شنبه 29 آذر 1393 | به روز شده: 33 دقیقه قبل

HAMSHAHRIONLINE

The online version of the Iranian daily Hamshahri
ISSN 1735-6393
یکشنبه 20 مرداد 1387 - 13:59:51 | کد مطلب: 60211 چاپ

مفاهیم: سیستم عامل چیست؟

فضای سایبر > نرم‌ افزار - همشهری آنلاین - رشید عسگری:
اگر حتی یک بار هم با کامپیوتر کار کرده باشید، یا اسم «ویندوز» را شنیده‌اید یا نام «سیستم عامل». کامپیوتر شما یا دارای ویندوز است و یا اگر ساخت شرکت مکینتاش است با سیستم OS X کار می‌کند.

بعضی از کامپیوتر‌های سرور نیز از سیستم «لینوکس» و یا «یونیکس» استفاده می‌کنند.

در حقیقت سیستم عامل اولین نرم افزار کاربردی نصب شده روی کامپیوتر شماست. شاید برایتان جالب باشد که بدانید بسیاری از دستگاه‌های دیجیتالی اطرافتان دارای سیستم عامل هستند.

از گوشی تلفن همراه گرفته تا «آی‌پاد» و نقطه دسترسی بیسیم (Wireless Access Point) منزل یا محل کارتان.ولی فر مایکروویو منزلتان دارای سیستم عامل نیست.

پرونده‌ها:

more

  چطور اینترنت کار می‌کند / مفاهیم و چطورهای دیجیتال / تاریخچه کامپیوتر / شرکت‌های فناوری جهان / فناوری‌های دیجیتال / نرم‌افزار / سخت افزار

در حقیقت نیازی به سیستم عامل ندارد چون تمامی تنظیمات و کارکرد آن در چند خط برنامه خلاصه شده است و در یک حافظه کوچک ذخیره شده. گوشی‌های تلفن همراه آنقدر پیشرفته شده‌اند که این‌روزها سیستم عامل اکثر تلفن‌های همراه پیشرفته تر و پیچیده تر از سیستم عامل‌های کامپیوترهای 20سال گذشته است.

نیاز دستگاه‌های دیجیتالی و مخصوصاً کامپیوتر به سیستم عامل از آنجا شروع می‌‌شود که با استفاده از سیستم عامل می‌توان کار اجزای سخت افزاری آن‌ها را مدیریت کرد. و یا حتی اجزای سخت افزاری آن‌ها را تحت سیستم عامل کنترل کرد. این امر برای یک کامپیوتر شامل اضافه کردن برنامه‌ها و تغییر در ساختار خود سیستم عامل است.

وقتی برنامه‌ای را روی کامپیوتر خود نصب می‌کنید، قطعات کامپیوترتان تحت فرمان آن برنامه در می‌آیند. برای مثال وقتی با یک برنامه اجرای موسیقی کار می‌کنید، کارت صدای کامپیوترتان با برنامه پخش موسیقی همکاری می‌کند و یک آهنگ یا فایل صوتی را از طریق بلندگوی کامپیوترتان پخش می‌کند.

این ارتباط بین نرم افزار و سخت افزار توسط سیستم عامل انجام می‌‌شود. این تنها قسمتی از کار سیستم عامل است. تا اینجا با اهمیت کار سیستم عامل پی بردید. بیایید به درون سیستم عامل نگاهی بیندازیم تا کارکرد آن را بهتر درک کنیم.

در ابتدایی ترین نگاه اساس و بنیان کار سیستم عامل مدیریت سخت افزار است. از مدیریت سخت افزار‌هایی مثل کارت گرافیک و کارت صدا گرفته تا مدیریت ذخیره اطلاعات روی حافظه‌ها و هارد دیسک. همچنین سیستم عامل اطلاعات را برای پردازش به سمت پردازشگر هدایت می‌کند. این امر شامل قسمتی دیگر نیز هست.

اگر هزاران برنامه مختلف روی کامپیوترتان نصب کنید و یا اگر چندین سخت افزار جدید به کامپیوترتان اضافه کنید، سیستم عامل بدون تغییر ظاهری باقی می‌ماند. یکی از هدف‌های سازندگان سیستم‌های عامل همین است. اینکه سیستم عامل خود را انعطاف پذیر و سازگار با سیستم‌های دیگر بسازند.

