مفهوم أنظمة التشغيل للكمبيوتر وأنواعها

مفهوم أنظمة التشغيل

أنظمة التشغيل هي من أهم البرامج التي يجب تشغيلها على الكمبيوتر، فهو يدير ذاكرة الكمبيوتر وعملياته وبرامجه وأجهزته كلها، كما يُعدُّ وسيلة للتواصل بين المستخدم والحاسوب دون أن يكون لديه معرفة بكيفية التحدث بلغة الكمبيوتر.

وظيفة نظام التشغيل

يدير نظام تشغيل الكمبيوتر (OS) البرامج والأجهزة كلها الموجودة على جهاز الكمبيوتر؛ فتوجد غالباً برامج عدة مختلفة في الكمبيوتر تعمل معاً في الوقت نفسه وتحتاج إلى الوصول إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة والتخزين في جهاز الكمبيوتر، وهنا يأتي دور نظام التشغيل فهو ينسق ذلك للتأكد من حصول كل برنامج على ما يحتاج إليه.

كما تسمح أنظمة التشغيل الحديثة متعدِّدة المعالجات بنشاط عمليات عدة؛ إذ تشكل كل عملية “خيطاً” للحساب يُستخدم لتنفيذ برامج أحد أشكال المعالجة المتعددة يسمى مشاركة الوقت، تتيح لمستخدمين عديدين مشاركة الوصول إلى الكمبيوتر من خلال التبديل بينهم بسرعة؛ إذ يجب أن تحمي مشاركة الوقت من التداخل بين برامج المستخدمين.

تستخدم معظم الأنظمة ذاكرة افتراضية؛ فقد توجد الذاكرة أو “مساحة العنوان” المستخدمة بواسطة برنامج معين، في الذاكرة الثانوية مثل محرك الأقراص الثابتة الممغنطة، عندما لا يكون قيد الاستخدام الفوري ليُعاد لشغل ذاكرة الكمبيوتر الرئيسة الأسرع عند الطلب.

تعمل هذه الذاكرة الظاهرية على زيادة مساحة العنوان المتاحة للبرنامج كما تساعد على منع البرامج من التداخل مع بعضها بعضاً؛ لكنَّها تتطلَّب تحكماً دقيقاً من قبل نظام التشغيل ومجموعة من جداول التخصيص لتتبع استخدام الذاكرة؛ لكنَّ الوظيفة الأهم لنظام التشغيل الحديث هي تخصيص وحدة المعالجة المركزية؛ إذ يُسمح لكل عملية باستخدام وحدة المعالجة المركزية لفترة محدودة، قد تكون جزءاً من الثانية، ثمَّ يجب التخلي عن التحكم وتصبح معلقة حتى منعطفها التالي؛ إذ يجب أن يستخدم التبديل بين العمليات نفسها وحدة المعالجة المركزية مع حماية بيانات العمليات كلها.

أنواع أنظمة التشغيل

عادةً تُنصب أنظمة التشغيل على أي جهاز كمبيوتر عندما تشتريه مسبقاً؛ إذ يستخدم معظم الأفراد نظام التشغيل الذي يأتي مع أجهزتهم؛ لكنَّهم يستطيعون ترقيتها أو تغييرها، ومن أشهر أنظمة التشغيل الأكثر استخداماً للحواسيب هي Microsoft Windows وmac OS وLinux.

1. نظام Microsoft Windows

أطلقت شركة مايكروسوفت Microsoft نظام التشغيل Windows في منتصف الثمانينيات، وفي الوقت الحالي توجد إصدارات عدة مختلفة منه، لكن أحدثها هو Windows 11 وWindows 10، وقد أُصدر عام 2012 و2015 Windows 8 وWindows 7 2009 و2007 Windows Vista، يأتي نظام ويندوز Windows محملاً مسبقاً على أجهزة الكمبيوتر الجديدة في أغلبيتها، وهذا يجعله أكثر أنظمة التشغيل شيوعاً في العالم.

