مفهوم نظام التشغيل
نظام التشغيل، والذي يُشار إليه اختصاراً بـ (Operating System أو OS)، يمثل مجموعة من البرمجيات الأساسية التي تعمل كحلقة وصل بين المستخدم وجهاز الكمبيوتر. يُعتبر نظام التشغيل المكون الرئيسي الذي يعنى بإدارة جهاز الكمبيوتر، حيث ينظم التفاعل بين المكونات المادية (Hardware) والبرمجيات (Software). يساهم النظام بشكل أساسي في تحسين عملية التواصل بين المستخدم وجهاز الكمبيوتر. وفيما يلي بعض التعريفات التي تفسر مفهوم نظام التشغيل:
- يتم تعريف نظام التشغيل على أنه مجموعة من البرامج الأساسية التي تدير عمليات جهاز الكمبيوتر، وتنظم المهام المختلفة، مما يسهل على المستخدم التعامل مع الأجهزة والملحقات المختلفة. كما يمكّن المستخدم من الاستفادة من برامج التطبيقات المتنوعة مثل برامج معالجة النصوص أو برامج الجداول الحسابية.
- يمكن أيضاً اعتبار نظام التشغيل بأنه البرنامج الرئيسي لأي جهاز حاسوب. فهو المسؤول عن تشغيل الجهاز بشكل صحيح وضمان تشغيل باقي التطبيقات بشكل فعال. عند بدء تشغيل الكمبيوتر، يقوم النظام بتحميل ملفات نظام التشغيل من القرص الصلب إلى الذاكرة، مما يمكن وحدة المعالجة المركزية (CPU) من تنفيذ الأوامر بسهولة دون الحاجة إلى معرفة تفاصيل العمليات المدارة داخل الكمبيوتر. يتطلب تطوير وصيانة نظام التشغيل مهارات عالية من قبل المبرمجين المخصصين لهذا المجال.
وظائف نظام التشغيل
تتباين مهام نظام التشغيل بحسب نوع الكمبيوتر؛ حيث تتطلب الأنظمة المعقدة مثل كبير الحواسيب، التي تحتاج إلى الاتصال بأجهزة أخرى أو السماح لعدة مستخدمين بالتفاعل في الوقت نفسه، أنظمة تشغيل قادرة على إدارة هذه التفاعلات. بينما تتمتع الحواسيب الشخصية بنظم تشغيل أكثر بساطة، حيث تتفاعل مع مستخدم واحد فقط وتقوم بعمليات أبسط.
تتضمن المهام الرئيسية لنظام التشغيل ما يلي:
- إدارة تدفق البيانات: يقوم نظام التشغيل بانسيابية إدارة البيانات والأوامر من وإلى مكونات الجهاز المختلفة.
- إدارة وحدات الإدخال والإخراج: يشمل ذلك التحكم في عملية إدخال البيانات من وحدات الإدخال مثل لوحة المفاتيح والفأرة، بالإضافة إلى مراقبة المعالجة وعرض النتائج على وحدات الإخراج مثل الشاشة أو الطابعة.
- تحديد الأعطال: عند حدوث أي خلل، يقوم النظام بتشغيل برمجيات خاصة لكشف الأعطال وتقديم تقرير بشأنها.
- إدارة الذاكرة الرئيسية: بعض أنظمة التشغيل لديها القدرة على تشغيل برامج متعددة في الوقت نفسه، حيث يقوم بتحويل الذاكرة الرئيسية لأكثر من مستخدم في حالة تواجدهم على نفس الجهاز.
- التواصل مع المستخدم: يُعتبر نظام التشغيل وسيلة الربط بين المستخدم والجهاز. فهو يسهل للمستخدم التعامل مع البرامج والأوامر عن طريق واجهات المستخدم.
- تحميل البرمجيات التطبيقية: تُساعد أنظمة التشغيل في نقل البرمجيات التطبيقية من وسائط التخزين إلى الذاكرة، ومن ثم إلى وحدة المعالجة المركزية لتنفيذها.
آلية عمل نظم التشغيل
يتبع نظام التشغيل سلسلة من المراحل لتنفيذ المهام المسندة إليه، وتتمثل هذه المراحل في:
- التشغيل: يبدأ نظام التشغيل بقراءة التعليمات المخزنة في الذاكرة الدائمة عند بدء تشغيل الكمبيوتر.
- الفحص: يتأكد نظام التشغيل من سلامة وحدات الإدخال والإخراج قبل الشروع في أي عملية.
- تحميل النظام: بعد التأكد من سلامة الوحدات، يقوم النظام بتحميله من الأقراص الضوئية أو الصلبة.
- استلام الأوامر: يقوم النظام بأخذ الأوامر من المستخدم لتنفيذها.
- تشغيل النظام: يلي ذلك عملية تنفيذ الأوامر من قبل النظام باستخدام البرمجيات المتاحة.
- إنهاء العملية وتكرارها: في نهاية كل عملية، يعود النظام إلى الحالة الأولى استعداداً لتلقي أوامر جديدة من المستخدم.
أنواع أنظمة التشغيل
تنقسم أنظمة التشغيل إلى عدة أنواع، يمكن توضيحها على النحو التالي:
أنظمة التشغيل بناءً على عدد البرامج
نظام التشغيل ينقسم من حيث إمكانيته في تشغيل أكثر من برنامج إلى قسمين رئيسيين:
- نظام متعدد المهام: يتيح للمستخدم العمل مع أكثر من برنامج في آن واحد.