از انواع مختلف سیستم عامل می‌توان به چند سیستم زیر اشاره کرد:

• Real-Time Operating System: در دستگاه‌های صنعتی کاربرد دارد. دستگاه‌هایی مثل CNC که برای انجام تراش قطعات صنعتی به نوعی برنامه نویسی نیاز دارد. این نوع سیستم‌ها توانایی تغییر بسیار کمی دارند و هر بار که کاری توسط دستگاه انجام می‌‌شود آن را در زمان معین و ثابتی انجام می‌دهد.
• Single-User ,Single-Task: همان طور که از نام آن پیداست فقط برای کار توسط یک کاربر در یک زمان است. سیستم عامل Palm نمونه مناسبی برای این سیستم است.
• Single-User ,MultiTasking: این همان سیستم عاملی است که در کامپیوتر از آن استفاده می‌‌‌شود و به یک کاربر اجازه اجرای چندین برنامه را می‌دهد.سیستم عامل‌های ویندوز و مکینتاش از این نوع هستند.
• Multi User: این نوع سیستم به چندین کاربر توانایی استفاده همزمان و دسترسی به برنامه‌های مختلف را در یک زمان ثابت می‌دهد. سیستم عامل‌ «یونیکس» و سیستم عامل‌های ابرکامپیوتر‌ها مانند MVS از این قبیل هستند.

در اینجا کمی سخت است که بین سیستم عامل‌های شبکه و سیستم عامل‌های MultiUser تفاوت قایل شد. سیستم عاملی مثل ویندوز 2000 در حقیقت مانند باقی ویندوزها یک سیستم عامل SingleUser است و تفاوت آن با سیستم عامل‌های MultiUser این است که تنظیمات شبکه و اطلاعات کاربران شبکه فقط به صورت یک برنامه روی آن اجرا می‌‌شود و کاربران دیگر شبکه توسط سیستم عامل ویندوز 2000روی شبکه قرار می‌گیرند و باقی کارکرد آن‌ها توسط سیستم عامل کامپیوتر خودشان انجام می‌گیرد.

وقتی کامپیوترتان را روشن می‌کنید، برنامه‌ای به نام      ( POST(Power-On Self Test از روی ROM اجرا می‌شود. این برنامه کوچک، تمام قطعات کامپیوتر را چک می‌کند. ابتدا پردازشگر و بعد RAM و BIOS [چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟]. سپس برنامه دیگری از ROM اجرا می‌‌‌‌شود که هارد دیسک شما را فعال می‌سازد و به دنبال اولین قسمت سیستم عامل یعنی BootstrapLoader می‌گردد. Bootstrap سیستم عامل را به ترتیب اجرا می‌کند تا جایی که کنترل کامپیوتر را به آن می‌سپارد.

پیش از این گفتیم که مدیریت و هدایت پردازش‌های کامپیوتر توسط سیستم عامل انجام می‌شود. مدیریت پردازش شامل تقسیم بندی و اولویت دهی به پردازش‌ها است. نرم افزاری که سیستم عامل برای اینکار از آن استفاده می‌کند به نام Process یا  Thread معروف است.

در حقیقت سیستم عامل کار برنامه‌ها را به صورت پردازش در می‌آورد و آن‌ها را به پردازشگر می‌فرستد. مشکلی که در اینجا با آن روبرو می‌‌شویم این است که پردازشگر فقط توانایی انجام یک پردازش در یک لحظه را دارد. برای اینکه کار سیستم MultiTask یا چند کاره به نظر برسد، پردازشگر باید چندین بار در هر لحظه به چندین پردازش مخ تلف بپردازد. بیایید به این عملیات به صورت نزدیک‌تری نگاه کنیم.

