العودة إلى  مدرسة الكمبيوتر   قسم ويندوز    الصفحة الأولى
 
 
العمليات الوظيفية في نظم التشغيل
 
 
إن نظام التشغيل الحاسوبي هو عبارة عن مجموعة من البرامج والتطبيقات التي تدير عمليات وموارد الحاسوب.موقع طرطوس
 
عندما يتم تشغيل جهاز الحاسب، فإن أول مايجري تنفيذه هو مجموعة من التعليمات المخزنة في ذاكرة الحاسوب المخصصة للقراءة فقط أي ROM. تدعى هذه البرمجية أحياناً بإسم الذاكرة الثابتة أو Firmware، وتقوم بفحص عتاديات الجهاز للتأكد من أنها تقوم بوظيفتها على النحو المطلوب. وتدعى أول عملية يتم تنفيذها عند تشغيل الجهاز باختبار الجاهزية POST، حيث يتحقق هذا الاختبار من جاهزية مكونات الحاسب، بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية CPU، والذاكرة، ونظام الدخل والخرج الرئيسي أو مايدعى BIOS. وبعد اتمام اختبار POST بنجاح، يتم تفعيل الذاكرة الثابتة، وسواقات الأقراص الموجودة في الحاسوب، ومن ثم تحديد موقع برمجية الإقلاع Bootstrap التي تعد أول الأجزاء البرمجية التي يتم تنفيذها في نظام التشغيل.موقع طرطوس
 
أما برمجية الإقلاع Bootstrap Loader فهي عبارة عن برنامج بسيط يقوم بوظيفة وحيدة، ألا وهي تحميل نظام التشغيل إلى الذاكرة. تقوم هذه البرمجية بإعداد برمجيات التحكم بمختلف العتاديات الموجودة أو المرتبطة بالحاسوب عن طريق برمجيات تدعى Drivers. إضافة، تقوم برمجية الإقلاع بإعداد أقسام الذاكرة الرئيسية RAM التي تحوي نظام التشغيل، والبرامج والتطبيقات، مثل Microsoft Word، والمعطيات التي يدخلها المستخدم في الحاسب. وبعد انتهاء تنفيذ برمجية الإقلاع، يقوم الحاسب بإعطاء نظام التشغيل أولوية التحكم بالجهاز.موقع طرطوس
 
تقوم برمجيات نظام التشغيل بعدد من الوظائف المختلفة، حيث تدير، وتتصل بموارد نظام الحاسوب. وتقسم هذه الموارد عادة إلى فئات مختلفة:
 
 
1. واجهة المستخدم
 موقع طرطوس
إن واجهة المستخدم هي عبارة عن مجموعة برامج تتوضع فوق نظام التشغيل، وتعد الطريقة الرئيسية للتفاعل بين المستخدم والحاسوب.
 
تكون طرائق الاتصال في بعض الأنظمة مقادة بالأوامر الكتابية، حيث تتطبع الأوامر في مسار النظام، ويكون هذا المسار في نظام تشغيل MS-DOS على الشكل التالي:C:\> .
 
يعمل نظام التشغيل UNIX بطريقة مشابهة لنظام MS-DOS من حيث طباعة واستخدام الأوامر الكتابية، إلا أنه يمتلك واجهة مستخدم تدعى "بالهياكل"، وتمثل "الهياكل" واجهة مستخدم أكثر مرونة وقوة من واجهة نظم التشغيل الكتابية المعهودة.موقع طرطوس
 
إن آخر تطوير تم في مجال واجهات المستخدم هو تطوير واجهة المستخدم الرسومية أو GUI، وذلك وفق نموذجين رئيسيين: الأول هو نموذج نظام Macintosh التي تنتجه شركة Apple، ونموذج أنظمة Windows من "مايكروسوفت"، ويمتلك هذان النظامان الحصة الأكبر من أسهم السوق العالمية. تتوضع في نواة نظام التشغيل Kernel وظائف نظام التشغيل المركزية، وإدارة النظام الحاسوبي، في حين تتوضع واجهة المستخدم GUI فوق النواة. تتألف واجهة المستخدم من ما يدعى WIMP، أي النوافذ، والأيقونات، والمؤشر، وحركات المؤشر، حيث يتم تشغيل وتنفيذ البرامج باستخدام هذا المؤشر (الفأرة)، بدلاً من طباعة الأوامر كتابياً عن طريق لوحة المفاتيح.
 موقع طرطوس
 
