نظرة عامة على أنظمة التشغيل 2022
المقدمة
أنظمة التشغيل عنوان قد يكون تطرق إلى مسامعنا كثيرا وخصوصا وأن حياتنا أصبحت لا تخلو من التكنولوجيا المتطورة ومع هذه التكنولوجيا تواجد مصطلحات قد لا تكون مألوفة بالنسبة لنا ومن ضمن تلك المصطلحات هو نظام التشغيل الذى يعد أهم البرامج التي يتم تشغيلها على جهاز الكمبيوتر ويدير ذاكرة الكمبيوتر وعملياته ، بالإضافة إلى جميع برامجه وأجهزته وكما يسمح للشخص بالتواصل مع الكمبيوتر دون معرفة كيفية التحدث بلغة الكمبيوتر ويكون الكمبيوتر عديم الفائدة بدون نظام تشغيل.
تاريخ أنظمة التشغيل
1- تم تطوير أنظمة التشغيل لأول مرة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي لإدارة تخزين الشريط حيث قام مختبر أبحاث جنرال موتورز بتطبيق أول نظام تشغيل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي لجهاز IBM 701 وفي منتصف الستينيات ، بدأت أنظمة التشغيل في استخدام الأقراص.
2- في أواخر الستينيات ، تم تطوير الإصدار الأول من نظام التشغيل Unix OS.
3- كان أول نظام تشغيل تم إنشاؤه بواسطة Microsoft هو DOS وتم بناؤه في عام 1981 من خلال شراء برنامج 86-DOS من شركة في سياتل.
4- ظهر نظام التشغيل Windows الشهير حاليًا لأول مرة في عام 1985 عندما تم إنشاء واجهة المستخدم الرسومية وإقرانها مع MS-DOS.
5- أول نظام تشغيل تطوره أبل عام 1984 لأجهزة ماكنتوش والتي انطلقت في نفس العام، لم يحتوي النظام على سطر الأوامر المعتاد في أنظمة التشغيل وقتها، ولكن يعد أول نظام يحتوي على واجهة المستخدم الرسومية، كما أحتوى النظام على برامج تجارية فقط.
6- عام 1991 تم إطلاق نظام تشغيل لينكس فعال مع بعض التطبيقات رسميا وكانت هذه بداية واحدة من أكثر خيارات نظام التشغيل المتوفرة والمحببة لدى الكثير والمتاحة اليوم .
وظيفة نظام التشغيل(Operating System(OS))
1- يدير نظام تشغيل الكمبيوتر جميع البرامج والأجهزة الموجودة على الكمبيوتر حيث أنه في معظم الأوقات ، هناك العديد من برامج الكمبيوتر المختلفة التي تعمل في نفس الوقت ، وتحتاج جميعها إلى الوصول إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة والتخزين بجهاز الكمبيوتر وينسق نظام التشغيل كل هذا للتأكد من حصول كل برنامج على ما يحتاجه.
2- تستفيد برامج التطبيقات من نظام التشغيل من خلال تقديم طلبات الخدمات من خلال واجهة برنامج التطبيق (application program interface(API) وبالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمستخدمين التفاعل مباشرة مع نظام التشغيل من خلال واجهة مستخدم ، مثل واجهة سطر الأوامر (CLI) أو واجهة المستخدم الرسومية (GUI).
3- طالما أن كل تطبيق يصل إلى نفس الموارد والخدمات بنفس الطريقة ، يمكن لبرنامج النظام – نظام التشغيل – خدمة أي عدد من التطبيقات تقريبًا وهذا يقلل بشكل كبير من مقدار الوقت والتشفير المطلوب لتطوير وتصحيح تطبيق ما ، مع ضمان قدرة المستخدمين على التحكم في أجهزة النظام وتكوينها وإدارتها من خلال واجهة مشتركة ومفهومة جيدًا.
4- في نظام التشغيل متعدد المهام ، يمكن تشغيل عدة برامج في نفس الوقت ، ويحدد نظام التشغيل التطبيقات التي يجب تشغيلها في أي ترتيب وكم من الوقت يجب السماح به لكل تطبيق قبل إعطاء دور لتطبيق آخر.
5- يتعامل مع الإدخال / الإخراج (I / O) من وإلى الأجهزة المتصلة ، مثل الأقراص الثابتة والطابعات ومنافذ الطلب الهاتفي.
6- يرسل رسائل إلى كل تطبيق أو مستخدم تفاعلي – أو إلى مشغل النظام – حول حالة العملية وأي أخطاء قد تكون حدثت.
7- يمكنه إلغاء تحميل إدارة المهام المجمعة – على سبيل المثال ، الطباعة – بحيث يتم تحرير تطبيق البدء من هذا العمل.
