نظام التشغيل ما هو نظام التشغيل لمحة تاريخية عن تطور النظام الحاسوبي تطور نظم التشغيل النظم الدُفعية البسيطة Simple Batched Systems النظم الدُفعية متعددة البرمجة Multiprogramming Batched Systems نُظم تقاسم الزمن Time-Sharing System نُظم الحواسيب الشخصية Personal-Computer Systems النُظم التفرعية Parallel Systems النُظم الموزعة Distributed Systems نُظم الزمن الحقيقي Real -Time Systems الفصل الأول
ما هو نظام التشغيل برنامج يخدم كواجهة بين العتاديات والمستخدم (برامج التطبيقات). الهدف من نظام التشغيل: تنفيذ برامج المستخدمين وتسهيل عملهم جعل النظام الحاسوبي سهل الاستخدام استثمار العتاد الحاسوبي على نحو فعّال حكومة لا تقوم ذاتها بأي عمل مفيد. الفصل الأول
مكونات النظام الحاسوبي عتاد: يقدم الموارد الحسابية الأساسية (وحدة معالجة، ذاكرة، أجهزة دخل/خرج) نظام تشغيل: يتحكم وينظم استخدام العتاديات بين برامج التطبيقات لصالح عدة مستخدمين برامج التطبيقات: تعرف طريقة لاستثمار موارد النظام وتُستخدَم مسائل المستخدمين الحاسوبية (مترجمات، أنظمة قواعد معطيات، ألعاب، برامج تجارية،…) المستخدمين: أشخاص، أجهزة، حواسيب أخرى. الفصل الأول
أنظمة تصميم بمساعدة الحاسوب بنية النظام الحاسوبي لغة الآلة نظام التشغيل مفسر أوامر محررات نصوص (Editors) العتاد Hardware مترجمات Compilers برامج قواعد معطيات ألعاب نظام مصارف أنظمة تصميم بمساعدة الحاسوب أدوات الفصل الأول
لمحة تاريخية عن تطور الحاسوب الجيل الأول (جيل الصمامات): (1945-1955) Electronic Numerical Integrator and Computer: ENIAC University of Pennsylvania الوزن: 30 طن المساحة: 200 م2 الاستطاعة المستهلكة : 160 كيلو وات المكونات: 17.486 صمام، 6000 قاطع Universal Automatic Computer : UNIVAC طور عام 1951 حاسوب تجاري لا يوجد نظام تشغيل : تحكم يدوي البرمجة بترميز الآلة: Machine Code الفصل الأول
لمحة تاريخية عن تطور الحاسوب الجيل الثاني (جيل الترانزستورات): (1956-1963) Stretch, LARC IBM1401 نظام تشغيل بسيط (نظام دُفعي) عتاد إضافي: قارئ بطاقات مثقبة، أشرطة مغناطيسية، طابعة، أقراص مغناطيسية... لغة برمجة: Assembly, Fortran, Cobol الجيل الثالث (جيل الدارات المتكاملة): ( 1965-1971) دارات متكاملة جعلت الحواسيب أصغر وأسرع تطور العتاديات المرفقة نظم تشغيل محسنة: متعددة البرمجة، تقاسم الزمن، متعددة المستخدمين الفصل الأول
لمحة تاريخية عن تطور الحاسوب الجيل الرابع :( 1971) دارات عالية التكامل: Large Scale Integration، LSI، VLSI، ULSI المعالجات الصغيرة (MicroProcessors) Intel :4004, 8080,8086, 80186,80286 RISC Processors حواسيب متنوعة: Mainframe, Minicomputer, PC. نظم تشغيل متنوعة ومتطورة: تفرعية، شبكية، موزعة... الفصل الأول
تطور نظم التشغيل النظم الدُفعية البسيطة Simple Batched Systems النظم الدُفعية متعددة البرمجة Multiprogramed Batched Systems نُظم تقاسم الزمن Time-Sharing System نُظم الحواسيب الشخصية Personal-Computer Systems النُظم التفرعية Parallel Systems النُظم الموزعة Distributed Systems نُظم الزمن الحقيقي عودة التحكم إلى المراقب الفصل الأول
النظم الدُفعية البسيطة Simple Batched Systems تنفيذ سلسلة من الأعمال (Jobs) الواحد تلو الآخر. مثال: تنفيذ برنامج فورتران: تحميل شريط المترجم وتنفيذه، نزع شريط المترجم وتحميل شريط مترجم لغة المجمع وتنفيذه، تحميل البرنامج الغرضي الناتج وتنفيذه. مشغِّل operator : (مستخدم ± مشغِّل): خبرة وسرعة في تحميل البرامج وتشغيل النظام مراقب قاطن في الذاكرة: تحميل المهمة انتقال التحكم إلى المهمة عودة التحكم إلى المراقب قارئ بطاقات وحدة معالجة طابعة مثقب بطاقات الفصل الأول
