات والمستخدمين والمجموعات والأمن والتطبيق ووظائف الشبكات الأخرى.

7- نظام تشغيل الهاتف المحمول(Mobile OS).

أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة هي أنظمة التشغيل التي تم تصميمها خصيصًا لتشغيل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء وبعض أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة الأكثر شهرة هي Android و iOS ، لكن البعض الآخر يشمل BlackBerry و Web و watchOS.

ما هو النواة (Kernel) في نظام التشغيل؟

النواة هي المكون المركزي لأنظمة تشغيل الكمبيوتر والمهمة الوحيدة التي تؤديها النواة هي إدارة الاتصال بين البرنامج والأجهزة والنواة هي نواة الكمبيوتر وتجعل الاتصال بين الأجهزة والبرامج ممكنًا وفي حين أن Kernel هو الجزء الأعمق من نظام التشغيل ، فإن القشرة(shell) هي الجزء الخارجي.

ميزات Kernel

1- جدولة منخفضة المستوى للعمليات.

2- اتصال بين العمليات.

3- مزامنة العملية.

4- تبديل السياق.

أنواع Kernel

هناك العديد من أنواع Kernel الموجودة ، ولكن من بينها النوعان الأكثر شيوعًا هما:

1- النواة الأحادية (المتجانسة)(Monolithic)

النواة الأحادية هي رمز أو كتلة واحدة من البرنامج يوفر جميع الخدمات المطلوبة التي يقدمها نظام التشغيل وإنه تصميم مبسط يخلق طبقة اتصال مميزة بين الأجهزة والبرامج.

2- متعددة الأنوية(Microkernels)

تدير متعددة الأنوية جميع موارد النظام وفي هذا النوع من النواة ، يتم تنفيذ الخدمات في مساحة عنوان مختلفة ويتم تخزين خدمات المستخدم في مساحة عنوان المستخدم ، ويتم تخزين خدمات kernel ضمن مساحة عنوان kernel لذلك ، فهو يساعد على تقليل حجم كل من kernel ونظام التشغيل.

وهناك أنواع أخرى أقل شيوعا:

Hybrid Kernels- 3 

يقوم بتشغيل بعض الخدمات في مساحة kernel لتقليل الحمل الزائد لأداء microkernels التقليدية حيث لا يزال تشغيل كود kernel كخادم في مساحة المستخدم.

4- Nano Kernels

يقوم بتبسيط متطلبات الذاكرة عن طريق تفويض الخدمات ، بما في ذلك الخدمات الأساسية مثل أجهزة التحكم بالمقاطعة أو أجهزة ضبط الوقت إلى برامج تشغيل الأجهزة.

5- Exo Kernels

يخصص موارد الأجهزة المادية مثل وقت المعالج وكتلة القرص للبرامج الأخرى ، والتي يمكن أن ترتبط بأنظمة تشغيل المكتبة التي تستخدم النواة لمحاكاة تجريدات نظام التشغيل.

البرامج الثابتة(Firmware)

البرنامج الثابت هو برنامج أو مجموعة من التعليمات المبرمجة على جهاز hardware ويوفر الإرشادات اللازمة لكيفية اتصال الجهاز بأجهزة الكمبيوتر hardware الأخرى ولكن كيف يمكن برمجة البرامج على الأجهزة hardware ؟ عادةً ما يتم تخزين البرامج الثابتة في  flash ROM للجهاز بينما ROM هي “ذاكرة للقراءة فقط” ، يمكن محو flash ROM وإعادة كتابتها لأنها في الواقع نوع من ذاكرة فلاش.

يمكن اعتبار البرنامج الثابت على أنه “شبه دائم” لأنه يظل كما هو ما لم يتم تحديثه بواسطة محدث البرنامج الثابت وقد يحتاج إلى تحديث البرامج الثابتة لبعض الأجهزة ، مثل محركات الأقراص الثابتة وبطاقات الفيديو حتى تعمل مع نظام تشغيل جديد وغالبًا ما توفر الشركات المصنعة لمحركات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD تحديثات البرامج الثابتة التي تسمح لمحركات الأقراص بقراءة الوسائط بشكل أسرع وتقوم الشركات المصنعة أحيانًا بإصدار تحديثات للبرامج الثابتة تجعل أجهزتهم تعمل بكفاءة أكبر.

