تم تصميم نظام تشغيل مختلف ليقوم بتنفيذ نفس البرامج وبنفس الترتيب كما في التدريب 4 ولكن مع إمكان استخدام محرك الأقراص والطابعة معا في الوحدة الزمنية الواحدة لوحدة المعالجة المركزية. وهذا يعني أنه عند انتهاء البرنامج 1. من استرداد الملف من القرص الصلب وبدء عملية الطباعة من الطابعة، فإن البرنامج 2.P سيبدأ في استرداد الملفات على الفور من القرص عند الانتهاء من استرداد الملف أو الملفات)، تبدأ الطابعة في الطباعة عندما تصبح متاحة. تستمر هذه العملية وصولا للتشغيل جميع البرامج
لا بد أنك على دراية بالمفاهيم الأساسية لشبكات الحاسب تتصل أجهزة الحاسب بعضها ببعض حيث تشكل شبكات للتواصل ومشاركة الموارد يمكن لكل حاسب في العالم الاتصال بآخر عبر الإنترنت أي الشبكة العالمية على نطاق واسع ستتعرف الآن على بعض الآليات الأساسية التي تمكن المعلومات من التنقل عبر الشبكات حتى تصل إلى وجهتها.
تحويل الحزمة
من أجل نقل الرسائل بين مختلف الأجهزة عبر الشبكات بطريقة أكثر فعالية، يتم تقسيم كل رسالة إلى حزم Packets مرقمة لها حجم متغير ولكن لا تتجاوز طول محدد
يتم إرسال الرسائل على شكل حزم من الجهاز المرسل لم يتم تجميعها في الجهاز المستقبل لإعادة تكوين الرسالة الأصلية هذه العملية )Packet Switching( أسمى تحويل الحزمة
الحزم المنفصلة المكونة للرسالة قد تأخذ عدة طرق عبر الشبكة للوصول إلى هدفها مما قد يؤدي إلى وصول تلك الحزم بشكل مختلف عن ترتيبها الأصلي، يقوم الجهاز المستقبل بإعادة ترتيب الحزم عند وصولها لإعادة إنشاء الرسالة الأصلية.
يسمح تصميم الشبكات الحديثة والإنترنت للحزم المختلفة بالوصول إلى وجهتها عبر أجهزة الشبكة المختلفة و تسمى الموجهات (Routers) عندما يتلقى الموجه الحزمة، فإنه يقرأ الوجهة ويقرر المسار المناسب لكي تصل إلى الموجه التالي المتصل به مباشرة حيث يقوم الموجه التالي بتكرار هذه العملية حتى تصل الحزمة إلى الموجه المتصل بالجهاز المستقبل عند وجود مسار مغلق بسبب عطل في موجه ما، أو كان هناك الكثير من الازدحام فإن الموجه يختار مسارا بديلا تمكن هذه الطريقة من نقل المعلومات عبر الشبكة بفعالية وسرعة.
بدير نظام التشغيل الذاكرة الرئيسة للحاسب لكي يتمكن من تحديد مواقع وضع التعليمات وبيانات البرامج بها يحتوي نظام التشغيل على نظام الملفات أيضاء الذي يختص بإدارة الملفات في وحدات التخزين أبطا.
افترض أن هناك برنامجا يحتوي على تعليمات وبيانات بالنظام الثنائي سيتم نقلها إلى الذاكرة الرئيسة بصورة منطقية سيعتبر البرنامج جميع عناوين الذاكرة الرئيسة متوافرة، لذلك فإن العناوين المنطقية هي أرقام من 0 إلى 10 على سبيل المثال، تكمن المشكلة في أن الذاكرة الرئيسة تتضمن عناوين أخرى متوافرة، ولكنها دون ترتيب، وعلى فرض أن عدد عناوين الذاكرة الرئيسة المتاحة بتجاوز عدد العناوين المنطقية، فإن نظام التشغيل سيخصص عنوانا ملموسا واحدا من الذاكرة الرئيسة لكل عنوان منطقي متوافر أكمل الجدول أدناه بناءً على مبدأ إدارة الذاكرة الذي تم ذكره سابقا.