فرض کنید دو برنامه داریم که هر کدام پردازش‌های خود را به پردازشگر می‌فرستد. ابتدا برنامه‌ای که اولویت بیشتری دارد پردازش می‌شود. پردازش اول کامل نمی‌شود و پردازشگر اطلاعات برنامه اول را تا جایی که پردازش شده، ضبط می‌کند. سپس نوبت به برنامه دوم می‌رسد. همین اتفاق برای برنامه دوم می‌افتد. سپس پردازشگر از همانجایی که برنامه اول متوقف شده شروع به پردازش می‌کند. و بعد نوبت به تمام کردن پردازش دوم می‌رسد. این اطلاعات پردازش‌ها در قسمتی از RAM به نام Process Control Block ذخیره می‌‌شود. این اطلاعات شامل شماره مخصوصی است که به هر پردازش داده می‌شود. اولویت پردازش، محلی که پردازش درآنجا متوقف شده، تعداد فایل‌هایی که توسط پردازش‌ها باز شده و اطلاعات سخت افزار‌های خروجی/ ورودی که توسط پردازش مورد استفاده قرار گرفته‌اند، نیز در این اطلاعات وجود دارد.

هر پردازشی با توجه به اولویت و مرحله‌ای که در آن قرار دارد یک وضعیت (Status) دریافت می‌کند. برای مثال پردازشی که برای اجرا شدن نیاز به دستور کاربر دارد، تا زمانی که این دستور برای مثال توسط فشاردادن دکمه صفحه کلید وارد نشود، این پردازش به صورت غیر فعال و در حالت انتظار (Pending) قرار می‌گیرد و در این حالت پردازشگر را مشغول نمی‌سازد.

عملیات تغییر وضعیت پردازش‌ها و جابجایی بین آن‌ها نیز بخشی از ظرفیت پردازشگر را اشغال می‌کند. اگر سیستم عامل در انجام این عملیات دارای خطا باشد، بجای کنترل کردن درست پردازش‌ها و هدایت آن‌ها به سمت پردازشگر تمام ظرفیت پردازشگر را برای جابجا کردن پردازش‌ها صرف می‌کند. این کار سرعت کامپیوتر را به شدت کاهش می‌دهد. این مشکل به Thrashing معروف است.

توضیحاتی که تا اینجا داده شد برای سیستم ‌هایی است که با یک پردازشگر کار می‌کند. سیستم عامل‌های Asymmetric(نا متقارن)  کار‌های مخصوص به خود را توسط یک پردازشگر انجام می‌دهند و پردازش‌های دیگر را با پردازشگر‌های دیگر تقسیم می‌کنند. پردازشگر‌های Symmetric(متقارن) تمام پردازش‌ها و حتی پردازش‌های داخلی خود را با تمام پردازشگر‌ها تقسیم می‌کنند.

وظیفه بعدی سیستم عامل مدیریت حافظه کامپیوتر است. برای توضیح این کار بیایید به یک مثال توجه کنیم.
کامپیوتری را فرض کنید که دارای یک گیگابایت (1000مگابایت) RAM است و سیستم عامل برای شروع نیاز به 300مگابایت RAM و سخت افزار‌ها و گرداننده های آن‌ها(Driver) نیز نیاز به 200مگابایت ازRAM دارند. در اینجا سیستم 500مگابایت RAM برای اجرای برنامه‌ها و انجام پردازش‌ها دارد. اطلاعات در RAM در حجم‌های مختلف بسته‌بندی می‌شوند. این حجم بستگی به تنظیمات سیستم دارد. اگر این مقدار 2کیلوبایت باشد تمام بسته‌هایی که به RAM منتقل می‌شوند 2کیلوبایت خواهند بود. هر کدام از بسته‌ها نیز با 4 یا 8 بایت در ابتدا و انتهای آن‌ها بسته می‌شود. این ابتدا و انتها به شناسایی بسته‌ها کمک می‌کند. با اطمینان حاصل کردن از این امر، سوال بعدی این است که وقتی که این 1گیگابایت RAM تمام شد، سیستم چگونه کار خواهد کرد؟