يمكن عادةً العثور على تحديثات البرامج الثابتة بالانتقال إلى منطقة “الدعم” أو “التنزيلات” في موقع ويب الشركة المصنعة وغالبًا ما لا يكون تحديث البرامج الثابتة أمرًا ضروريًا ، لكنها لا تزال فكرة جيدة ويجب التأكد من أنه بمجرد بدء تشغيل برنامج تحديث البرامج الثابتة ، فإنه يتم ترك التحديث ينتهي ، لأن معظم الأجهزة لن تعمل إذا لم يتم التعرف على البرامج الثابتة الخاصة بها.

الفرق بين البرامج الثابتة(Firmware) ونظام التشغيل(Operating System)

فيما يلي الاختلافات الرئيسية بين البرنامج الثابت ونظام التشغيل:

البرامج الثابتة(Firmware)

1- تعريف البرنامج الثابت: البرنامج الثابت هو أحد أنواع البرمجة المضمنة في شريحة بالجهاز والتي تتحكم في هذا الجهاز المحدد.

2- البرامج الثابتة هي برامج تم ترميزها بواسطة تصنيع IC أو شيء من هذا القبيل ولا يمكن تغييرها.

3- يتم تخزينه على ذاكرة غير متطايرة.

نظام التشغيل(Operating System)

1- تعريف نظام التشغيل: يوفر نظام التشغيل وظائف تفوق تلك التي توفرها البرامج الثابتة.

2- نظام التشغيل هو برنامج يمكن للمستخدم تثبيته ويمكن تغييره.

3- يتم تخزين نظام التشغيل على القرص الصلب.

الفرق بين نظام التشغيل نواة(Kernel) 32 بت و 64 بت

فيما يلي الاختلافات الرئيسية بين نظام التشغيل 32 بت و 64 بت:

نواة 32 بت

1- الهندسة المعمارية والبرمجيات: تسمح بمعالجة بيانات 32 بت في وقت واحد باستمرار.

2- التوافق: تتطلب تطبيقات 32 بت نظام تشغيل 32 بت ووحدات معالجة مركزية.

3- الأنظمة المتاحة : جميع إصدارات Windows 8 و Windows 7 و Windows Vista و Windows XP و Linux وما إلى ذلك.

4- حدود الذاكرة: أنظمة 32 بت محدودة بـ 3.2 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي.

نواة 64 بت

1- الهندسة المعمارية والبرمجيات:السماح بمعالجة بيانات 64 بت في وقت واحد باستمرار.

2- التوافق: تتطلب تطبيقات 64 بت نظام تشغيل 64 بت ووحدة معالجة مركزية.

3- الأنظمة المتاحة : Windows XP Professional و Vista و 7 و Mac OS X و Linux.

4- حدود الذاكرة: تسمح أنظمة 64 بت بحد أقصى 17 مليار جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي.

مكونات نظام التشغيل

نظام التشغيل هو نظام كبير ومعقد لا يمكن إنشاؤه إلا من خلال التقسيم إلى أجزاء صغيرة ويجب أن تكون هذه الأجزاء جزءًا محددًا جيدًا من النظام ، والذي يحدد المدخلات والمخرجات والوظائف بعناية وعلى الرغم من أن أنظمة التشغيل Mac و Unix و Linux و Windows وأنظمة التشغيل الأخرى لا تمتلك نفس البنية ، إلا أن معظم أنظمة التشغيل تشترك في مكونات نظام تشغيل مماثلة مثل إدارة الملفات والمعالجة والذاكرة وإدارة جهاز الإدخال / الإخراج.

