مفهوم نظام التشغيل وانواعه

نظام التشغيل والذي يعرف باللغة الإنجليزية بـ Operating System: عبارة عن برمجيات تعمل كرابط للتوصيل بين واجهة المستخدم والتي تعني بالإنجليزية user interface ومكونات أجهزة (الكمبيوتر – الحاسوب) والتي تعني بالإنجليزية computer hardware components دون الحاجة لمعرفة كيفية التحدث بلغة الحاسب. 

استنتاج: يجب أن يحتوي كل جهاز (كمبيوتر – حاسوب) على نظام تشغيل واحد على الأقل لتشغيل البرامج الأخرى مثل المتصفحات وبرامج مايكروسوفت أوفيس أو ألعاب، كل تلك البرنامج تحتاج نظام تشغيل أو بيئة كما يقول البعض لتعمل على أداء مهامها.

مفهوم نظام التشغيل وانواعه

أنواع نظام التشغيل

فيما يلي الأنواع الشائعة لأنظمة التشغيل:

1. Batch Operating System

هو أول نظام تشغيل من الجيل الثاني للكمبيوتر ــ (للحاسوب) حيث يعمل النظام على تنفيذ المهام واحدة تلو الأخرى على دفعات. وتعرف عملية وضع المهام في قائمة الانتظار للتنفيذ بـ التخزين المؤقت ــ (spooling).
لا يتفاعل مستخدمين نظام ــ (Batch Operating System) مع الكمبيوتر ــ (الحاسوب) بشكل مباشر حيث يحتاج كل مستخدم لإعداد مهمة على جهاز دون اتصال مثل البطاقة المثقوبة وإرسالها إلى مشغل الكمبيوتر ــ (الحاسوب)، ويتم جمع المهام ذات الاحتياجات المتماثلة معا وتشغيلها كمجموعة.

➖ عيوب نظام Batch Operating System:

• عدم وجود تفاعل بين المستخدم والمهمة.
• غالبًا ما تكون وحدة المعالجة المركزية خاملة، لأن سرعة أجهزة الإدخال / الإخراج الميكانيكية أبطأ من وحدة المعالجة المركزية.
• من الصعب إعطاء الأولوية المطلوبة.

2. Multi-Tasking/Time-sharing Operating systems

يتيح هذا النظام تقاسم الوقت للأشخاص الموجودين في محطات مختلفة لاستخدام نظام كمبيوتر ــ (الحاسوب) واحد في نفس التوقيت، ويتم مشاركة وقت المعالج بين عدة مستخدمين في وقت واحد وتسمى هذه العملية بــ مشاركة الوقت ــ (time sharing).
الفرق بين نظام Batch Operating System ونظام Multi-Tasking/Time-sharing Operating systems:
يهدف نظام Batch Operating System استخدام المعالج إلى أقصى حد في حين يهدف نظام Time-Sharing Systems تقليل وقت الاستجابة.

➕ مميزات نظام Multi-Tasking/Time-sharing Operating systems:

• يوفر ميزة الاستجابة السريعة.
• يتجنب تكرار البرامج.
• يقلل وقت خمول وحدة المعالجة المركزية.

➖ عيوب نظام Multi-Tasking/Time-sharing Operating systems:

• مشكلة الموثوقية.
• مسألة أمن وسلامة برامج وبيانات المستخدم.
• مشكلة اتصال البيانات.

3. Multiprocessing OS

multiprocessing operating system هو نظام تتحكم فيه واحدتان أو أكثر من وحدات المعالجة المركزية ــ (CPUs) في وظائف الكمبيوتر ــ (الحاسوب). كل وحدة من CPU تحتوي على نسخة من نظام التشغيل; وهذه النسخ تتصل مع بعضها البعض لتنسيق العمليات متعددة مما يسمح للكمبيوتر إجراء العمليات الحسابية بشكل أسرع حيث يمكن تقسيم المهام بين المعالجات.

4. Real Time operating System

هو نظام يعمل على معالجة بيانات يكون الفاصل الزمني المطلوب لمعالجة المدخلات والاستجابة لها صغير جدا بحيث يتحكم في البيئة. والوقت الذي يستغرقه النظام للرد وعرض المعلومات المحدثة المطلوبة هو (وقت الاستجابة)، لذلك في هذه الطريقة يكون وقت الاستجابة أصغر وأقل بكثير عند مقارنتها مع المعالجة عبر اتصال انترنت.

5. Distributed Operating System

يستخدم نظام Distributed Operating System العديد من المعالجات المركزية (CPUs) الموجودة في أجهزة مختلفة لتوفير علميات سريعة لمستخدميها.