2. إدارة وحدة المعالجة
 
تتضمن مهمات وحدة المعالجة مايلي:
 
- جلب تعليمات البرامج والمعطيات من الذاكرة RAM؛
- نقل المعطيات من وسائط الدخل؛
- التعامل مع مختلف طلبات المستخدم بالنسبة للمعطيات؛
- تقسيم ومشاركة زمن المعالج بين المهام الموجودة في الذاكرة بآن واحد، أي تعدد المهام.
 
يتحكم جزء من نظام التشغيل بتحصيص الموارد، ويدعى هذا الجزء بالمُجَدوِل أو Scheduler. ويكون العمل الذي ينجزه المُجَدوِل، وفقاً لنظام التشغيل، إما عملية معالجة، أو مسلك Thread.
 
إن عملية المعالجة هي برمجية تقوم بتنفيذ بعض المهام التي قد يتحكم بها المستخدم، أو التطبيقات، أو نظام التشغيل. فمثلاً، يعتبر تطبيق جداول المحاسبة عملية معالجة، على أنه قد يتسبب ببدء عدة عمليات معالجة أخرى، كالاتصال مع أنظمة أو حواسيب أخرى.موقع طرطوس
 
وفي نظم التشغيل من نمط وحيد-المهمة، تتم عملية الجدولة مباشرة. فيسمح نظام التشغيل ببدء تنفيذ التطبيقات، ويتم إعطاء التنفيذ وقتاً كافياً لمعالجة المقاطعات ودخل المستخدم. وتعتبر المقاطعات إشارات خاصة ترسلها العتاديات أو البرمجيات إلى وحدة المعالجة. ففي بعض الأحيان، يقوم نظام التشغيل بجدولة أولوية عمليات المعالجة بحيث تحجب بعض المقاطعات، أي أن نظام التشغيل يتجاهل مقاطعات بعض الموارد، لكي يتمكن من إنهاء مهمات أخرى بأسرع وقت ممكن. هناك بعض المقاطعات الهامة جداً التي لايمكن تجاهلها، كالمقاطعات الناجمة عن الأخطاء، أو المشاكل التي تنشأ ضمن الذاكرة. لذا، يجب التعامل مع هذه المقاطعات فوراً، بغض النظرعن المهام الأخرى التي تتم معالجتها. تغدو وظيفة نظام التشغيل أكثر تعقيداً في النظم المتعددة المهام، حيث يجب على نظام التشغيل أن يقوم بتنظيم عملية تنفيذ التطبيقات، غير أن المستخدم يعتقد أنه يتم تنفيذ هذه التطبيقات أو المهام بآن واحد. وتعتبر هذه العملية معقدة للغاية، لأنه ليس بإمكان وحدة المعالجة القيام بأكثر من عملية واحدة بآن واحد، لذا على نظام التشغيل أن يقوم بالتبديل بين مختلف العمليات آلاف المرات كل ثانية.موقع طرطوس
 
تجري عملية المبادلة هذه دون تدخل من المستخدم، وتحصل كل عملية على وقت زمني كافي تقوم وحدة المعالجة المركزية بتخصيصه، وذلك بهدف إنهاء المهمة في فترة زمنية معقولة. على أنه قد تحدث بعض المشاكل عندما يحاول المستخدم تشغيل عدد كبير جداً من عمليات المعالجة في الوقت نفسه. يتطلب نظام التشغيل نفسه وقتاً إضافياً من وحدة المعالج، الهدف منه هو تحديث كافة سجلات النظام، وجدولتها، وحفظها. فإذا تم البدء بعدد كاف من عمليات المعالجة، وإذا لم يكن النظام مصمماً بشكل جيد، فيمكن أن يبدأ النظام باستخدام كل الوقت المتاح له للتبديل بين مختلف عمليات المعالجة، عوضاً عن تنفيذ هذه العمليات الواحدة تلو الأخرى. وتدعى هذه العملية Thrashing، وعادة ما تتطلب تدخلاً مباشراً من المستخدم لإعادة تنظيم إدارة الجهاز ونظام التشغيل القائم.موقع طرطوس
 
تسمح بعض نظم التشغيل باستخدام المسالك Threads التي يمكنها التعامل مع كامل عمل وحدة المعالجة، إلا أنها لاتتعامل مع أنماط الدخل والخرج I/O المختلفة. يسمح تعدد المسالك بتنفيذ أجزاء مختلفة من البرنامج بشكل متزامن.
 
