الأربعاء، 20 نوفمبر، 2013

نظام التشغيل



نظام التشغيلOperating System
أشهر وأهم برمجيات النظام.
المعالج يمثل نواة أو مركز نظام الحاسب.
نظام التشغيل يمثل نواة أو مركز البرمجيات.
هو برنامج وسيط بين المستخدم ومكونات الحاسب المختلفة.
يتكون من مجموعة برامج تسيطر على عمليات وحدة المعالجة المركزية والتحكم في موارد الحاسب وملحقاته مثل أجهزة الإدخال والإخراج والذاكرة.
نظام التشغيل يقلل مقدرا التدخل البشري أثناء التشغيل إلى الحد الأدنى.
أحد برامج نظام التشغيل الهامة يسمى النواة Kernel تقوم بتحميل بقية نظام التشغيل والبرمجيات في الذاكرة عند الحاجة
عند تشغيل الحاسب في البداية تحمل هذه النواة أتوماتيكيا في الذاكرة وتستقر هناك طوال فترة التشغيل

الأهداف الرئيسية لتصميم نظام التشغيل
الاستخدام الأمثل للمكونات المادية.
تسهيل استخدام موارد الحاسب.


مهام نظام التشغيل
1- المواجهة مع المستخدم
ينظم أسلوب المواجهة مع المستخدم بسهولة ويسر.
يهيئ بيئة تشغيل متكاملة تسهل عملية التفاعل والتبادل بين المستخدم والحاسب.
2- التحكم في مسار البيانات
يقوم بنقل البيانات داخل الحاسب من وحدة إلى أخرى.
ينظم عمليات حفظ البيانات والبرامج.
يحتفظ بمعلومات عن حجم البيانات وأماكن حفظها.
3- تحميل البرامج التطبيقية
يقوم بنقل البرامج التطبيقية من وسائط التخزين إلى الذاكرة الرئيسية ثم إلى وحدة المعالجة لتنفيذها.
يقوم بإزالة البرامج من الذاكرة الرئيسية لتحميل برامج أخرى.
4- التحكم في وحدة الذاكرة الرئيسية
يقوم بتوزيع الذاكرة الرئيسية على أكثر من برنامج أو أكثر من مستخدم.
5- التحكم في وحدات الإدخال والإخراج
التحكم في إدخال البيانات عن طريق وحدات الإدخال.
التحكم في عرض المعلومات عن طريق وحدات الإخراج.
6- اكتشاف الأعطال
يقوم النظام بتشغيل سلسلة من البرامج الخاصة باكتشاف الأعطال عند حدوث عطل.
يخبر المستخدم بأي خطأ يطرأ إثناء التشغيل.
7- تنفيذ العمليات
وضع الأولويات لتنفيذ المهام.
تقليل زمن التنفيذ للأوامر.


كيف يعمل نظام تشغيل الحاسب
1- قراءة وتنفيذ التعليمات والأوامر المختزنة في ذاكرة ROM
2- فحص وحدات الحاسب للتأكد من سلامتها.

 
 
 
 



3- تحميل نظام التشغيل من القرص اللين أو الضوئي أو الثابت.
4- استلام أوامر مستخدم الجهاز وتنفيذها.


5- تحميل البرامج التطبيقية وتنفيذ تعليماتها.
6- العودة إلى نظام التشغيل وانتظار أوامر المستخدم.
7- تكرار الخطوات بدءا من 4.
 