1- إدارة الملفات(File Management)

الملف عبارة عن مجموعة من المعلومات ذات الصلة التي يجب أن يحددها منشئها ويمثل بشكل عام البرامج ، سواء المصدر أو الكائن ، والبيانات. يمكن أن تكون ملفات البيانات رقمية أو أبجدية أو أبجدية رقمية.

وظيفة إدارة الملفات في نظام التشغيل:

• إنشاء الملفات والدليل(directory) وحذفها.
• لمعالجة الملفات والدلائل.
• تعيين الملفات على التخزين الثانوي.
• ملفات النسخ الاحتياطي على وسائط تخزين مستقرة.

2- إدارة العمليات(Process Management)

مكون إدارة العملية هو إجراء لإدارة العديد من العمليات التي تعمل في وقت واحد على نظام التشغيل ويحتوي كل برنامج تطبيق برمجي على عملية واحدة أو أكثر مرتبطة بها عند تشغيلها.

على سبيل المثال ، عند استخدام متصفحًا مثل Google Chrome ، فهناك عملية قيد التشغيل لبرنامج المتصفح هذا ويحتوي نظام التشغيل أيضًا على العديد من العمليات الجارية ، والتي تؤدي وظائف مختلفة.

يجب أن تدار كل هذه العمليات من قبل إدارة العمليات ، والتي تحافظ على سير العمليات بكفاءة كما أنه يستخدم الذاكرة المخصصة لهم ويغلقهم عند الحاجة.

يجب أن يكون تنفيذ العملية متسلسلاً ، لذا يجب تنفيذ تعليمات واحدة على الأقل نيابة عن العملية.

وظائف إدارة العمليات في نظام التشغيل:

• إنشاء العملية وحذفها.
• التعليق والاستئناف.
• عملية التزامن.
• عملية التواصل.

3- إدارة جهاز الإدخال / الإخراج(I/O Device Management)

أحد الاستخدامات المهمة لنظام التشغيل الذي يساعد على إخفاء الأشكال المختلفة لأجهزة معينة عن المستخدم.

وظائف إدارة الإدخال / الإخراج في نظام التشغيل:

• يوفر نظام التخزين المؤقت. 
• يوفر رمز برنامج تشغيل الجهاز العام.
• يوفر برامج تشغيل لأجهزة معينة.
• تساعد I / O على معرفة السمات الفردية لجهاز معين.

4- إدارة الشبكة(Network Management)

إدارة الشبكة هي عملية إدارة شبكات الكمبيوتر ويشمل إدارة الأداء ، وتحليل الأخطاء ، وتوفير الشبكات ، والحفاظ على جودة الخدمة.

النظام الموزع عبارة عن مجموعة من أجهزة الكمبيوتر / المعالجات التي لا تشترك أبدًا في الذاكرة أو الساعة وفي هذا النوع من النظام ، تمتلك جميع المعالجات ذاكرتها المحلية ، وتتواصل المعالجات مع بعضها البعض باستخدام خطوط اتصال مختلفة ، مثل الألياف الضوئية أو خطوط الهاتف.

يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر في الشبكة من خلال شبكة اتصالات يمكن تكوينها بعدة طرق مختلفة وبمساعدة إدارة الشبكة ، يمكن أن تكون الشبكة متصلة كليًا أو جزئيًا ، مما يساعد المستخدمين على تصميم استراتيجيات التوجيه والاتصال التي تتغلب على مشكلات الاتصال والأمان.

وظائف إدارة الشبكة:

• تساعد الأنظمة الموزعة على تنويع موارد الحوسبة المختلفة من حيث الحجم والوظيفة وقد تشمل المعالجات الدقيقة وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة والعديد من أنظمة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة.
• يوفر النظام الموزع أيضًا وصول المستخدم إلى الموارد المختلفة التي تشاركها الشبكة.
• يساعد في الوصول إلى الموارد المشتركة التي تساعد في الحساب لتسريع أو توفير البيانات والموثوقية.

5- إدارة الذاكرة الرئيسية(Main Memory management)

الذاكرة الرئيسية هي مجموعة كبيرة من وحدات التخزين أو البايت ، والتي لها عنوان وتتم عملية إدارة الذاكرة باستخدام سلسلة من عمليات القراءة أو الكتابة لعناوين ذاكرة محددة.