تصبح عملية الجدولة على درجة كبيرة من التعقيد في النظم التي تقوم بتخديم عدداً كبيراً من  المستخدمين، حيث يمكن لعدة مستخدمين الدخول إلى نظام الحاسب في آن واحد، على أنه لايتم تنفيذ أكثر من برنامج واحد في آن واحد. أما في نظم "مشاركة الزمن" المتعددة المستخدمين، فيتم تخصيص جزء صغير من زمن تنفيذ وحدة المعالجة المركزية لكل مستخدم، ويتم ذلك قبل الانتقال إلى المستخدم التالي، حيث يقوم نظام التشغيل بهذه العملية بشكل متعاقب ومستمر. وفي هذا النمط من نظم التشغيل، يتوجب مراقبة العمليات التي يقوم المعالج بتنفيذها، ويتم التحكم بها بوساطة المُجَدوِل.
 
وفي الأجهزة التي تحوي على أكثر من وحدة معالجة، يقوم نظام التشغيل بتجزئة حمولة العمل بين وحدات المعالجة، وموازنة متطلبات عمليات كل معالج مع الزمن الذي يتيحه هذا المعالج.
 موقع طرطوس
 
3. إدارة الذاكرة
 
يتوجب تحميل البرامج في الذاكرة بالتوازي مع المعطيات لمعالجتها. ويحتاج مُجَدوِل نظام التشغيل لتحصيص موارد في الذاكرة لكل مما يلي:
 موقع طرطوس
- تخزين البرامج، أو اجزاء من البرامج التي يجب تحميلها إلى الذاكرة قبل أن يتم تنفيذها، وإنهاء تحميل البرامج في الذاكرة إذا لم تعد هناك حاجة إليها؛
- تخزين معطيات المستخدمين؛
- التخزين المؤقت للمعطيات الناتجة من عمليات نقل المعطيات، والتي تتضمن مختلف الوسائط، كالطابعات، والسواقات.
 
إن مهمة نظام التشغيل الأولى هي إعداد حدود الذاكرة لمختلف البرمجيات والتطبيقات. فعندما تبدأ عملية تحميل التطبيقات إلى الذاكرة، يحدد النظام حجم كتل التحميل اللازمة لكل منها. فإذا كان حجم الكتلة (2) كيلوبايت مثلاً، يقوم النظام بتخصيص مساحة من الذاكرة لكل عملية معالجة يكون حجمها في الذاكرة من مضاعفات (2) كيلوبايت، ويقوم بعد ذلك بتحميلها على هذا الأساس، وبحجوم كتل ثابتة. تساعد هذه الحدود والكتل على تحميل التطبيقات بشكل منظم، بحيث لا تتقاطع هذه المساحات ببعضها.
 
ولكن، ماذا يحدث عندما تمتلئ كافة المساحة المتوفرة في الذاكرة؟موقع طرطوس
 
بالإمكان إضافة ذواكر في معظم الحواسب، إلا أن هذا قد يكون مكلفاً. وبما أن التخزين على الأقراص يكون أرخص بالمقارنة مع عملية شراء وتركيب ذواكر جديدة، لذا، يمكن أن توفر عملية نقل المعلومات من الذاكرة إلى القرص الصلب مساحة إضافية في الذاكرة دون تكلفة زائدة. وتدعى هذه التقنية بإدارة الذاكرة الإفتراضية، على أنها تكون أبطأ.
 
على نظام التشغيل الموازنة بين احتياجات مختلف عمليات المعالجة وبين الذاكرة المتوافرة. وهناك عدة أنواع من ذواكر الحواسب:
 
- الذاكرة المخبئة عالية السرعة Cache: وهي ذاكرة ذات مساحة صغيرة، إلا أنها سريعة جداً، وتكون متوافرة لوحدة المعالجة المركزية. تتنبأ متحكمات الذاكرة المخبئة بالمعطيات التي تحتاجها وحدة المعالجة، وتقوم بنقلها من الذاكرة الرئيسية إلى الذاكرة المخبئة، وذلك لتسريع أداء النظام ككل.
 