تطور برمجيات نظم التشغيل Software Evolution
1- نظام التشغيل الدفعي Batch Systems
لا يملك المستخدم أي سيطرة أو تدخل مع النظام فالكروت المثقبة يتم تشغيلها عن طريق المشغل Operator
إذا تم تنفيذ البرامج بنجاح ترسل النتائج إلى المبرمج وإلا فإن قائمة بالأخطاء تطبع وترسل إليه.
كانت نظم التشغيل خلال هذه الفترة بسيطة للغاية .. كل ما كانت تقوم به هو أن تطمئن إلى أن كل الموارد تنقل من تشغيلة إلى التشغيلة التي تليها .
2- نظام التشغيل بالمشاركة الزمنية Time Sharing Systems
من أجل الاستغلال الأمثل لموارد النظام ثم اقتراح البرمجة المتعددة.
تقوم الفكرة على أساس الاحتفاظ بعدة تشغيلات في الذاكرة وتخصص الموارد للتشغيلة التي تحتاجها في حالة توفر الموارد.
على سبيل المثال: عندما يستخدم برنامج ما وحدة إخراج/إدخال تكون وحدة المعالجة حرة ويمكن أن تستخدم من قبل برنامج آخر.
قامت البرمجة المتعددة على فكرة المشاركة الزمنية.
يمكن مشاركة الموارد بين العديد من التشغيلات بأن يخصص لكل مهمة جزء من الزمن تستخدم فيه الموارد.
نظرا لأن الحاسب أسرع كثيرا من الإنسان فإن نظام المشاركة الزمنية لا يشعر به المستخدم بل يبدد كما لو كان يستخدم الحاسب بمفرده.
أدى ذلك إلى تحسين كفاءة النظام ولكنه في الوقت نفسه تطلب نظام تشغيل أكثر تعقيدا.
لقد صار من الأمور المطلوب أن يقوم بها نظام التشغيل عملية الجدولة أي تخصيص الموارد لبرامج متعددة وتحديد أي البرامج سيستخدم أي الموارد ومتى.
خلال هذه الفترة تغيرت العلاقة بين المستخدم والحاسب.
لقد أصبح المستخدم الآن يتعامل مع الحاسب بشكل مباشر وبدون وسيط كالمشغل سابقا وظهر مصطلح جديد هو العملية Process
التشغيلة Job هي برنامج سيتم تنفيذه.
والعملية Process هي برنامج موجود في الذاكرة بالفعل وينتظر الموارد.
3- نظم التشغيل الشخصية Personal Systems
عندما ظهرت الحواسب الشخصية كانت هناك حاجة إلى نظم تشغيل لها.
ظهرت نظم التشغيل أحادية المستخدم Single-user OS مثل DOS
4- نظم التشغيل المتوازية Parallel Systems
أدت الحاجة إلى مزيد من السرعة والكفاءة في الأداء إلى ظهور النظم المتوازنة .
هي عبارة عن مجموعة CPU في نفس الآلة.
كل CPU يمكن أن يستخدم لتشغيل برنامج واحد أو جزء من برنامج.
هذا يعني أن عدة مهام يمكن أن تنجز بالتوازي بدلا من انتظارها على التوالي.
5- النظم الموزعة Distributed Systems
أوجد ظهور الشبكات بعدا آخر في نظم التشغيل.
التشغيلة التي كانت تنفذ سابقا كلها على حاسب واحد يمكن الآن أن يشارك في تنفيذها مجموعة حاسبات قد تبتعد عن بعضها آلاف الأميال.
قد يتم تنفيذ جزء من البرنامج على جهاز بينما ينفذ الجزء الآخر على جهاز مرتبط معه بشبكة مثل الانترنت.
بالإضافة إلى ذلك فإن الموارد أيضا قد توزع.
فالبرنامج يمكن أن يحتاج إلى ملفات موجودة في أماكن متعددة.
 