➕ مميزات نظام Distributed Operating System:

• مع إمكانية مشاركة الموارد قد يمكن لمستخدم في موقع واحد استخدام الموارد المتوفرة في موقع آخر.
• في حالة فشل موقع في نظام التوزيع يمكن للمواقع المتبقية متابعة التشغيل.
• تبادل البيانات السريع عبر البريد الالكتروني.
• خدمة العملاء ممتازة.
• الحد من التأخير في معالجة البيانات.
• تقليل التحميل على الكمبيوتر ــ (الحاسوب) المضيف.

6. Network Operating System

يعمل نظام Network operating System على خادم واحد. وهو يوفر القدرة على العمل على إدارة البيانات والمستخدم والمجموعات والأمن والتطبيق وغريها من وظائف الشبكات. مثال على ذلك مايكروسوفت ويندوز سيرفر 2003 ، مايكروسوفت ويندوز سيرفر 2008 ، يونيكس ، لينكس ، ماك OS X ، نوفيلي NetWare ، وBSD.

➕ مميزات نظام Network Operating System:

• الخوادم المركزية مستقرة تماما
• تتم إدارة الأمان من خلال الخوادم.
• يمكن دمج التحسينات على التكنولوجيات والأجهزة الجديدة بسهولة في النظام.
• يمكن الوصول إلى الخوادم عن بعد من مواقع وأنواع مختلفة من الأنظمة.

➖ عيوب نظام Network Operating System:

• تكلفة شراء وتشغيل الخادم عالية.
• تحتاج إلى صيانة وتحديث بشكل منتظم.
• الاعتماد على موقع مركزي لمعظم العمليات.

7. Mobile OS

وهي أنظمة تم تصميها بشكل خاص لتشغيل (الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية إلخ ...) بعض أنظمة تشغيل الهواتف المحمولة الأكثر شهرة هي Android و iOS، ولكن البعض الآخر يتضمن BlackBerry و Web و watchOS.

وظائف نظام التشغيل

تحتوي بعض أنظمة التشغيل النموذجية على وظائف على سبيل المثال لا الحصر إدارة الذاكرة والملفات والعلميات والأمان ونظام الإدخال/الإخراج وما إلى ذلك.

الوظائف الأساسية لنظام التشغيل:

1. إدارة العمليات

تساعد إدارة العمليات على إنشاء العمليات وحذفها كما توفر آليات للاتصال والتزامن بين العمليات.

2. إدارة الذاكرة

تعمل على إزالة وتخصيص مساحات الذاكرة للبرامج التي تحتاج إلى ذلك.

3. إدارة الملفات

تساعد على إدارة جميع الأنشطة المتعلقة بالملفات مثل التخزين والحذف واستعادة الملفات المحذوفة، وتسميتها، ومشاركتها وحمايتها

4. إدارة الأجهزة

تعمل على الحفاظ على جميع مسارات الأجهزة وتعرف الوحدة المسؤولة عن هذا الإجراء بـ تحكم الإدخال والإخراج. كما يعمل على تخصيص الأجهزة وإزالة توزيعها.

5. إدارة نظام الإدخال والإخراج

واحد من الأهداف الرئيسية لأي نظام تشغيل إخفاء خصائص تلك الأجهزة عن المستخدم.

6. إدارة التخزين الثانوي

تحتوي الأنظمة على عدة مستويات تخزين وهي التخزين الأساسي والتخزين الثانوي والتخزين المؤقت، ويتم تخزين الإرشادات والبيانات في التخزين الأساسي أو التخزين المؤقت بحيث يمكن لبرنامج قيد التشغيل الرجوع إليها.

7. الأمان

وتعمل على حماية البيانات والمعلومات في النظام من تهديد البرمجيات الخبيثة والفيروسات.

8. الشبكات

وهي مجموعة من المعالجات التي لا تشترك في الذاكرة والساعة أو الأجهزة حيث تتواصل مع بعضها البعض من خلال الشبكة.

9. إدارة الاتصالات

تخصيص وتنسيق المترجمين والمجمعين الفوريين وموارد أخرى لمختلف مستخدمي أنظمة الكمبيوتر.

10. مترجم الأوامر

يعمل على قراءة الأوامر التي يكتبها المستخدم ويترجمها إلى مجموعة مفصلة من الإرشادات بلغة يفهما جهاز الكمبيوتر. وتختلف هذه الطريقة من نظام إلى آخر.