2. نظام macOS

نظام macOS أو كما هو معروف باسم OS X هو مجموعة من أنظمة التشغيل التي أنشأتها شركة آبل Apple يأتي محملاً مسبقاً على أجهزة الكمبيوتر Macintosh أو Mac، كما تتضمن بعض الإصدارات المحددة Mojave أُصدر في 2018 وHigh Sierra عام 2017 وSierra عام 2017.

بحسب بيانات StatCounter Global Stats يشكِّل مستخدمو macOS أقل من 10% من أنظمة التشغيل العالمية أقل بكثير من النسبة المئوية لمستخدمي Windows؛ أي أكثر من 80%، ويعود السبب في ذلك أنَّ حواسيب Apple أكثر تكلفة، لكن رغم ذلك يفضل بعض المستخدمين شكل macOS ومظهره على نظام Windows.

3. نظام Linux

نظام Linux أو كما تُنطق LINN-ux هي عائلة من أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر؛ بمعنى أنَّه يستطيع أي شخص في جميع أنحاء العالم تعديلها وتوزيعها، وهذا يجعله مختلفاً عن البرامج الاحتكارية بما يتضمن Windows ويندوز؛ إذ لا يُسمح لأي شخص تعديل هذه البرامج باستثناء الشركة التي تمتلكها.

تتمثل مزايا Linux لينوكس بأنَّه مجاني كما يحتوي على توزيعات أو إصدارات عديدة تستطيع الاختيار من بينها، وبحسب StatCounter Global Stats فإنَّ مستخدمي نظام لينوكس Linux يشكِّلون أقل من 2% من أنظمة التشغيل العالمية، لكن معظم الخوادم تعمل بنظام Linux لكونه سهل التخصيص نسبياً. من أبرز توزيعات لينوكس Ubuntu وLinux Mint وFedora.

نظرة إلى تاريخ أنظمة التشغيل

لم تكن أجهزة الكمبيوتر الرقمية الأولى على أنظمة التشغيل، فقد أداروا برنامجاً واحداً كل مرة يتحكم في موارد النظام كله، فقد طُوِّرت أنظمة التشغيل الأولى في منتصف خمسينيات القرن الماضي، وكانت عبارة عن “برامج مشرف” صغيرة توفر عمليات الإدخال أو الإخراج الأساسية، بما يتضمن التحكم في قارئات البطاقات المثقوبة والطابعات والاحتفاظ بحسابات استخدام وحدة المعالجة المركزية للفوترة.

كما وفرت برامج المشرفين إمكانات البرمجة المتعددة لتمكين برامج عدة من العمل في وقت واحد، يفيد في الآلات المبكرة التي تُقدَّر بملايين الدولارات في وضع الخمول في أثناء عمليات الإدخال أو الإخراج البطيئة.

اكتسبت أجهزة الكمبيوتر أنظمة تشغيل أكثر قوة في الستينيات مع ظهور مشاركة الوقت، التي تطلبت نظاماً لإدارة مستخدمين عديدين يتشاركون الوقت ووحدة المعالجة المركزية ومحطاتها، ووُجد نظامان لمشاركة الوقت مبكراً هما نظام CTSS وهو نظام مشاركة الوقت المتوافق الذي طُوِّر في معهد “ماساتشوستس” للتكنولوجيا، ونظام كلية “دارتموث” الأساسي الذي طُوِّر في كلية “دارتموث”.

من بين الأنظمة الأخرى متعددة البرامج نظام “أطلس” في جامعة “مانشستر” في إنجلترا، ونظام التشغيل OS /360 الخاص بشركة IBM، الذي يُحتمل أن يكون حزمة البرامج الأكثر تعقيداً في الستينيات.

أصبح نظام Multics بعد عام 1972 الخاص بحاسوب GE 645 التابع لشركة “جنرال إلكتريك” ولاحقاً لأجهزة الكمبيوتر التابعة لشركة Honeywell Inc هو النظام الأكثر تعقيداً، مع معظم إمكانات البرمجة المتعددة ومشاركة الوقت التي أصبحت قياسية فيما بعد.