النظم الدُفعية البسيطة Simple Batched Systems محتويات الذاكرة نظام التشغيل Operating System (Monitor) برنامج المستخدم User Program الفصل الأول
النظم الدُفعية البسيطة Simple Batched Systems Simultaneous Peripheral (Print) Operations On Line: Spooling تداخل عمليات الدخل/الخرج مع عملية الحساب لأعمال (برامج) أخرى Disk CPU دخل Input خرج Output الفصل الأول
النظم الدُفعية متعددة البرمجة Multiprogramed Batched Systems تحفظ عدة برامج في الذاكرة تنفذ مهمة واحدة إلى أن تنتهي أو تطلب عملية دخل خرج. انتقاء مهمة أخرى وتنفيذها (أو متابعة تنفيذها). مهمة 1 Job 1 نظام التشغيل Operating System مهمة 2 Job 2 مهمة 3 Job 3 الفصل الأول
النظم الدُفعية متعددة البرمجة Multiprogramed Batched Systems خصائص يزود النظام إجرائيات الدخل/الخرج مسواق دخل/خرج (Driver) يحصص النظام الذاكرة لعدة إجراءات إدارة الذاكرة يختار النظام أحد المهمات من أجل تنفيذها جدولة وحدة المعالجة يحجز النظام جهاز دخل/الخرج لأحد المهمات تحصيص الأجهزة الفصل الأول
نُظم تقاسم الزمن Time-Sharing System يتناوب على وحدة المعالجة عدة مهمات موجودة في الذاكرة أو على القرص تُحصص وحدة المعالجة لمهمة ما إذا كانت موجودة في الذاكرة فقط تُنقَل المهمة بين القرص والذاكرة يسمح ذلك بالحصول على نظام تفاعلي ويعطي إمكانية التفلية Debugging يسمح بإمكانية تعدد المستخدمين الفرق بين: تقاسم الزمن تعدد المهام تعدد المستخدمين الفصل الأول
نُظم الحواسيب الشخصية Personal-Computer Systems الحاسوب مخصص لمستخدم وحيد تلائم مع حاجات المستخدم من سهولة الاستخدام وسرعة الاستجابة لا تحتاج إلى استخدام متقدم لوحدة المعالجة لا تحتاج إلى حماية قوية الفصل الأول
النُظم التفرعية Parallel Systems عدة معالجات تتشارك الذاكرة والساعة مزايا زيادة قوة المعالجة اقتصادية زيادة الوثوقية (تعطل معالج لا يؤدي إلى توقف النظام) تعدد معالجات متناظرة كل معالج له نسخة مطابقة من نظام التشغيل كل معالج ينفذ إجراء مستقل مشكلة: عدم توافق في تقاسم الأعباء (معالج مشغول والآخرين غير مشغولين). تعدد معالجات غير متناظرة هناك معالج سيد Master، ومعالجات تابعة Slave. يوزع المعالج السيد المهام على المعالجات الأخرى. الفصل الأول
نظم الزمن الحقيقي Real-Time Systems تستخدم كأنظمة تحكم في تطبيقات خاصة (آلات صناعية، تجارب علمية،...) شروط زمنية معرفة جيداً نظم زمن حقيقي قاسية المهام الحرجة يجب أن تُنجز ضمن مدة محددة تخزن المعطيات في ذاكرة رئيسية (RAM, ROM) تتعارض مع نظم تقاسم الزمن نظم زمن حقيقي لينة المهام الحرجة لها الأولوية على غيرها. استخدام محدود في التحكم الصناعي والأتمتة مفيدة في حالة تطبيقات تعدد الوسائط والحقيقة الافتراضية الفصل الأول
النظم الموزعة Distributed Systems توزيع العمل على عدة معالجات لكل منها ذاكرته الخاصة تتخاطب المعالجات فيما بينها عن طريق ممر خاص أو شبكة،... فوائد تشارك الموارد زيادة سرعة المعالجة وتقاسم الحمل (Load Sharing) وثوقية توفير وسائل اتصال بين البرامج الفصل الأول
مراجع Operating Systems Concepts (4th Edition) Abraham Silberschatz & Peter Baer Galvin Addison Wesley Modern Operating Systems Andrew Tanenbum الفصل الأول