8- على أجهزة الكمبيوتر التي يمكن أن توفر معالجة متوازية ، يمكن لنظام التشغيل إدارة كيفية تقسيم البرنامج بحيث يعمل على أكثر من معالج في وقت واحد.
9- نظام التشغيل مسؤول عن تحديد الطابعة الصحيحة وتثبيت برامج تشغيل الطابعة المناسبة بحيث يحتاج التطبيق فقط إلى إجراء مكالمات إلى الطابعة دون الحاجة إلى استخدام الرموز أو الأوامر الخاصة بتلك الطابعة – هذه هي مهمة نظام التشغيل حيث أن الوضع مشابه للأجهزة الأخرى ، مثل منافذ USB ؛ ومنافذ شبكات أجهزة الرسومات مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ؛ وشرائح اللوحة الأم وأجهزة التخزين مثل محولات أقراص (SCSI (SAS) التسلسلية المرفقة والأقراص المهيأة بنظام ملفات مناسب.
10- يقوم نظام التشغيل بتحديد وتكوين الأجهزة المادية والمنطقية للخدمة وعادةً ما يسجلها في بنية موحدة ، مثل سجل Windows.
11- تقوم الشركات المصنّعة للأجهزة بتصحيح برامج التشغيل وتحديثها بشكل دوري ، ويجب على نظام التشغيل تحديثها لضمان أفضل أداء وأمان للجهاز وعند استبدال الأجهزة ، يقوم نظام التشغيل أيضًا بتثبيت برامج تشغيل جديدة وتكوينها.
أنواع أنظمة التشغيل (OS)
فيما يلي الأنواع الشائعة لأنظمة التشغيل (نظام التشغيل):
1- نظام التشغيل الدفعي(Batch Operating System).
2- نظام تشغيل تقاسم الوقت/تعدد المهام(Multitasking/Time Sharing OS).
3- نظام تشغيل متعدد المعالجات(Multiprocessing OS).
4- نظام التشغيل في الوقت الحقيقي(Real Time OS).
5- نظام التشغيل الموزع(Distributed OS).
6- نظام تشغيل الشبكة(Network OS).
7- نظام تشغيل الهاتف المحمول(Mobile OS).
أنظمة التشغيل الشائعة
عادةً ما يتم تحميل أنظمة التشغيل مسبقًا على أي جهاز كمبيوتر يتم شراءه ويستخدم معظم الأشخاص نظام التشغيل الذي يأتي مع أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ، ولكن من الممكن ترقية أنظمة التشغيل أو حتى تغييرها. أنظمة التشغيل الثلاثة الأكثر شيوعًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية هي Microsoft Windows و macOS و Linux.
تستخدم أنظمة التشغيل الحديثة واجهة مستخدم رسومية أو GUI (تُنطق gooey) وتتيح واجهة المستخدم الرسومية استخدام الماوس للنقر فوق الرموز والأزرار والقوائم ، ويتم عرض كل شيء بوضوح على الشاشة باستخدام مجموعة من الرسومات والنصوص.
كل واجهة مستخدم رسومية (GUI) لكل نظام تشغيل لها شكل ومظهر مختلفان ، لذلك إذا قام الشخص بالتبديل إلى نظام تشغيل مختلف ، فقد يبدو الأمر غير مألوف في البداية. ومع ذلك ، تم تصميم أنظمة التشغيل الحديثة لتكون سهلة الاستخدام ، ومعظم المبادئ الأساسية هي نفسها.
مايكروسوفت ويندوز(Microsoft Windows)
أنشأت Microsoft نظام التشغيل Windows في منتصف الثمانينيات ويوجد العديد من الإصدارات المختلفة من Windows ، ولكن أحدثها هو Windows 11 2021 هو Windows 10 2015 و Windows 8 2012 و Windows 7 2009 و Windows Vista 2007 ويأتي Windows محملاً مسبقًا على معظم أجهزة الكمبيوتر الجديدة، مما يساعد على جعله أكثر أنظمة التشغيل شيوعًا في العالم.
ماكنتوش(macOS)
macOS (المعروف سابقًا باسم OS X) عبارة عن مجموعة من أنظمة التشغيل التي أنشأتها Apple ويأتي محملاً مسبقًا على جميع أجهزة كمبيوتر Macintosh أو Mac وتتضمن بعض الإصدارات المحددة Mojave 2018 و High Sierra 2017 و Sierra 2016.
يمثل مستخدمو macOS أقل من 10٪ من أنظمة التشغيل العالمية وأقل بكثير من النسبة المئوية لمستخدمي Windows (أكثر من 80٪) وأحد أسباب ذلك هو أن أجهزة كمبيوتر Apple تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة ومع ذلك ، يفضل العديد من الأشخاص شكل ومظهر macOS على نظام Windows.