لنستكشف بعض الأمور
تم تصميم نظام تشغيل مختلف ليقوم بتنفيذ نفس البرامج وبنفس الترتيب كما في التدريب 4 ولكن مع إمكان استخدام محرك الأقراص والطابعة معا في الوحدة الزمنية الواحدة لوحدة المعالجة المركزية. وهذا يعني أنه عند انتهاء البرنامج 1. من استرداد الملف من القرص الصلب وبدء عملية الطباعة من الطابعة، فإن البرنامج 2.P سيبدأ في استرداد الملفات على الفور من القرص عند الانتهاء من استرداد الملف أو الملفات)، تبدأ الطابعة في الطباعة عندما تصبح متاحة. تستمر هذه العملية وصولا للتشغيل جميع البرامج
في الوقت الخاص بالوحدة الزمنية السابعة، تنفذ وحدة المعالجة المركزية أحيانا تعليمات برنامج 2.P، وقد تنفذ برنامج 3. أيضا على فرض أن وحدة المعالجة المركزية في دورة الجلب والتنفيذ تشغل" تعليمات البرنامج 3.، يتعين عليك أن تملأ الفراغات في الصناديق الموجودة في الشكل أدناه بكتابة أسماء البرامج المناسبة وذلك بالاستعانة بالجدول الذي أكملته سابقا، إذا أعدت النظر إلى الرقمين الثنائيين (A) و (8) اللذين يتكون كل منهما من 1 بت، فيأخذ المدخل القيمة 0 أو 1وكذلك المدخل B، والإضافتهما معا يجب المرور بهذه المراحل.
سينفذ نظام التشغيل البرامج حسب ترتيبها الزمني، فأولا ينفذ البرنامج P1، وبعد أن ينتهي، سيبدأ في تنفيذ برنامج P2 وهكذا. يمثل الجدول أدناه الوحدات الزمنية المستغرقة من وقت بدء البرامج إلى انتهاء تنفيذ البرامج. وضح في الجدول أدناه التسلسل الزمني الذي يتبعه نظام التشغيل لتنفيذ البرامج الأربعة من القرص الصلب والطابعة
هل تساءلت يوما عن كيفية تنفيذ نظام التشغيل للتعليمات البرمجية، وكيف يمكن لهذا النظام تشغيل برنامجين أو أكثر بشكل متزامن ؟
افترض أن على الحاسب تشغيل أربعة برامج القراءة ملفات نصية من القرص الصلب المتصل بذلك الحاسب ثم طباعة محتوياتها على الطابعة يقوم نظام التشغيل بترتيب عملية قراءة وطباعة هذه الملفات حسب الأولوية، ويقاس ذلك بوحدة الثواني كما هو موضح في الجدول أدناه من المهم الإشارة إلى أن الوحدات الزمنية التي تستخدمها الطابعة أكبر بكثير من تلك
الموضحة في الجدول.
إن عملية تنظيم مخازن البيانات الثانوية - مثل الأقراص الصلبة - هي إحدى مهام نظام التشغيل. تذكر أن مخازن البيانات الثانوية تحتفظ بالبيانات عند فقدان الطاقة الكهربائية، ولذلك تستخدم لحفظ البرامج والبيانات التي تريد إبقاءها عند
إيقاف تشغيل الحاسب
يتم تنظيم وحفظ المعلومات المخزنة على القرص الصلب على شكل ملفات الملف هو اسم لمجموعة من البيانات المرتبطة معا وهي الوحدة المنظمة الرئيسة للقرص الصلب يمكن للملف أن يحتوي على برنامج أو بيانات من نوع واحد أو أكثر فمثلا برنامج متصفح الإنترنت والصورة الرقمية هما عبارة عن نوعين مختلفين من الملفات التي يمكن حفظهما على القرص الصلب في الحاسب الخاص بك.
إدارة أجهزة الإدخال والإخراج
يحتوي الحاسب القياسي على لوحة مفاتيح وشاشة للتواصل مع المستخدم وماسح ضوئي المسح الصور وطابعة للنسخ الورقية لوحة المفاتيح والماسح الضوئي من أجهزة الإدخال بينما الشاشة والطابعة من أجهزة الإخراج، تذكر أيضا أن هناك (أجهزة إدخال وإخراج) مثل أجهزة التخزين الثانوية يتم إدارة جميع هذه الأجهزة من خلال نظام التشغيل.
