مكونات الحاسب الالي

نظام التشغيل

نظام التشغيل (بالإنجليزية: Operating System و تختصر إلى OS) هو مجموعة من البرمجيات المسؤولة على إدارة الموارد والعتاد (عتاد الحاسوب)، وبرمجيات الحاسوب، ويمثل وسيط بين المستخدم، وعتاد الحاسوب، وبتعريف آخر يمثل نظام التشغيل جسر لتشغيل برامج المستخدم، ويقوم بالمهام الأساسية مثل: إدارة وتخصيص مصادر الحاسوب (الذاكرة، القرص الصلب، الوصول للأجهزة الملحقة إلخ...)، وترتيب أولوية التعامل مع الأوامر، والتحكم في أجهزة الإدخال، والإخراج مثل: لوحة المفاتيح والطاعة وغيرها ، وكذلك لتسهيل التعامل مع الشبكات، وإدارة الملفات.

تعرف على نظام التشغيل ويندوزwindows

ويندوز هو أحد أنظمة التشغيل للحاسوب التي تم إنتاجها من قبل شركة مايكروسوفت عام 1985، والذي بدأ آنذاك كواجهه رسومية فقط لنظام التشغيل دوس، ثم تطور في إصداره الثاني عام 1987، وأضيفت إليه العديد من التحسينات والمكونات بالنسبة لواجهة المستخدم واختصارات لوحة المفاتيح وإدارة الذاكرة، واستمر تطويره حيث وصلت حصته في السوق إلى أكثر من 90%. فقد قامت مايكروسوفت حتى الآن بإصدار أكثر من 30 نسخة من ويندوز آخرهم نظام تشغيل ويندوز11

ما هي مكونات نظام التشغيل ويندوزwindows 

النواة kernel

النواة هي أحد مكونات نظام التشغيل ويندوز، فهي تعد بمثابة الجسر بين عتاد الحاسوب (الهاردوير) اأجزاء المادية والبرمجيات، وهي أول ما يتم تحميله عند تشغيل الجهاز بعد محمل الإقلاع؛ حيث يتم تحميلها في ذاكرة الحاسوب في منطقة محمية بعيداً عن الأجزاء الأخرى الأقل استخداماً وأهميةً.

 يستخدم نظام التشغيل ويندوز النواة المهجنة Hybrid kernel، وهي نواة مصغرة تعمل عند وضعها في مساحة النواة بشكلٍ أسرع من وضعها في مساحة المستخدم. تتمثل مهام نواة نظام التشغيل ويندوز في التحكم في النظام واستدعائه وبرامج تشغيله وتنفيذ التطبيقات والبرامج (program execution) وإدارة الذاكرة، بالإضافة إلى التحكم في عمليات الإدخال والإخراج وغيرها.

برامج التعريف device drivers(تعاريف الأجزاء المادية الهاردوير)

تعد برامج التعريف أحد مكونات نظام التشغيل ويندوز والتي تعمل كمشغل لعتاد الحاسوب (الهاردوير)، أو كأداة تواصل بين الجهاز والبرنامج المراد استخدامه على هذا الجهاز؛ حيث يوجد لكل قطعة من الهاردوير المعرّف الخاص بها مثل: معرفات كارت الصوت، معرفات بطاقة الفيديو، ومعرف الطابعة. يتم تحميل برامج التعريف بشكل تلقائي عند تسطيب الويندوز، كما يمكن تحميل التحديثات الجديدة من قبل الشركة أو تعديل أو إصلاح مشكلة تعرضت لها برامج التعريف من خلال مدير الجهاز Device manager

مراحل إنشاء مكونات نظام التشغيلwindows :

لإنشاء نظام التشغيل ، يقوم المبرمجون بإتباع هذه المراحل في عملية البناء :

بناء البوت لودر .

برمجة النواة .

إنشاء المكتبات .

برمجة أدوات التحكم .

برمجة المترجم .

إنشاء البرامج الأخرى المساعدة على العمل في جميع المجلات .

تعرف على عمل مكونات نظام التشغيلwindows 

تعمل مكونات نظام التشغيل مع بعضها البعض بصورة متناسقة و متكاملة و هذا ما يودي إلى عمل النظام ككل بطريقة صحيحة و فعالة .