أشكال المواجهة لنظم التشغيل User Interface
 
المواجهة الخطية DOS

المواجهة الرسومية Windows
 
 
 
 
 
 

 
أنواع نظم التشغيل
 
أمثلة لنظم التشغيل
 
 

نظام DOS للحاسب الشخصى
يسمى نظام تشغيل الاسطوانة Disk Operating System (DOS)
ذو مواجهة خطية من إنتاج Microsoft في 1981
ارتبط بمعالجات Intel للحاسب الشخصى
نظام وحيد الاستخدام
يتكون من أوامر داخلية وأوامر خارجية
تحمل الأوامر الداخلية مباشرة في ذاكرة الحاسب ليكون جاهزا
تحمل الأوامر الخارجية فقط عند التخزين
نظام التشغيل OS/2
صمم خصيصا للحاسبات من نوع PS/2
من إنتاج IBM وشركة Microsoft
لم يلق القبول الكافي
يتميز بأنه من النوعية متعددة المهام Multi–tasking
نظام النوافذ Windows
أنتجته ميكروسوفت لتسهيل استخدام نظام DOS 
من أهم نظم تشغيل الحاسبات وأكثرها انتشارا
ذو واجهة رسومية من خلال نافذة عرض تحول البرمجيات إلى رسوم icons
يمكنه عرض أكثر من برنامج والتعامل معها في الوقت نفسه
في عام 1987 ظهر الإصدار الأول وكان يعمل في إطار DOS ويسمى Windows 3.1
في عام 1995 ظهر Win 95 لتسهيل التعامل مع الملفات والاتصال بالانترنت
في عام 1998 ظهر Win 98 احتوى متصفح لبرامج الويب من خلال احتوائها على Explorer .. يوفر الطاقة الكهربائية ويقصر زمن تحميل البرامج .. ويتعامل مع الشبكات المتطورة والأجهزة والملحقات الجديد
في عام 2000 ظهر Win ME ليشغل تطبيقات الوسائط المتعددة والألعاب .. ويسهل إنشاء شبكات منزلية .. واحتوى على تقنية نقل الصور بين الحاسب والماسح والكاميرا
في عام 2001 ظهر Win XP بواجهة استخدام جديدة ومبسطة تمكن عدد من المستخدمين من التشارك على جهاز واحد
مميزات نظام النوافذ Windows
1- التشغيل المتعدد للبرامج والتطبيقات أي متعدد المهام \
2- التشغيل باستخدام الفارة من خلال واجهة رسومية
3- إدارة الملفات بكفاءة (إظهارها ونسخها ونقلها وتغيير أسمائها)
4- توفر برامج مكتبية accessories مثل الآلة الحاسبة – المفكرة-الرسم – التقويم - الساعة – محرر النصوص
يعيبه بطء التشغيل ما لم تكن الذاكرة الرئيسية للجهاز كبيرة
نظام التشغيل Unix 
أقوى نظم التشغيل وأقربها إلى المثالية
أنتجته شركة AT&T عام 1969 لاستخدامه في الحاسبات المتوسطة
يتميز بتعدد المستخدمين والمهام Multi–tasking & Multi–user
يعتمد في تصميمه على تجزئة البرنامج إلى برامج جزئية منفصلة
هذا يسهل فصل أي برنامج فرعي واستبداله بآخر
يتميز بالاتي:
1- يمكن استخدامه مع جميع أنواع الحاسبات
2- مكتوب بلغة C وهي لغة برمجة قوية
3- يعمل على أنواع مختلفة من المعالجات
نظام التشغيل Linux
يشبه إلى حد ما نظام Unix
من البرامج مفتوحة المصدر بحيث يمكن التعديل فيه وإضافة تعليمات أخرى
 نظام التشغيل أبل ماكنتوش MAC-OS
مطور من قبل شركة أبل ماكنتوش Apple Macintosh ومخصص لأجهزتها
أول نظام تشغيل يستخدم بيئة رسومية للتخاطب مع المستخدم بالفارة
تفضل أجهزة ماكنتوش في تطبيقات الطباعة والنشر
 للأسباب الآتية:
1- سهولة التعامل مع النظام
2- مواءمة النظام للعديد من التطبيقات
3- وجود تعريب متكامل للنظام وسهولة 

 في المحاضرة القادمة نتناول لغات البرمجة