11. حساب المهام

تتبع الوقت والموارد المستخدمة من قبل مختلف الوظائف والمستخدمين.

مميزات نظام التشغيل

• محمي.
• يسمح بالوصول إلى القرص وأنظمة الملفات برامج تشغيل الأجهزة أمن الشبكات.
• يوفر بيئة يمكن من خلالها تشغيل البرامج.
• إدارة الذاكرة.
• سهل الاستخدام مع واجهة المستخدم الرسومية (GUI).
• التعامل مع مدخلات ومخرجات العمليات.
• يوفر موارد نظام الكمبيوتر مع تنسيق سهل الاستخدام
• معالجة وكشف الأخطاء.
• تخصيص الموارد.

عيوب نظام التشغيل

• في حالة حدوث تلف في نظام التشغيل تفقد جميع المحتويات التي تم تخزينها.
• برامج التشغيل مكلفة للغاية للمؤسسات صغيرة الحجم مما يشكل عبئا عليها مثل ويندوز.
• انها ليست آمنة تماما كما يمكن أن يحدث تهديد في أي وقت.

أنواع النواة

النواة: بالإنجليزية (Kernel) هي المكون المركزي لأنظمة تشغيل الكمبيوتر، المهمة الوحيدة التي تؤديها هي إدارة الاتصال بين البرامج والأجهزة.

وهناك أنواع عديدة من النواة، ولكن هناك نوعين الأكثر شعبية هما:

1. نواة متجانسة ــ (Monolithic)

النواة المتجانسة هي اساس معمارية في بعض نظم التشغيل حيث يعمل نظام التشغيل بأكمله في وضع يسمى مساحة النواة ــ (Kernel space) وفرديا في وضع المشرف. ويختلف اسلوب بناء ومعمارية النواة المتجانسة عن معمارية نظم العمليات الاخرى مثل نواة الميكرو ــ (microkernel architecture), بانها وحدها تعرف الواجهات الافتراضية ذات المستوى الاعلى ــ (high-level virtual interface) على عتاد الحاسب ــ (computer hardware).

2. النواة الدقيقة ــ (Microkernels)

باختصار النواة الدقيقة تدير كل أو جميع موارد النظام. في النواة الدقيقة يتم تطبيق الخدمات في عناوين مختلفة، وخدمات النواة يتم تخزينها في عنوان النواة وذلك يساعد على تقليل حجم النواة ونظام التشغيل.

الفرق بين البرامج الثابتة ونظام التشغيل

نظام التشغيل

• تعريف نظام التشغيل: يوفر نظام التشغيل وظائف أكثر من التي يقدمها البرنامج الثابت.
• نظام التشغيل هو برمجيات يمكن تثبيتها وتغيرها من خلال المستخدم.
• يتم تخزين نظام التشغيل على القرص الصلب.

البرنامج الثابت

• تعريف البرنامج الثابت: هو نوع من البرمجيات المتضمنة على شريحة في جهاز تحكم.
• البرامج الثابتة هي البرامج التي تم ترميزها بواسطة تصنيع IC أو شيء من هذا القبيل ولا يمكن تغييرها.
• يتم التخزين على الذاكرة المستدامة ــ (non-volatile memory)

البرنامج الثابت أو الدائم: بالإنجليزية (Firmware) في الأنظمة الإلكترونية والحاسوب هو نوع من أنواع البرمجيات يوفِّر تحكم ومراقبة ومعالجة للبيانات في النظام. وفي علم الحاسوب هو برنامج يثبت على العتاد. يكون بالعادة موجود في أجهزة الفلاش أو كصورة رقمية يتم تنزيلها من قبل المستخدم على الأجهزة.

تاريخ انظمة التشغيل

الأجيال الأولى | 1940/الأربعينيات

لم يكن لدى أجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية الأولى أنظمة تشغيل. كانت الآلات في ذلك الوقت بدائية جدًا لدرجة أن البرامج غالبًا ما يتم إدخالها بتة واحدة في كل مرة على صفوف من المفاتيح الميكانيكية (لوحات التوصيل). كانت لغات البرمجة غير معروفة (ولا حتى لغات التجميع). أنظمة التشغيل لم يسمع بها من قبل.

الجيل الثاني | 1950/الخمسينيات

بحلول أوائل الخمسينيات من القرن العشرين ، تحسن الروتين إلى حد ما مع إدخال البطاقات المثقبة. نفذت مختبرات أبحاث جنرال موتورز أول أنظمة تشغيل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي لأجهزة آي بي إم 701. وكان نظام الخمسينيات يشغل بشكل عام وظيفة واحدة في كل مرة. كانت تسمى أنظمة معالجة الدفعات أحادية الدفق لأن البرامج والبيانات تم تقديمها في مجموعات أو دفعات.