لينكس(Linux)
Linux (تُنطق LINN-ux) هي عائلة من أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر ، مما يعني أنه يمكن تعديلها وتوزيعها من قبل أي شخص في جميع أنحاء العالم ويختلف هذا عن البرامج الاحتكارية مثل Windows ، والتي لا يمكن تعديلها إلا من قبل الشركة التي تمتلكها وتتمثل مزايا Linux في أنه مجاني ، وهناك العديد من التوزيعات أو الإصدارات التي يمكنك الاختيار من بينها.
مستخدمي Linux يمثلون أقل من 2 ٪ من أنظمة التشغيل العالمية ومع ذلك ، فإن معظم الخوادم تعمل بنظام Linux لأنه من السهل نسبيًا تعديله.
أنظمة التشغيل للأجهزة المحمولة
تم تصميم أنظمة التشغيل التي تحدثنا عنها حتى الآن تعمل على أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة وتختلف الأجهزة المحمولة مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر اللوحية ومشغلات MP3 عن أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة، لذا فهي تشغل أنظمة تشغيل مصممة خصيصًا للأجهزة المحمولة وتتضمن أمثلة أنظمة التشغيل للأجهزة المحمولة Apple iOS و Google Android.
أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة بشكل عام ليست مميزة تمامًا مثل تلك المصممة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة ، ولا يمكنها تشغيل جميع البرامج نفسها ومع ذلك ، لا يزال بإمكان الشخص القيام بالكثير من الأشياء معهم ، مثل مشاهدة الأفلام وتصفح الويب وإدارة التقويم وممارسة الألعاب.
نظام تشغيل مضمن(Embedded operating system)
ليست كل أجهزة الحوسبة ذات أغراض عامة. مجموعة كبيرة من الأجهزة المخصصة – بما في ذلك المساعدين الرقميين المنزليين ، وأجهزة الصراف الآلي (ATM) ، وأنظمة الطائرات ، ومحطات نقاط البيع بالتجزئة (POS) وأجهزة إنترنت الأشياء (IoT) – تشمل أجهزة الكمبيوتر التي تتطلب نظام تشغيل. يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن جهاز الحوسبة المرتبط به يقوم بشيء رئيسي واحد فقط ، لذلك يتم تجريد نظام التشغيل بشكل كبير ومخصص لكل من الأداء والمرونة. يجب أن يعمل نظام التشغيل بسرعة ، لا أن يتعطل ،
وأن يتعامل مع جميع الأخطاء بأمان من أجل مواصلة العمل في جميع الظروف. في معظم الحالات ، يتم توفير نظام التشغيل على شريحة مدمجة في الجهاز الفعلي. على سبيل المثال ، سيستخدم الجهاز الطبي المستخدم في معدات دعم حياة المريض نظام تشغيل مضمنًا يجب أن يعمل بشكل موثوق من أجل الحفاظ على حياة المريض. Linux المضمن هو أحد الأمثلة على نظام التشغيل المضمن.
نظام تشغيل الشبكة(Network operating system)
نظام تشغيل الشبكة (NOS) هو نظام تشغيل متخصص آخر يهدف إلى تسهيل الاتصال بين الأجهزة العاملة على شبكة المنطقة المحلية (LAN). يوفر NOS حزمة الاتصالات اللازمة لفهم بروتوكولات الشبكة من أجل إنشاء حزم الشبكة وتبادلها وتحليلها. اليوم ، أصبح مفهوم NOS المتخصص قديمًا إلى حد كبير لأن أنواع أنظمة التشغيل الأخرى تتعامل إلى حد كبير مع اتصالات الشبكة. Windows 10 و Windows Server 2019 ، على سبيل المثال ، يشتملان على إمكانات شاملة للشبكات. لا يزال مفهوم NOS مستخدمًا لبعض أجهزة الشبكات ، مثل أجهزة التوجيه والمحولات والجدران النارية ، وقد تستخدمها الشركات المصنعة NOSes مسجلة الملكية ، بما في ذلك نظام تشغيل (Cisco Internetwork (IOS) و RouterOS و ZyNOS.
نظام تشغيل في الوقت الحقيقي(Real-time operating system)
عندما يجب أن يتفاعل جهاز الكمبيوتر مع العالم الحقيقي ضمن قيود زمنية ثابتة وقابلة للتكرار ، فقد تختار الشركة المصنعة للجهاز استخدام نظام تشغيل في الوقت الفعلي (RTOS). على سبيل المثال ، قد يوجه نظام التحكم الصناعي عمليات مصنع مترامي الأطراف أو محطة طاقة وسينتج مثل هذا المرفق إشارات من عدد لا يحصى من أجهزة الاستشعار ، كما يرسل إشارات لتشغيل الصمامات والمشغلات والمحركات وعدد لا يحصى من الأجهزة الأخرى وفي هذه الحالات ،
يجب أن يستجيب نظام التحكم الصناعي بسرعة وبشكل متوقع لظروف العالم الحقيقي المتغيرة – وإلا فقد تحدث كارثة ويجب أن يعمل نظام RTOS بدون تخزين مؤقت ، ومعالجة زمن الوصول ، وتأخيرات أخرى ، وهي مقبولة تمامًا في الأنواع الأخرى من أنظمة التشغيل. من أمثلة أنظمة التشغيل RTOS: FreeRTOS و VxWorks.