كانت أجهزة الكمبيوتر الصغيرة في السبعينيات من القرن الماضي ذات ذاكرة محدودة وتتطلب أنظمة تشغيل أصغر، وفي ذلك الوقت كان نظام التشغيل الأهم في تلك الفترة هو UNIX الذي طورته AT&T لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة والكبيرة بصفته بديلاً أبسط لنظام Multics، وقد استُخدم على نطاق واسع في الثمانينيات ويعود ذلك جزئياً إلى أنَّه كان مجانياً للجامعات وجزئياً؛ لأنَّه صُمِّم بمجموعة من الأدوات التي كانت قوية في أيدي المبرمجين المهرة.

لكن في المدة الأخيرة أصبح Linux شائعاً على أجهزة الكمبيوتر الشخصية وكذلك على أجهزة الكمبيوتر الأكبر، وهو إصدار مفتوح المصدر من UNIX طُوِّر جزئياً بواسطة مجموعة بقيادة طالب علوم الكمبيوتر الفنلندي “لينوس تورفالدس” “Linus Torvalds”، وجزئياً بواسطة مجموعة أخرى بقيادة مبرمج الكمبيوتر الأمريكي “ريشارد ستالمان” “Richard Stallman”.

إضافة إلى هذه الأنظمة ذات الأغراض العامة توجد أنظمة ذات أغراض خاصة على أجهزة الكمبيوتر الصغيرة التي تتحكم في خطوط التجميع والطائرات وحتى الأجهزة المنزلية؛ فهي مُصمَّمة لتوفير استجابة سريعة لأجهزة الاستشعار، واستخدام مدخلاتها للتحكم في الآلات من وجهة نظر المستخدم أو برنامج التطبيق.

إذ يوفر نظام التشغيل الخدمات وبعض هذه الأوامر هي أوامر مستخدم بسيطة مثل “dir” – إظهار الملفات الموجودة على القرص – في حين أنَّ بعضها الآخر هو “مكالمات نظام” منخفضة المستوى قد يستخدمها برنامج رسومات لعرض صورة ما.

في الحالتين كلتيهما يوفر نظام التشغيل وصولاً مناسباً إلى عناصره، وجداول مواقع القرص في إحدى الحالات وإجراءات نقل البيانات إلى الشاشة في الحالة الأخرى، وبعض إجراءاتها، تلك التي تدير وحدة المعالجة المركزية والذاكرة؛ إذ تستطيع الوصول إليها عموماً فقط إلى أجزاء أخرى من نظام التشغيل.

تستخدم أنظمة التشغيل الحديثة واجهة مستخدم رسومية أو ما يطلق عليه مسمى GUI؛ إذ تسمح واجهة المستخدم الرسومية للمستخدم باستخدام الفأرة للنقر فوق الرموز والأزرار والقوائم، فيُعرض كل شيء بوضوح على الشاشة من خلال مجموعة من الرسومات والنصوص.

تأتي كل واجهة مستخدم رسومية GUI لنظام التشغيل بشكل ومظهر مختلفين؛ لذا إذا بدلت إلى نظام تشغيل آخر ستشعر أنَّ هناك شيء غير مألوف بداية، لكن على الرَّغم من ذلك، صُمِّمت أنظمة التشغيل الحديثة لتكون سهلة الاستخدام وتشترك في معظم المبادئ الأساسية.

كما توفر أنظمة التشغيل أيضاً خدمات الشبكة وقدرات مشاركة الملفات والقدرة على مشاركة الموارد بين الأنظمة من مختلف أنواع الأنظمة، بما يتضمن Windows وUNIX، كما أصبحت هذه المشاركة ممكنة من خلال إدخال بروتوكولات الشبكة بما في ذلك: TCP / IP الخاص بالإنترنت.

في الختام:

توفر أنظمة التشغيل كل ما يحتاج إليه جهاز الكمبيوتر ليعمل جيداً.