الجيل الثالث | 1960/الستينيات

في الستينيات كانت النظم أيضا أنظمة تجهيز الدفعات ــ (batch processing systems) وكانت لديها إمكانية الاستفادة بشكل أفضل من موارد (الكمبيوتر ـ الحاسوب) بواسطة تشغيل عدة وظائف في وقت واحد. لذلك طور مصممو أنظمة التشغيل مفهوم يسمى البرمجة المتعددة والتي توجد فيها العديد من الوظائف في الذاكرة الرئيسية في وقت واحد يتم تحويل المعالج من وظيفة إلى أخرى حسب الحاجة للحفاظ على العديد من الوظائف المتقدمة مع الحفاظ على الأجهزة الطرفية قيد الاستخدام.

الميزة الرئيسية الأخرى في نظام التشغيل من الجيل الثالث هي التقنية التي تسمى التخزين المؤقت ـ spooling (عمليات محيطية متزامنة عبر الإنترنت). في التخزين المؤقت ، يتداخل جهاز عالي السرعة مثل القرص بين برنامج قيد التشغيل وجهاز منخفض السرعة مع البرنامج في الإدخال / الإخراج. بدلاً من الكتابة مباشرة إلى الطابعة ، على سبيل المثال ، تتم كتابة المخرجات على القرص. يمكن تشغيل البرامج حتى اكتمالها بشكل أسرع ، ويمكن بدء البرامج الأخرى في وقت أقرب عندما تصبح الطابعة متاحة ، وقد تتم طباعة المخرجات.

الجيل الرابع

مع استمرار تطوير LSI وهو اختصار لـ (Large Scale Integration ـ التكامل على نطاق واسع) في الدوائر والرقائق ونظم التشغيل دخلت في النظام. حيث تطورت تكنولوجيا المعالجات الدقيقة لدرجة أنه أصبح من الممكن بناء أجهزة (كمبيوتر – حاسوب) سطح مكتب قوية مثل أجهزة (كمبيوتر – حاسوب) المركزية في السبعينيات. وفي تلك الفترة كان هناك نظامين تشغيل فرضوا الهيمنة نظام MS-DOS الذي أصدرته شركة مايكروسوفت لجهاز (كمبيوتر – حاسوب) IBM وأجهزة أخرى باستخدام معالج Intel 8088 CPU والثاني هو نظام UNIX والتي يهيمن على أجهزة (كمبيوتر – حاسوب) الشخصية الكبيرة باستخدام معالج Motorola 6899 CPU family.

نظام التشغيل GM-NAA I/O | عام 1956

التي وضعتها روبرت باتريك من جنرال موتورز لاستخدامها على أجهزة الكمبيوتر المركزية IBM 704 تم تصميم نظام التشغيل المبكر هذا في المقام الأول للتبديل تلقائيا إلى الوظيفة التالية بمجرد الانتهاء من وظيفته الحالية. تم استخدامه على حوالي أربع أجهزة الكمبيوتر المركزية IBM 704.

نظام التشغيل Unix | عام 1969

والذي تم تطويره بواسطة مختبرات AT&T Bell والمبرمجين الذين أشرفوا عليه هم كين طومسون ـ (Ken Thompson) ودينيس ريتشي ـ (Dennis Ritchie) ودوغلاس ماكيلروي ـ (Douglas McIlroy) ووجو أوسانا ـ (Joe Ossanna). وقد حصل على قبول واسع النطاق أولا داخل شركة AT&T الكبيرة، ولاحقا من قبل الكليات والجامعات. وهو مكتوب في C، والذي يسمح لتسهيل التعديل والقبول وقابلية النقل.

نظام MS-DOS | عام 1981

تم تطويره بواسطة شركة Microsoft لأجهزة الكمبيوتر الشخصية IBM. كانت أول أنظمة تشغيل متاحة على نطاق واسع للمستخدمين في المنزل. في عام 1985 ، أصدرت شركة Microsoft نظام التشغيل Microsoft Windows ، حيث يأتي نظام Microsoft Windows للمستخدمين بواجهة مستخدم رسومية (GUI) ، مما أدى إلى نشر منتج Microsoft بسرعة.

