استكشاف أنظمة التشغيل: أنواعها ووظائفها وأهميتها

أنظمة التشغيل

يُعرف نظام التشغيل (بالإنجليزيّة: Operating System) بأنه برنامج يُحمل على القرص الصلب لجهاز الحاسوب، مما يتيح للمستخدم إمكانية تشغيل التطبيقات والبرامج المختلفة. يتم تحميل هذا النظام بواسطة برنامج التمهيد (بالإنجليزيّة: boot program). تعتمد برامج التطبيقات على نظام التشغيل للحصول على الخدمات من خلال واجهة تطبيق البرنامج (بالإنجليزيّة: API)، أو يمكن للمستخدمين التفاعل معه مباشرة عبر واجهة المستخدم، سواءً من خلال سطر الأوامر (بالإنجليزيّة: command line) أو واجهة المستخدم الرسومية (بالإنجليزيّة: GUI). تجدر الإشارة إلى أن أغلب التطبيقات تُكتب خصيصاً لتعمل مع نظام التشغيل للاستفادة من المكتبات البرمجية (بالإنجليزيّة: libraries) المضمّنة، مما يجنب المطورين عناء القلق من تفاصيل المكونات المادية التي يديرها النظام ويعزز تواصلها بينهم.

مكوّنات أنظمة التشغيل

في البداية، كانت أجهزة الحاسوب قادرة فقط على تنفيذ برنامج واحد في وقت معين، إلا أن أنظمة التشغيل تطورت في الخمسينات لتسمح بتشغيل عدة برامج متزامنة، وذلك عن طريق إنشاء مكتبات مرتبطة معاً. تحتوي أنظمة التشغيل بشكل عام على العديد من المكونات والميزات المتنوعة، ولكن في الغالب تشمل هذه المكونات الأساسية الثلاثة:

• النواة (بالإنجليزيّة: Kernel): وهي المسؤولة عن التحكم الأساسي بجميع مكونات الأجهزة المادية، حيث تشمل مهامها الأساسية قراءة وكتابة البيانات من وإلى الذاكرة، تنفيذ الأوامر، وتحديد طرق استقبال وإرسال البيانات عبر الأجهزة مثل الشاشة ولوحة المفاتيح والفأرة، بالإضافة إلى تفسير البيانات المستلمة من الشبكة.
• واجهة المستخدم (بالإنجليزيّة: User Interface): وهي توفر للمستخدم وسيلة للتفاعل مع النظام من خلال الأيقونات الموجودة على سطح المكتب أو عبر سطر الأوامر.
• واجهة تطبيق البرنامج (بالإنجليزيّة: API): تتيح للمطورين كتابة الأكواد البرمجية بشكل وحدات (بالإنجليزيّة: modular code).

وظائف أنظمة التشغيل وخدماتها

• إدارة المكونات المادية (بالإنجليزيّة: Hardware) لجهاز الحاسوب، مثل:
  • وحدات الإدخال مثل لوحة المفاتيح والفأرة.
  • وحدات الإخراج مثل شاشة العرض والطابعة والماسح الضوئي.
  • أجهزة الشبكة مثل أجهزة المودم والراوتر ووسائل الاتصال الشبكي.
  • أجهزة التخزين مثل محركات الأقراص الداخلية والخارجية، بالإضافة إلى إدارة الذاكرة وتسهيل تنفيذ البرامج المثبّتة بكفاءة.
• تحديد الأولويات وتنسيق ترتيب ومدّة تشغيل التطبيقات المتعددة في أنظمة التشغيل التي تدعم المهام المتعددة.
• إرسال إشعارات لكل تطبيق أو مستخدم تفاعلي حول حالة التشغيل وأي أخطاء قد تطرأ خلال العملية.
• إلغاء المهام المتعددة مثل أوامر الطباعة، حتى لو كانت جاهزة للتنفيذ.
• توفير المعالجة المتوازية (بالإنجليزيّة: parallel processing)، حيث يعمل البرنامج على أكثر من معالج في وقت واحد.

تصنيفات أنظمة التشغيل

تنقسم أنظمة التشغيل إلى عدة أنواع رئيسية تشمل:

• متعددة المستخدمين (بالإنجليزيّة: Multi-user): تتيح لعدة مستخدمين تشغيل البرامج في نفس الوقت، وقد يصل عددهم إلى المئات أو الآلاف.
• متعددة المعالجة (بالإنجليزيّة: Multiprocessing): تدعم تشغيل البرامج على أكثر من معالج في وقت واحد.
• متعددة المهام (بالإنجليزيّة: Multitasking): تسمح بتشغيل عدة برامج أو تطبيقات في آن واحد.
• متعددة العمليات (بالإنجليزيّة: Multithreading): تسمح لأجزاء مختلفة من برنامج معين بالعمل بشكل متزامن.
• ذات الوقت اللحظي (بالإنجليزيّة: Real time): تستجيب المدخلات فوراً عند إدخالها.