و فيما يلي وصف مبسط لكيفي عمل هذه المكونات بعد تشغيل الحاسوب مباشرة :

١- يتصل ال BIOS بالبوت لودر ثم يبدأ في تحميله .

٢- يقوم البوت لودر باستدعاء النواة و تحمليها على المساحة الضرورية من الـ RAM لتعمل بشكل فعال .

٣- تستقبل النواة الطلبات Inputs من المستخدم الذي يرسل طلباته إلى مستقبل الأوامر .

٤- يقوم مستقبل الأوامر بترجمة جميع الطلبات إلى لغة الآلة .

٥- يتم إرسال هذه الترجمة إلى النواة اللتي تقرأ هذا الطلب و ترسله إلى الشريحة المناسبة من العتاد .

٦- تقوم شريحة العتاد بإرسال المخرجات Outputs إلى النواة .

٧- تترجم النواة هذه المخرجات مجددا إلى لغة الآلة و تحولها إلى اللغة المطلوبة .

٨ - - ترسل النواة هذه اللغة المطلوبة ال Drivers أو ال Librairies .

٩- تظهر النتيجة إلى المستعمل في شكل صوت أو صورة إلخ.

نظام التشغيل 

الحواسيب الحديثة المتقدمة متعددة الأغراض، هي شاملة للحواسيب الشخصية والحواسيب العملاقة (Mainframes)، ولها نظام تشغيل ليشغل بقية البرامج مثل التطبيقات البرمجية. ومن الأمثلة على أنظمة تشغيل الحواسيب الشخصية ميكروسوفت ويندوز، وجنو/لينكس، وماك أو.إس و(داروين)، وماك أو.إس.إكس ويونكس.

والمستوى الأدنى من أي نظام تشغيل هو نواته. وهذه هي الطبقة الأولى من البرمجيات التي يتم تحميلها في الذاكرة عند إقلاع النظام أو بدء تشغيل الحاسوب. 

وتوفر النواة إمكانية الوصول إلى الخدمات المركزية الشائعة الأخرى لكل برامج النظام والتطبيقات. وهذه الخدمات تشمل: جدولة المهام، وإدارة الذاكرة، والوصول إلى القرص، والوصول لأجهزة عتاد الحاسوب.

كما هو الحال بالنسبة للنواة، فإن نظام التشغيل كثيرا ما يزود ببرمجيات نظام لإدارة واجهة المستخدم الرسومية (بالرغم من إدماج ويندوز و ماكينتوش لهذه البرامج في نظام التشغيل).  أدوات المهام مثل إدارة الملفات وإعداد نظام التشغيل. وفي أحيان كثيرة يوزع مع نظام التشغيل برمجيات ليست لها علاقة مباشرة بالوظائف الأساسية لنظام التشغيل، ولكن من يوزع نظام التشغيل وجد فائدة في توزيعها معه.

الفاصل بين نظام التشغيل وبرمجيات التطبيقات غير واضح، وكثيرا ما يكون موضع خلاف. ومن وجهة النظر التجارية أو القانونية، فإن الفصل يعتمد على سياق الاهتمامات الداخلة في الموضوع. 

كما هو الحال مع مصطلح "نظام تشغيل"، فإن الخلاف يدور أحيانا حول ما الذي يجب على النواة عملها أو إدارته بالتحديد، مع النقاش حول هل يجب أن تكون أشياء مثل نظام الملفات في النواة أم لا. البعض يؤيد النواة الصغرية (Microkernel)، والبعض يؤيد النواة الأحادية (Monolithic kernel) وهكذا.

تستخدم أنظمة التشغيل على أغلب الحواسيب، وليس كلها. فالحواسيب الأبسط ذات الأنظمة المغروسة الأصغر والعديد من الحواسيب المبكرة بدون نظام تشغيل، بدلا من أنظمة التشغيل فقد أعتمدوا على البرامج التطبيقات لتدير عتاد الحاسوب  بمعرفتها، وربما بمساعدة مكتبات صممت لهذا الغرض.