- الذاكرة الرئيسية RAM: وهي ذاكرة الجهاز المعروفة، وتقاس مساحاتها بالميغابايت.
 
الذاكرة الثانوية Secondary Memory: يتم إعداد هذه الذاكرة باستخدام الأقراص الصلبة التي يتم حفظ التطبيقات والمعطيات فيها، وتدعى في معظم الأحيان "بالذاكرة الافتراضية"، وتعمل تحت سيطرة وإشراف نظام التشغيل.
 موقع طرطوس
 
 
4. إدارة الدخل والخرج
 
يتحكم نظام التشغيل أيضاً بإعداد وسائط الدخل والخرج المخصصة للبرامج.موقع طرطوس
 
تعد إدارة الموارد الخاصة بالعتاديات عملية في غاية الأهمية، فكل البرامج ومختلف طرائق الدخل تتطلب استخدام وسائط التخزين، وتخصيص حزم اتصال لعمليات الدخل والخرج. لذا، تكون مهمة نظام التشغيل هنا هي التأكد من حصول كل تطبيق على الموارد اللازمة.موقع طرطوس
 
تعتبر إدارة الدخل والخرج بأبسط مستوياتها مسألة إدارة وتنظيم وتوفير تسهيلات تخزين خاصة تأخذ سلسة من البتات يتم استقبالها من الوسائط الخارجية، كلوحة المفاتيح أو منفذ الاتصال التسلسلي. يتم بعد ذلك تخزين هذه البتات، ومن ثم ارسالها إلى وحدة المعالجة بالسرعة التي يمكن معالجة هذه المعلومات معها.
 موقع طرطوس
وتكون أهمية هذه الوظيفة أكبر عندما يجري تنفيذ عدد من عمليات المعالجة التي تستهلك معظم وقت المعالج، حيث يقوم نظام التشغيل بإعطاء أمر لوحدة التخزين المؤقت Buffer بمتابعة استقبال الدخل من الوسيط، على أن يتم أيقاف كافة عمليات إرسال المعطيات إلى وحدة المعالجة، وذلك ريثما يتم إنهاء استقبال هذا الدخل. وعندما تحتاج عملية المعالجة إلى استقبال دخل إضافي، يتم تنشيط الإجراء مرة أخرى، ويقوم نظام التشغيل بإعطاء أمر آخر لوحدة التخزين المؤقت بإرسال المعطيات مرة أخرى. تسمح عملية المعالجة هذه بالتعامل مع الوسائط الخارجية المذكورة آنفاً، أو مع المستخدمين، أو الحواسيب بسرعة كبيرة، على الرغم من أن هناك أوقات لا تستطيع فيها وحدة المعالجة استقبال الدخل الآتي من كافة هذه المصادر بآن واحد.
 
هذا، ويمكن أن يضمن نظام التشغيل استمرار تنفيذ التطبيقات عند ترقية أو تحديث العتاديات، وذلك لأن نظام التشغيل، وليس التطبيق، هو الذي يتعامل مع العتاديات، بما في ذلك توزيع الموارد. ويعد نظام Windows 98 مثالاً جيداً على نظم التشغيل المرنة، حيث يعمل مع طيف كبير جداً من العتاديات، كما أنه يتوافق مع آلاف أنواع الطابعات، والسواقات، والطرفيات الأخرى.
 
يتم إعداد الصلة الافتراضية بين نظام التشغيل والعتاديات بوساطة برمجيات خاصة تدعى Drivers. تعمل هذه البرمجيات بالدرجة الأولى "كمترجم" بين نظم العتاديات الطرفية، كالطابعات، وبين اللغات البرمجية في نظام التشغيل، وبين التطبيقات عالية المستوى. فمثلاً، يمكن أن تأخذ البرمجيات معطيات قام نظام التشغيل بتعريفها في ملف، ومن ثم ترجمتها إلى سلسلة من النبضات ليتم إخراجها إلى الطابعة الليزرية.
 موقع طرطوس
تعمل برمجيات Drivers بشكل مستقل عن نظام التشغيل، بحيث يمكن تحديثها وإضافة وظائف جديدة إليها دون الحاجة لتعديل نظام التشغيل أو تحديثه.
 موقع طرطوس
 