الاختلافات بين أنواع أنظمة التشغيل ليست مطلقة ، ويمكن لبعض أنظمة التشغيل مشاركة خصائص أنظمة تشغيل أخرى. على سبيل المثال ، تتضمن أنظمة التشغيل ذات الأغراض العامة بشكل روتيني إمكانات الشبكات الموجودة في NOS التقليدية. وبالمثل ، يشتمل نظام التشغيل المضمن عادةً على سمات RTOS ، بينما لا يزال بإمكان نظام التشغيل المحمول تشغيل العديد من التطبيقات في نفس الوقت مثل أنظمة التشغيل الأخرى ذات الأغراض العامة.
مميزات أنظمة التشغيل (OS)
فيما يلي قائمة بالمميزات المهمة لنظام التشغيل:
1- إدارة العمليات: تساعد إدارة العمليات نظام التشغيل على إنشاء العمليات وحذفها وكما يوفر آليات للتزامن والاتصال بين العمليات.
2- إدارة الذاكرة: تؤدي وحدة إدارة الذاكرة مهمة تخصيص مساحة الذاكرة وإلغاء تخصيصها للبرامج التي تحتاج إلى هذه الموارد.
3- إدارة الملفات: يدير جميع الأنشطة المتعلقة بالملفات مثل تخزين المنظمة ، والاسترجاع ، والتسمية ، والمشاركة ، وحماية الملفات.
4- إدارة الجهاز: تحتفظ إدارة الجهاز بتتبع جميع الأجهزة وتُعرف هذه الوحدة المسؤولة أيضًا عن هذه المهمة باسم وحدة تحكم الإدخال / الإخراج وكما أنه يؤدي مهمة تخصيص الأجهزة وإلغاء تخصيصها.
5- إدارة نظام الإدخال / الإخراج: أحد الأشياء الرئيسية لأي نظام تشغيل هو إخفاء خصائص تلك الأجهزة عن المستخدم.
6- إدارة التخزين الثانوي: تحتوي الأنظمة على عدة مستويات من التخزين والتي تشمل التخزين الأساسي والتخزين الثانوي والتخزين المؤقت ويجب تخزين التعليمات والبيانات في التخزين الأساسي أو ذاكرة التخزين المؤقت بحيث يمكن لبرنامج قيد التشغيل الرجوع إليها.
7- الأمان: تحمي وحدة الأمان بيانات ومعلومات نظام الكمبيوتر من تهديد البرامج الضارة والوصول المصرح به.
8- تفسير الأوامر: تقوم هذه الوحدة بتفسير الأوامر المقدمة من موارد النظام والتشغيل لمعالجة هذه الأوامر.
9- الشبكات: النظام الموزع هو مجموعة من المعالجات التي لا تشترك في الذاكرة أو الأجهزة أو الساعة وتتواصل المعالجات مع بعضها البعض عبر الشبكة.
10- محاسبة الوظيفة: تتبع الوقت والموارد المستخدمة من قبل مختلف الوظائف والمستخدمين.
11- إدارة الاتصالات: تنسيق وتعيين المجمعين والمترجمين الفوريين ومورد برمجيات آخر لمختلف مستخدمي أنظمة الكمبيوتر.
12- كشف الأخطاء ومعالجتها.
عيوب أنظمة التشغيل
1- في حالة حدوث أي مشكلة في نظام التشغيل ، فقد تفقد جميع المحتويات التي تم تخزينها في نظامك
2- يعد برنامج نظام التشغيل مكلفًا للغاية بالنسبة للمؤسسات الصغيرة الحجم مما يضيف عبئًا عليها مثال Windows.
3- إنه ليس آمنًا تمامًا حيث يمكن أن يحدث أى تهديد في أي وقت.
أنظمة التشغيل عنوان قد يكون تطرق إلى مسامعنا كثيرا وخصوصا وأن حياتنا أصبحت لا تخلو من التكنولوجيا المتطورة ومع هذه التكنولوجيا تواجد مصطلحات قد لا تكون مألوفة بالنسبة لنا
نقترح عليك أن تقرأ
المصادر
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 “نظرة عامة على أنظمة التشغيل” والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.