ارتقاء RAM اکثر کامپیوترها امکان پذیر است ولی اگر به مثال بالا که تقریباً واقعی و کاربردی است توجه کنید، متوجه می‌شوید که اگر کامپیوتر شما فقط به این ترتیب کار کند، برای اجرا هر برنامه نیاز به یک RAM اضافی دارید. ولی در حقیقت کامپیوتر به نحوی دیگر کار می‌کند. در هر لحظه پردازشگر تنها به یک نقطه از RAM دسترسی پیدا می‌کند و بعضی از اطلاعات وقتی که برای یک بار مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای مدت زیادی بدون استفاده باقی می‌مانند. با انتقال این اطلاعات به هارد دیسک، می‌توان فضای RAM را برای فعالیت‌های مهم‌ تر خالی کرد. این تکنیک جابجا کردن اطلاعات از RAM به هارد دیسک Virtual Memory Management نامیده می‌شود.

هارد دیسک تنها یکی از انواع حافظه‌هاست که توسط سیستم عامل مدیریت می‌شود. دسته بندی این حافظه‌ها به ترتیب سرعت به صورت زیر است:

• High-Speed Cache: این نوع حافظه دارای ارتباط مستقیم با پردازشگر است و به پردازشگر در دسترسی به اطلاعات کمک می‌کند. [چطورCache کار می‌کند؟]
• Main Memory: که همان RAM است. [چطورRAM کار می‌کند؟]
• Secondary Memory: این نوع حافظه که معمول‌ترین نوع آن حافظه دائمی یا همان هارد دیسک است، تحت مدیریت حافظه سیستم عامل به صورت Virtual RAM در می‌آید.
سیستم عامل مسئولیت ایجاد توازن بین این حافظه‌ها که همان منابع کامپیوتر هستند را دارد.

ارتباط بین سخت افزار کامپیوتر و سیستم عامل توسط برنامه‌ای به نام «گرداننده» (Driver) کنترل می‌شود. وظیفه این برنامه ترجمه سیگنال‌های الکتریکی به برنامه‌های نرم افزاری و برعکس است. این برنامه نیز مانند سایر برنامه‌ها کار می‌کند ولی تنها وقتی فعال می‌شود که سخت افزار مربوط مورد استفاده قرار گیرد و در غیر این صورت در حالت انتظار(Pending) می‌ماند.

گرداننده معمولاً جدا از سیستم عامل کار می‌کنند. به این دلیل که با تغییر در ساختار سخت افزار، نیازی به تغییر سیستم عامل نباشد.

مدیریت سخت افزار ورودی و خروجی به معنی مدیریت کردن سرعت بارگذاری اطلاعات از سخت افزار بر روی پردازشگر است. این امر شامل مدیریت این بارگذاری به ترتیبی است که پردازشگر توانایی پردازش اطلاعات این سخت افزار به طور منظمی را داشته باشد.

تا اینجا متوجه شدید که کار سیستم عامل مدیریت تمامی منابع کامپیوتر است. منابع کامپیوتر شامل چرخه‌های پردازش (Cycle) و حافظه‌ها و تمامی سخت افزار است. هر قدر هم که منابع کامپیوترتان پیشرفته و گسترده باشد، بدون داشتن سیستم عامل مناسب نمی‌توانید از هیچ کدام آن‌ها بهره‌مند شوید.

انتخاب سردبیر

روند رو به رشد قیمت سکه در بازار معاملات آتی

همزمان با افزایش قیمت دلار و سکه، قیمت هر سکه براساس بازار معاملات قرارداد‌های آتی در بورس کالا به مرز یک میلیون و ۲۰۰ هزار تومان رسید، تحلیل هشدار برانگیز کارشناسان بر این محور استوار است که علت این موضوع پیش‌بینی افزایش قیمت دلار در آینده است.

رفع ابهام درباره یک نگرانی شایع زنانه

بیشتر کیست‌ها هیچ نشانه‌ای ندارند و خانمی که کیست دارد ممکن است تا چکاپ بعدی خود نزد متخصص زنان متوجه وجود کیست در بدنش نشود. در اصل کیست تا خیلی بزرگ یا پاره نشود یا نچرخد، هیچ علامتی را نشان نمی‌دهد.