- نظام أحادي المهام: يقيد المستخدم بالعمل على برنامج واحد في كل مرة.
أنظمة التشغيل بناءً على عدد المستخدمين
يمكن تقسيم أنظمة التشغيل وفقًا لعدد المستخدمين إلى نوعين:
- نظام متعدد المستخدمين: يتيح لمجموعة من المستخدمين العمل على نفس الجهاز في وقت واحد.
- نظام أحادي الاستخدام: يقتصر على مستخدم واحد فقط في أي وقت.
أنظمة التشغيل وفقًا لعدد المستخدمين والبرامج
استنادًا إلى ما سبق، يمكن تلخيص الأنواع المختلفة لنظم التشغيل كما يلي:
- نظام أحادي المستخدم وأحادي المهام: يسمح لمستخدم واحد بإنجاز مهمة واحدة فقط في الوقت نفسه. يُعتبر من أضعف الأنظمة، وكان مستخدمًا في الحواسيب القديمة مثل MS-DOS.
- نظام أحادي المستخدم ومتعدد المهام: شائع في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، يسمح بتنفيذ مهام متعددة من قبل مستخدم واحد، مثل Windows وMac.
- نظام متعدد المستخدمين وأحادي المهام: يسمح لمستخدمين متعددين للعمل على الجهاز، لكنه يقيد كل مستخدم بتنفيذ برنامج واحد فقط في نفس الوقت. يعتبر شائعًا في الخوادم.
- نظام متعدد المستخدمين ومتعدد المهام: يُعتبر من أقوى الأنظمة ويستخدم على أجهزة الحاسوب المركزي، حيث يمكن لمجموعة من المستخدمين أداء مهام مختلفة في ذات الوقت وكأنهم يعملون على جهاز خاص بهم.
إصدارات نظم التشغيل
من أبرز إصدارات أنظمة التشغيل:
نظام تشغيل ويندوز
نظام تشغيل ويندوز هو أحد أنظمة التشغيل المشهورة التي طورتها شركة مايكروسوفت، ويتميز بسهولة الاستخدام والواجهة الرسومية الجذابة. تشمل إصداراته Windows 95 وWindows 98 وWindows XP.
نظام تشغيل الدوس
نظام تشغيل الدوس، المعروف اختصاراً بـ DOS (Disk Operating System)، هو نظام وحيد المهام ظهر في عام 1981، وقد طورته شركة IBM. قامت مايكروسوفت لاحقاً بإصدار نسختها MS-DOS. يعتبر هذا النظام من نظم التشغيل الجيل الأول ومتوافق مع معالج INTEL.
نظام تشغيل الماكنتوش
نظام تشغيل الماكنتوش (MAC) الذي أنتجته شركة أبل، يعتبر رائد استخدام الواجهات الرسومية منذ عام 1984. يتميز النظام بسهولة الاستخدام، ويتناسب مع التطبيقات الشائعة ولكنه أقل شيوعًا مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الشخصية المتوافقة مع IBM.
نظام تشغيل اليونكس
نظام تشغيل اليونكس، الذي تم تطويره من قبل شركة AT&T في عام 1969، يُستخدم غالباً في الخوادم. يقوم النظام بدعم مجموعة واسعة من الأوامر والتطبيقات ويسمح بتعدد المهام، كما يقدم مستوى عالٍ من الأمان للبيانات. يتواجد نظام لينكس كأحد أنظمة التشغيل المشتقة من اليونكس.
خاصية استدعاء نظام التشغيل
تشير خاصية استدعاء نظام التشغيل إلى الطريقة التي يتفاعل بها البرنامج مع حاسوبك عن طريق طلب خدمة من نظام التشغيل المتواجد. تُتيح هذه الخاصية للبرامج أن تطلب مجموعة متنوعة من الخدمات من نظام التشغيل، من خلال استدعاء سلاسل من الأوامر التي تستجيب بما يلزم. يمكن كتابة استدعاء النظام باستخدام لغات برمجة مختلفة مثل C أو Pascal، وتحتاج بعض السيناريوهات إلى استدعاء النظام لأغراض مثل إنشاء أو حذف الملفات، قراءة أو كتابة محتويات الملفات، أو الوصول للأجهزة المتصلة مثل الطابعات وماسحات الصور.
هل تعرف ما هي لغة التواصل المستخدمة؟
ما هو الوسيط الذي يربط بين جهاز الكمبيوتر والمستخدم؟ وما هي أشهر أنظمة التشغيل المستخدمة عالميًا؟
يُعتبر نظام التشغيل الأداة الرئيسية التي تدير عمليات الكمبيوتر، حيث يُسهل العديد من الوظائف بناءً على نوع الجهاز. يمكن أن يستخدم في إدارة تدفق البيانات، مراقبة إدخال وإخراج المعلومات، وكشف الأعطال، وذلك وفقًا لنموذج عمل محدد. يتم تصنيف أنظمة التشغيل وفقًا لعدد المستخدمين وعدد البرامج، وتوجد إصدارات عديدة تتبع شركات عالمية متنوعة قد ظهرت مؤخرًا، كما يتمتع نظام التشغيل بخاصية استدعائه.