نظام تشغيل Mac | عام 1984

تم تطويره بواسطة شركة Apple Computer، وكان يطلق عليه، كمبيوتر (Macintosh ـ ماكنتوش) المنزلي. تم الإعلان عن Macintosh على نطاق واسع. كان نظام التشغيل Mac OS هو أول نظام تشغيل مزود بواجهة مستخدم رسومية مدمجة. هذا يؤدي إلى نظام تشغيل مستقر للغاية، بالإضافة إلى قبول واسع نظرًا لسهولة استخدامه. صورة اعلان شركة ابل عام 1984

نظام تشغيل Linux | عام 1991

تم تطويره بواسطة Linus Torvalds كمتغير مجاني لـ Unix. اليوم Linux هو مشروع مفتوح المصدر يساهم بشكل كبير ويلعب دورًا بارزًا جدًا في صناعة الخوادم اليوم.

نظام تشغيل Windows NT | عام 1993

تم تطويرهـ بواسطة شركة مايكروسوفت كنظام تشغيل خادم متطور، حيث أصبح رمز NT هو الأساس لأنظمة التشغيل حتى يومنا هذا، تم استخدام NT بشكل أساسي على أجهزة الكمبيوتر المستخدمة كخوادم لمواجهة هيمنة نظام Unix.

نظام تشغيل Windows95 | عام 1995

تم تطويره بواسطة Microsoft ، وكان أول نظام تشغيل لـ Microsoft يحتوي على واجهة مستخدم رسومية مضمنة فيه. تم تسويقه بشكل هائل (بنجاح) وانتشر بسرعة في جميع أنحاء البلاد والعالم.

نظام تشغيل Windows98 | عام 1998

تم تطوير Windows 98 بواسطة Microsoft ، وكان التكرار التالي لنظام التشغيل Microsoft Windows95.

نظام تشغيل Windows 2000 | عام 2000

كان نظام التشغيل Windows 2000 ، الذي تم تطويره بواسطة Microsoft ، عبارة عن نظام تشغيل محسّن كثيرًا مقارنة بنظام التشغيل Windows 98. وقد تم تطويره من قاعدة رموز مختلفة تمامًا. كان موجها للاستخدامات التجارية الموجهة.

نظام تشغيل Windows XP | عام 2001

تم تطويره بواسطة شركة مايكروسوفت وكان ويندوز XP إصدار محسن من قاعدة بيانات ويندوز 2000. ومع مرور الوقت أصبح XP شعبي على نطاق واسع ويستخدم حتى اليوم بعض النظر عن صدور إصدارات أحدث ترى مستخدمين يستعملوا ويندوز XP.

نظام تشغيل Windows Vista | عام 2007

تم تطويره بواسطة شركة مايكروسوفت وكان به مشكلة وهي انه بطيء الاقلاع

نظام تشغيل Windows 7 | عام 2009

تم تطويره بواسطة شركة مايكروسوفت ليحل محل ويندوز فيستا ويتم يستخدم ويندوز 7 أكثر من 50% من مستخدمي الانترنت.

نظام تشغيل Windows 8 | عام 2012

تم تطويره بواسطة شركة مايكروسوفت ليحل محل ويندوز 7 وقد صدر في 26 أكتوبر 2012. ويندوز 8 هو نظام تشغيل من عائلة مايكروسوفت ويندوز، التي تنتجها مايكروسوفت لاستخدامها على الحواسيب الشخصية، ويدخل في ذلك الحواسيب المكتبية والتجارية، وحواسيب المركز الإعلامي.

نظام التشغيل Windows 10 | عام 2014

هو إصدار من نظام تشغيل الحواسيب ويندوز، والتي تنتجه شركة مايكروسوفت، تم كشف النقاب عنه في 30 سبتمبر 2014، وتم إصداره في 29 يوليو 2015. والذي ما لم يكن متوقعا أن اسم هذه النسخة الجديدة سيكون "ويندوز 10" وليس "ويندوز 9"

نظام التشغيل Windows 11 | عام 2021

يعد ويندوز 11 إصدارًا رئيسيًا قادمًا لنظام التشغيل ويندوز إن تي طورته مايكروسوفت أعلن عنه بتاريخ 24 يونيو 2021، خلفًا لويندوز 10، الذي تم إصداره قبل ست سنوات. سيتوفر ويندوز 11 كترقية مجانية لأجهزة ويندوز 10 المتوافقة من خلال تحديثات ويندوز والذي سيكون تاريخ الإصدار الأولي: 5 أكتوبر 2021

لم نتمكن من سرد التاريخ بالكامل وذلك عائد لطول التاريخ لكل شركة وشكرا لتفهمكم 😊