الخدمات

إدارة العمليات

أي عملية في حاسوب، سواء كانت خدمة تعمل في الخلفية أو تطبيق أو برنامج ، تجرى داخل عملية. ما دام أسلوب معمارية جون فون نيومان هو المستخدم في بناء الحاسب الالي ، فلا يمكن تشغيل سوى عملية واحدة لكل و.م.م في كل مرة. أنظمة التشغيل الأقدم

 مثل إم إس-دوس لا تقدم أي محاولة لتجاوز هذه المحدودية. تستطيع الأنظمة الحديثة محاكاة تشغيل أكثر من عملية مرة واحدة (متعددة المهام والتطبيقات) على و.م.م واحدة، في الحقيقة لا يمكن لأكثر من عملية واحدة أن تنفذ في نفس الوقت في المعالجات أحادية النواة ولكن مع السرعات الهائلة للمعالجات لا يمكننا ملاحظة تلك العمليات ، يمكن أن يستخدم ما يسمى بالتزامن الكاذب عن طريق تقسيم المهام إلى تشعبات.

 إدارة العمليات

 إدارة العمليات هي طريقة نظام التشغيل في التعامل مع العمليات العديدة العاملة. حيث أن أغلب الحواسيب تحتوى على و.م.م مفردة ذات قلب واحد، فإن الحصول على تعدد المهام أو العمليات يكون ببساطة عن طريق التحويل بين المهام أو العمليات بسرعة. ومع زيادة العمليات التي يشغلها المستخدم يصبح نصيب كل عملية من الوقت أقل، في كثير الأنظمة قد يسبب هذا مشاكل مثل تخطى أجزاء من ملفات الصوت أو حركة مرتعشة لمؤشر الفأرة. تشمل إدارة العمليات الحساب والتوزيع "للأنصبة الزمنية".

القرص وأنظمة الملفات

لدى الكثير من أنظمة التشغيل العديد من أنظمة الملفات التي يمكن استخدامها بشكل طبيعي، جنو/لينكس لديه أكبر تنوع من أنظمة الملفات هذه، وهي إكس تي 2 ،إكس تي 3 ،ريسير أف أس ،Reiser4 ،GFS ،GFS2 ،OCFS ،OCFS2 ،NILFS. كما يدعم جنو/لينكس أيضا أنظمة ملفات إكس إف إس وجي أف أس بشكل كامل. مع دعم لنظام ملفات جدول توزيع الملف FAT وإن تي إف إس. أما ويندوز فمحدود من ناحية دعمه لأنظمة الملفات حيث يدعم فقط: FAT12 وFAT16 وFAT32 وإن تي إف إس.

بالنسبة لأغلب أنظمة الملفات التي ذكرناها هناك طريقتان لتخصيصها. فالنظام هو إما أن يكون نظام الملفات المزود بقيد حوادث (Journaling File System)،أيْ مزود بقيد للحوادث (journal) و إما غير مزود به. يعتبر النظام المزود بقيد الحوادث (Journaling File System) خياراً آمناً في حالات تعافي النظام. لو حدث أن توقف النظام عن العمل فجأة (في حالة انقطاع الكهرباء مثلا) فإن نظام الملفات غير المزود بقيد للحوادث سيحتاج إلى نوع من الفحص في حين يحدث هذا تلقائيا في أنظمة الملفات المزودة بقيد الحوادث.

أنظمة ملفات ويندوز المزودة بقيد الحوادث هي NTFS فقط، في حين أن كل أنظمة ملفات لينكس هي مزودة بقيد الحوادث ما عدا ext2.

يتكون كل نظام ملفات من أدلة وأدلة فرعية منفصلة. ومع ذلك هناك اختلافات غير ملحوظة فمثلا أنظمة ملفات ويندوز تفصل بين المجلدات بالشرطة المائلة الراجعة "\" وأسماء الملفات غير حساسة لحالة الأحرف، على حين في يونكس يفصل بين المجلدات باستخدام الشرطة المائلة "/" وأسماء الملفات حساسة لحالة الأحرف.

الشبكات

 أنظمة التشغيل الحديثة غالباً تكون قادرة على استخدام بروتوكول الشبكات العالمي TCP/IP. مما يعنى أن أحد الأنظمة يمكن أن تظهر في شبكة نظام آخر، ويشاركه المصادر مثل الملفات، والطابعة، وماسح الصور وغيرها.