من أجل تنفيذ برنامج ، يجب تعيينه إلى عناوين مطلقة وتحميله داخل الذاكرة ويعتمد اختيار طريقة إدارة الذاكرة على عدة عوامل ومع ذلك ، فهو يعتمد بشكل أساسي على تصميم أجهزة النظام وتتطلب كل خوارزمية دعم الأجهزة المقابلة وتوفر الذاكرة الرئيسية تخزينًا سريعًا يمكن الوصول إليه مباشرة بواسطة وحدة المعالجة المركزية حيث إنه مكلف ولديه سعة تخزين أقل ومع ذلك ، لكي يتم تنفيذ البرنامج ، يجب أن يكون في الذاكرة الرئيسية.

وظائف إدارة الذاكرة في نظام التشغيل:

• يساعد على تتبع الذاكرة الأساسية.
• يحدد الجزء الذي يستخدم منه ويحدد لمن يستخدم ،وما الجزء غير المستخدم.
• في نظام متعدد البرمجة ، يتخذ نظام التشغيل قرارًا بشأن العملية التي ستحصل على الذاكرة ومقدارها.
• يخصص الذاكرة عندما تطلب العملية.
• كما أنه يلغي تخصيص الذاكرة عندما لا تتطلب العملية أو يتم إنهاؤها.

6- إدارة التخزين الثانوي(Secondary-Storage Management)

أهم مهمة لنظام الكمبيوتر هي تنفيذ البرامج وتساعد هذه البرامج ، إلى جانب البيانات ، على الوصول إلى الذاكرة الرئيسية أثناء التنفيذ.

ذاكرة الكمبيوتر هذه صغيرة جدًا لتخزين جميع البيانات والبرامج بشكل دائم ويوفر نظام الكمبيوتر تخزينًا ثانويًا لعمل نسخة احتياطية من الذاكرة الرئيسية وتستخدم أجهزة الكمبيوتر الحديثة اليوم محركات الأقراص الصلبة / SSD كمخزن أساسي لكل من البرامج والبيانات ومع ذلك ، تعمل إدارة التخزين الثانوية أيضًا مع أجهزة التخزين ، مثل محرك أقراص USB المحمول ومحركات الأقراص المضغوطة / أقراص DVD.

برامج مثل assemblers, compilers يتم تخزينها على القرص حتى يتم تحميلها في الذاكرة ، ثم استخدام القرص كمصدر ووجهة للمعالجة.

وظائف إدارة التخزين الثانوي في نظام التشغيل:

• تخصيص التخزين.
• إدارة المساحة الحرة.
• جدولة القرص.

7- إدارة الأمن(Security Management)

يجب تأمين العمليات المختلفة في نظام التشغيل من أنشطة بعضها البعض لهذا الغرض ، يمكن استخدام آليات مختلفة للتأكد من أن تلك العمليات التي تريد تشغيل الملفات ووحدة المعالجة المركزية للذاكرة وموارد الأجهزة الأخرى يجب أن تحصل على التفويض المناسب من نظام التشغيل.

على سبيل المثال ، تساعد أجهزة عنونة الذاكرة على تأكيد إمكانية تنفيذ العملية داخل مساحة العنوان الخاصة بها ويضمن الوقت عدم سيطرة أي عملية على وحدة المعالجة المركزية دون التخلي عنها.

أخيرًا ، لا يُسمح لأي عملية بإجراء إدخال / إخراج خاص بها ، للحماية ، مما يساعد في الحفاظ على سلامة الأجهزة الطرفية المختلفة.

فيما يلي بعض الأنشطة المهمة الأخرى لنظام التشغيل:

1- لا يمكن لبرنامج المستخدم تنفيذ عمليات الإدخال / الإخراج مباشرة ويجب أن يوفر نظام التشغيل بعض الوسائط للقيام بذلك.