تتطلب التطبيقات المختلفة أجهزة إدخال أو إخراج مختلفة عند تشغيلها على سبيل المثال، إذا أرسلت ملفا للطباعة فسيحتاج نظام
التشغيل إلى الاتصال بالطابعة للتحقق من تشغيلها والبدء في إرسال البيانات الطباعة كل صفحة
يتم التحكم في كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز (Device Driver) بعد برنامج تشغيل الجهاز جزنا من نظام التشغيل أو يتم توفيره من خلال الشركة المصنعة للجهال يقوم نظام التشغيل بإرسال المعلومات الصحيحة إلى جهاز الإدخال أو الإخراج الصحيح ويتحكم أيضا في وصول كل عملية إلى الجهاز
تلخيصا لما سبق، يقوم نظام التشغيل بالأنشطة التالية:
تتبع جميع الأجهزة
تحديد أي عملية تصل إلى الجهاز وكم تحتاج من الوقت. توظيف الأجهزة بالطريقة الأكثر فعالية.
نظام الملفات هو عرض منطقي يقدمه نظام التشغيل للمستخدمين لكي يتمكنوا من إدارة المعلومات كمجموعة من الملفات ونظام الملفات يتم تنظيمه عادة بتجميع الملفات داخل مجلدات المجلد (Folder) هو اسم المجموعة من الملفات
قد يحتوي المجلد الرئيسي (Parent Directory) على مجلدات فرعية (Subdirectory)، ويمكنك إنشاء مجلدات متداخلة بعدد غير محدود حسب حاجتك لتنظيم بياناتك، تكون هذه المجلدات بنية هيكلية يمكن من خلالها عرض نظام الملفات كشجرة مجلدات، ويسمى المجلد الموجود في أعلى مستوى في الهيكلية بالمجلد الجذري (Root Directory
لا تعرف البرامج عناوينها مسبقا في الذاكرة، لذا فإن البرنامج يتعرف على تعليماته والبيانات باستخدام العناوين المنطقية يقوم نظام التشغيل برسم خريطة العناوين المنطقية للبرامج وما يقابلها من عناوين ذاكرة حقيقية في ذاكرة الوصول العشوائي، تسمى هذه العملية )Address binding( ربط العناوين
(2) إدارة العمليات
يجب أن يقوم نظام التشغيل أيضا بإدارة استخدام وحدة المعالجة المركزية من خلال العمليات الفردية. يمكن لعملية واحدة فقط تنفيذ جزء من تعليماتها في وحدة زمنية واحدة داخل وحدة المعالجة المركزية، ولذلك تمر كل عملية بدورة حياة الحالات عملية مختلفة حيث تكتسب وتفقد التحكم في وحدة المعالجة المركزية وبشكل أكثر تحديدا، تدخل العملية إلى النظام وتكون جاهزة للتنفيذ أو تصبح قيد التنفيذ أو تنتظر موردا، أو تم الانتهاء منها، شاهد ما يحدث للعملية خلال مرورها في كل مرحلة.
هل تتذكر دورة الجلب والتنفيذ؟ إن البرنامج المنفذ يتم تحميله في الذاكرة الرئيسة ويتم معالجة تعليماته واحدة بعد الأخرى داخل وحدة المعالجة المركزية، تدعم جميع أجهزة الحاسب تعددية البرامج (Multiprogramming)، وهي تقنية تعمل على حفظ مجموعة من البرامج داخل ذاكرة الوصول العشوائي في نفس الوقت هذه البرامج تتنافس للوصول إلى وحدة المعالجة المركزية لكي يتم تنفيذها، لذلك فإن مهمة نظام التشغيل في إدارة الذاكرة لكي يبقى على اطلاع بالبرامج المفتوحة وموقع كل منها داخل الذاكرة يدير نظام التشغيل استخدام وحدة المعالجة المركزية من خلال العمليات الفردية حيث يتم تنفيذ عملية واحدة فقط في كل وحدة زمنية داخل وحدة المعالجة المركزية. لذلك، تمركل عملية من خلال دورة حياة الحالات عملية مختلفة
يقوم نظام التشغيل بإدارة الذاكرة وذلك من خلال:
تتبع مكان وجود البرنامج داخل الذاكرة
تحويل عناوين البرنامج المنطقية إلى عناوين ذاكرة حقيقية.
بتعامل نظام التشغيل مع الذاكرة الرئيسة على أنها مخزن بيانات مستمر مقسم إلى مجموعات من الخانات الثنائية التي تحتوي على التعليمات أو البيانات كل جزء من هذا المخزن يجب أن يكون محددا بشكل فريد يتم تعريفه من خلال عنوان (Address)، تبدأ العناوين من الرقم ، وهو أول عنوان من عناوين الذاكرة.