الكثير من أنظم التشغيل  تدعم واحد أو أكثر من البروتوكولات التقليدية الخاصة بكل مصنّع، مثل SNA في أنظمة آي‌ بي‌ إم، والبروتوكولات الخاصة بمايكروسوفت في ويندوز. هناك  بروتوكولات خاصة بمهام معينة مثل NFS للوصول للملفات..الخ.

الأمن

الأمن في نظم التشغيل يعنى: التحقق من المستخدمين قبل السماح بالوصول، تصنيف مستوى السماحية بالوصول الذي يملكه المستخدم، وتحجيم مستوى الوصول تبعا للسياسة التي يحددها مدير النظام.

واجهة المستخدم

نظام التشغيل يستخدم واجهة يونتي

أوبن سوزي بواجهة كيدي

نظام التشغيل ويندوز 7

وهي الوسيلة لربط المستخدم بالحاسوب، ومن فوائدها:

• توفر للمستخدم وسيلة للتعامل مع الحاسوب

• تمكن المستخدم من الوصول لخدمات النواة

• تمكن المستخدم من تشغيل التطبيقات.

• تسمح للمستخدم باستعراض الملفات والمجلدات.

ومن أشهر أنواعها :

واجهة سطر أوامر على أحد انظمة التشغيل لينكس

واجهة سطر الاوامر CLI:

وتعتبر من أقدم الواجهات التي تعتمد على كتابة الأوامر بواسطة لوحة المفاتيح فيقوم المعالج بتنفيذها مباشرة ومن ثم يتضح أن هذه الواجهات لا تدعم التنفيذ المتعدد للمهام ،من الأنظمة التي تستخدمها دوس بإصداراته المختلفة والمتعددة.

واجهة المستخدم الرسومية GUI:

عبارة عن واجهة توفر صور و أيقونات تسهل للمستخدم التعامل معها ومعرفة ما يقوم به و تعتبر من انسب أنواع الواجهات واكثرها استخداما, من الأنظمة التي تستخدم هذه الواجهات ويندوز بإصداراته المتعددة و المختلفة و جنو/لينكس و يونكس، من الجدير أن أكثر الأنظمة تمكن المستخدم من استخدام واجهة سطر الأوامر ضمن الواجهات الرسومية.

واجهة المستخدم القابلة للتكبير ZUI:

في هذا النوع من الواجهات تكون جميع التطبيقات قيد التشغيل ولكنها تكون مصغرة في سطح المكتب وبمجرد النقر على ايقوناتها يقوم نظام التشغيل بتكبيرها فقط وعند الإنهاء أيضا يقوم بتصغيرها، من التطبيقات التي تستخدم هذا النوع من الواجهات آي فون، خرائط جوجل، لكنها غير مجدية لأنظمة التشغيل العملاقة كونها تستوجب أن تكون جميع التطبيقات قيد التشغيل ولذلك تكون متواجدة في الذاكرة الأساسية، وهذا ما يصعب تنفيذه للأنظمة ذات البرامج والتطبيقات الكثيرة.

أكثر أنظمة التشغيل الحديثة اليوم توفر واجهة مستخدم رسومية(GUI). بعض أنظمة التشغيل الأقدم تربط بشكل وثيق بين الواجهة الرسومية والنواة مثل الإصدارات الأولى من ويندوز وماك أو.إس. أنظمة التشغيل الأحدث تفصل بين نظام الرسوميات الفرعي والنواة (كما في ماك أو.إس.إكس والأنظمة المبنية على ويندوز إن تي.)

مشغلات العتاد

مشغل العتاد (بالإنجليزية: hardware driver) هو قطعة من برمجيات الحاسوب صممت لتسمح بالتفاعل بين العتاد والبرمجيات.

واجهة التطبيقات

هذه الواجهة توفر لمطوري البرامج والتطبيقات مجموعة من الدوال (Functions) الأساسية التي يكثر استعمالها مثل دوال لإدارة الذاكرة و الدوال الرسومية ودوال لإدارة الملفات وغيرها. هذه الواجهة تسهل عمل المبرمج حيث أنها توفر عليه القيام بهذه المهمات في البرامج التي يكتبها.