5. وسائط التخزين الإحتياطية
 
يشرف نظام التشغيل على عملية نقل المعطيات بين وسائط التخزين، كالأقراص الممغنطة، وسواقات الأشرطة، والذاكرة، ويتعامل مع طلبات البرامج لتوفير المساحات اللازمة لتخزينها.موقع طرطوس
 
وتعتبر عملية قراءة وكتابة المعطيات من و إلى وسائط التخزين، وعملية التحكم بتحصيص المساحات اللازمة إحدى وظائف نظام التشغيل الهامة.
 موقع طرطوس
فمثلاً، يعتبر Windows Explorer برنامجاً خاصاً بإدارة الملفات، ويكون مدمجاً في نظام تشغيل Windows.
إن المبدأ الأساسي في التخزين هو استخدام حرف أبجدي لتعريف مختلف السواقات والأقراص الموجودة في الجهاز، ويتم التعامل مع كل سواقة أو قرص بناءاً على ذلك الحرف، وذلك بتخصيص منطقة تخزين مستقلة يمكنها أن تحوي بنية الفهرس الهرمي متعدد المستويات، أو تعريف المجلد الذي يحوي نظام التشغيل، والبرامج، والتطبيقات، ومعطيات المستخدم. وبإمكان المستخدم أن يقوم بتعديل مجلد النظام هذا، بحيث يمكنه اختيار الملفات والمجلدات وحذفها، أو نسخها، أو نقلها حسب الحاجة.
 
 
6. التطبيقات الجارية
 
يشرف نظام التشغيل على عمليات تحميل وإنهاء تحميل البرامج من و إلى الذاكرة، ويشرف كذلك على تنفيذ مختلف الأوامر القادمة من البرامج.
 
تعتبر إدارة البرمجيات عملية هامة للغاية، حيث تتنافس البرامج مع طرائق الدخل، وتحاول جذب انتباه وحدة المعالجة المركزية، وتقوم بطلب حجز الذاكرة لأغراضها الخاصة. يتأكد نظام التشغيل من حصول كل برنامج على الموارد اللازمة، كما يقوم بتنظيم سعة استيعاب النظام المحدودة. ومن الهام أن تتوافر للتطبيقات بيئة مستقرة متماسكة ومتوافقة بحيث يمكنها الاتصال والتفاعل مع العتاديات، وخصوصاً إذا ما كانت هناك أنماط مختلفة من الحواسيب التي تستخدم نفس نظام التشغيل.
 موقع طرطوس
تسمح واجهة البرامج التطبيقية API المتوافقة والمتماسكة لمطوري البرمجيات بكتابة تطبيقات لحاسب ما، ومن ثم تنفيذها على حاسب آخر، حتى لو كانت مساحة الذاكرة، أو نوعية التخزين مختلفة بين الجهازين.
 
 
7. وظائف أخرىموقع طرطوس
 
هناك العديد من الوظائف الأخرى التي يقوم نظام التشغيل بإدارتها وتنفيذها:
 
- إدارة الأخطاء في وحدة المعالجة والطرفيات، كالتحقق من عدم ضياع المعطيات، وأعطال المعالج، وسواقات الأقراص الفارغة، والطابعات غير الجاهزة؛
 
- إدارة الملفات، بما في ذلك التحكم بالوصول إلى الملفات، ومنع دخول المستخدمين الغير مخولين إليها؛
 
- توقيف رؤوس القراءة والكتابة الفيزيائية للأقراص عن العمل حين الإنتهاء.
 موقع طرطوس

 

 
  طباعة المقال العودة إلى  مدرسة الكمبيوتر   قسم ويندوز    الصفحة الأولى
التصميم
ويندوز
الإتصالات
البرمجيات
الشبكات
الإنترنت
الهاردوير
مدرسة الكمبيوتر
تعاريف أساسية
معجم مصطلحات الكمبيوتر RFC
FAQ
البرمجة
معلومات
الصيانة
 © 2002-2012 LBCInformation Corporation. All rights reserved م حنا عطا لحود.