2- يتحقق نظام التشغيل من قدرة البرنامج على قراءة الملفات وكتابتها وإنشائها وحذفها.

3- يسهل نظام التشغيل تبادل المعلومات بين العمليات المنفذة على نفس الأنظمة أو أنظمة مختلفة.

4- تساعد مكونات نظام التشغيل على التأكد من الحصول على الحوسبة الصحيحة من خلال اكتشاف الأخطاء في وحدة المعالجة المركزية وأجهزة الذاكرة.

الخلاصة

1- OS (تعريف نظام التشغيل): نظام التشغيل هو برنامج يعمل كواجهة بين المستخدم النهائي وأجهزة الكمبيوتر.

2- الأنواع المختلفة من أنظمة التشغيل في الكمبيوتر والأجهزة الأخرى هي: نظام التشغيل الدفعي ، نظام التشغيل متعدد المهام / مشاركة الوقت ، نظام التشغيل متعدد المعالجة ، نظام التشغيل في الوقت الحقيقي ، نظام التشغيل الموزع ، نظام تشغيل الشبكة ونظام تشغيل الهاتف المحمول.

3- تم تطوير أنظمة تشغيل الكمبيوتر الشخصي لأول مرة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي لإدارة تخزين الشريط.

4- شرح عمل نظام التشغيل: يعمل نظام التشغيل كوسيط بين المستخدم والكمبيوتر ويساعد المستخدم على التواصل مع الكمبيوتر دون معرفة كيفية التحدث بلغة الكمبيوتر.

5- النواة(Kernel) هي المكون المركزي لأنظمة تشغيل الكمبيوتر والمهمة الوحيدة التي تؤديها النواة هي إدارة الاتصال بين البرنامج والأجهزة.

6- أكثر الأنوية شيوعًا هما Monolithic و MicroKernels.

7- نظام التشغيل هو نظام كبير ومعقد لا يمكن إنشاؤه إلا من خلال التقسيم إلى أجزاء صغيرة.

8- يشارك نظام التشغيل مختلف مكونات نظام التشغيل مثل الملفات ، وذاكرة العملية ، وإدارة جهاز الإدخال / الإخراج ، وما إلى ذلك.

9- الملف عبارة عن مجموعة من المعلومات ذات الصلة التي يجب أن يحددها منشئها.

10- مكون إدارة العملية هو إجراء لإدارة العديد من العمليات التي تعمل في وقت واحد على نظام التشغيل.

11- تعد إدارة جهاز الإدخال / الإخراج أحد الاستخدامات المهمة لنظام التشغيل الذي يساعد على إخفاء الأشكال المختلفة لأجهزة معينة عن المستخدم.

12- إدارة الشبكة هي عملية إدارة شبكات الكمبيوتر وتنظيمها.

13- تتم عملية إدارة الذاكرة باستخدام سلسلة من عمليات القراءة أو الكتابة لعناوين ذاكرة معينة.

14- إدارة التخزين الثانوي ، أهم مهمة لنظام الكمبيوتر ، هي تنفيذ البرامج.

15- تتضمن إدارة الأمن عمليات مختلفة في نظام التشغيل تحتاج إلى تأمينها من أنشطة بعضها البعض.

16- يتحقق نظام التشغيل من قدرة البرنامج على قراءة الملفات وكتابتها وإنشائها وحذفها.

الخاتمة

وفى نهاية هذه المقالة، أود أن أشكر كل من ساعدني بفكرة في إنجاز هذه المقالة، والذي يعلم الله كم المجهود الذي بذل فيها، كما ُأريد أن أشكر كل القراء على حُسن متابعتهم، سائلاً المولى عز وجل أن أكون وُفقت في توصيل الهدف من المقالة، ولأن مقالتنا اليوم كانت مليئة بالمعلومات القيمة التي لا تنتهي فنحن على موعد في لقاء اخر ومقاله جديده.. واتمنى ان اكون قد اجبتكم على كل اسئلتكم في مقاله اليوم وهي “كل ما تريد معرفته عن نظام التشغيل” والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.