الفرق بين نظام التشغيل التقليدي والمحمول

تُعتبر أنظمة تشغيل الأجهزة التقليدية شائعة ومعروفة على نطاق واسع لشريحة كبيرة من المستخدمين، حيث اُستخدمت لفترات طويلة وقد تم تحسينها وتطويرها على مدى العشرين إلى الثلاثين عاماً الماضية. خلال هذا الوقت، سيطرت بعض أنظمة التشغيل مثل ويندوز من شركة مايكروسوفت (بالإنجليزيّة: Microsoft Windows) وماك من شركة أبل (بالإنجليزيّة: Apple’s Mac) على السوق، كما ظهرت أنظمة تشغيل مفتوحة المصدر مثل لينيكس (بالإنجليزيّة: Linux) وفري بي أس دي (بالإنجليزيّة: FreeBSD) وجنو (بالإنجليزيّة: GNU).

لم تكن أنظمة تشغيل الحاسوب مصممة لدعم الشبكات اللاسلكية (بالإنجليزيّة: wireless networks) في البداية، بل كانت تعتمد كلياً على الأنظمة السلكية (بالإنجليزيّة: wired systems). كان تركيز المطورين والمهندسين على تفاصيل فنية عديدة، مثل بروتوكولات التمهيد (بالإنجليزيّة: boot protocols) ومعالجة العمليات المتعددة (بالإنجليزيّة: multiple process handling) وأداء وحدة المعالجة المركزية (بالإنجليزيّة: CPU operation).

أما أنظمة التشغيل المحمولة، فهي تطور حديث استند إلى أنظمة تشغيل الحواسيب، حيث يهتم المطورون باستيراد العناصر التقليدية من أنظمة التشغيل كقاعدة أساسية لبناء نظم جديدة، والتركيز على معالجة التحديات الحديثة، مثل التصميم المتجاوب (بالإنجليزيّة: responsive design) وتوافر الشبكات الثابتة (بالإنجليزيّة: consistent network access) وغيرها، بهدف توفير تطبيقات يمكن استخدامها في بيئات لاسلكية متنوعة.

أنظمة التشغيل التقليدية

تعد أنظمة التشغيل التقليدية الأكثر انتشاراً بين المستخدمين، ومن أشهرها:

• ويندوز: هو نظام تعمل به معظم أجهزة الحاسوب، حيث تقدمه شركة مايكروسوفت، ويتميز بإمكانياته مثل تعدد المهام وإدارة الذاكرة وواجهة المستخدم الرسومية ودعم الأجهزة الطرفية.
• ماك/ ماكنتوش: تُنتجه شركة أبل، ويتميز بواجهة مستخدم رسومية تحتوي على نوافذ وأيقونات.
• لينيكس: نظام تشغيل مفتوح المصدر تم تطويره بواسطة لينوس تورفالدس، ويعمل على مجموعة متنوعة من الأجهزة.

أنظمة التشغيل المحمولة

أنظمة التشغيل المحمولة هي منصات أساسية لتشغيل البرامج على الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، وتحدد الوظائف والميزات المتاحة للجهاز، بالإضافة إلى تزامن التطبيقات مع البريد الإلكتروني والرسائل النصية. من أبرز هذه الأنظمة:

• نظام تشغيل أندرويد (بالإنجليزيّة: Android): نظام مفتوح المصدر تطوره شركة جوجل، وهو مجاني للمستخدمين، ويشمل نظام تشغيل وبرامج وسيطة، مع تسميات إصدار مستوحاة من الحلوى.
• نظام تشغيل بادا (بالإنجليزيّة: Bada): نظام مغلق المصدر قدمته شركة سامسونج، يتميز بقدرته على عرض الرسومات ثلاثية الأبعاد وتنزيل التطبيقات.
• نظام تشغيل بلاك بيري (بالإنجليزيّة: BlackBerry): طورته شركة ري سيرتش إن موشن (بالإنجليزيّة: Research In Motion) لتشغيل أجهزة بلاك بيري، ويوفر مزامنة مع العديد من الخوادم.
• نظام تشغيل آيفون (بالإنجليزيّة: iOS): نظام خاص بأجهزة شركة أبل مثل آيفون وآيباد، وهو متجذر من نظام أبل ماك للحواسيب.
• نظام تشغيل مي جو (بالإنجليزيّة: MeeGo): صُمم للعمل على أجهزة متنوعة من الهواتف الذكية إلى الأجهزة اللوحية، وهو نتيجة دمج نظامي ميمو (بالإنجليزيّة: Maemo) ونظام موب لين (بالإنجليزيّة: Moblin).
• نظام تشغيل بالم (بالإنجليزيّة: Palm): أصدر في عام 1996 لتشغيل جهاز بايلوت 1000 (بالإنجليزيّة: Pilot 1000)، وتم تعزيز ميزاته في الإصدارات الحديثة لدعم المعالجات الجديدة وتحسين دقة الشاشة وتقنيات الاتصالات اللاسلكية.

فيديو بأي لغةٍ يتحدث؟

ما هي وسيلة التواصل بين جهاز الحاسوب والمستخدم؟ وما هي أشهر أنظمة التشغيل المستخدمة في الحواسيب والهواتف حول العالم؟