معمار حباب نمی‌سازد

همشهری‌آنلاین: ریخ شاهد آرزوهای پادشاهانی بوده که در هوس داشتن باغ‌های معلق ارم و بهشت شداد بناهایی ساخته‌اند و هنر معماری توانسته آرزوها و توهماتی اینچنین را به عالم واقع بکشاند.

تأخیر اتحادیه نانوایان در ابلاغ مصوبه کاهش قیمت نان

با وجود مصوبه ۲۳ آذر‌ماه کارگروه تنظیم بازار برای قیمت نان با اصلاح نرخ و وزن، ابلاغ نشدن بموقع این مصوبه توسط اتحادیه نانوایان تهران به نانوایی‌ها موجب تداوم گرانفروشی انواع نان سنتی در تهران و شمیرانات با اعمال نرخ‌های قبلی‌شد.

روز بعد از پایان جنگ سرد میان آمریکا و کوبا

نیلوفر قدیری: عصر روز چهارشنبه وقتی کوبا یک زندانی آمریکایی را بعد از ۵ سال آزاد کرد، هیچ‌کس به غیر از باراک اوباما و رائول کاسترو در واشنگتن و هاوانا، نمی‌دانست که این آزادی قرار است پیش‌خبر پایان نیم قرن جنگ سرد میان آمریکا و کوبا و عادی‌سازی‌ روابط دوطرف باشد.

آشپزی پاییزی

سمیرا نعمتیان: یک غذای ویژه برای شب یلدا و مناسب شب‌های سرد

می دونی؟! خدا هم قهرش می‌گیره

یکتا فراهانی: صدای بسته شدن در، مثل پتک توی سرش کوبیده می‌شود؛ این چندمین بار است که تا دعوایشان می‌شود قهر می‌کند و از خانه بیرون می‌رود. حالا باید چکار کند؟

شما کدام گلدان را انتخاب می‌کنید؟

فاطمه محمدی‌فاضل: ممکن است زیبایی یک ظرف قدیمی شما را برای کاشتن گل و گیاه در داخل آن وسوسه کند اما اگر می‌خواهید این وسوسه هیجان‌انگیز نتیجه موفقی هم در‌پی داشته باشد، پیشنهاد می‌کنیم آشنایی با گلدان‌های زیر و درنظر گرفتن گلدان مناسب برای هر گیاه را در تصمیمات خود لحاظ کنید و ضمن استفاده از آنها در آپارتمان، بالکن، پشت‌بام یا حیاط خانه خود، از داشتن فضایی سبز و زیبا لذت ببرید.

دور جدید تحریم‌های غرب علیه روسیه

درحالی‌که ولادیمیر پوتین رئیس‌جمهور روسیه در آخرین نشست خبری خود در سال‌جاری میلادی اعلام کرد که کشورش ظرف ۲ سال می‌تواند از زیر بار تحریم‌های غرب بیرون‌آید و مشکلات اقتصادی خود را حل کند اتحادیه اروپا و آمریکا گام‌های جدیدی برای فشار بیشتر بر مسکو برداشته‌اند تا جنگ سرد جدید دوطرف شدید‌تر از گذشته شود.

دوباره خبر درگذشت، دوباره تکذیب

همشهری آنلاین: خبر درگذشت محمدعلی کشاورز در شبکه‌های اجتماعی بازهم پیچیده است.اما پرستار شخصی محمدعلی کشاورز دوباره این خبر را تکذیب کرد. این ماجرای چندین باره رسانه‌هاست.

یارانه نقدی ۴ساله شد ؛ تداوم نابرابری

علیرضا سلطانی: ۴ سال از اجرای قانون هدفمندی یارانه‌ها گذشت. ۲۸آذرماه سال۸۹، رئیس‌جمهور وقت در یک برنامه تلویزیونی فرمان انقلاب بزرگ اقتصادی را صادر کرد؛ فرمانی که قرار بود اقتصاد ایران را در مسیر درست قرار دهد و دست‌اندازهای بزرگ را از سر راه آن بردارد اما این اتفاق نه‌تنها صورت نگرفت بلکه دست‌اندازی بر دست‌اندازهای گذشته اضافه شد و به اعتقاد بسیاری کارشناسان، اقتصاد ایران از چاله به چاه افتاد.

۵۳ نفر قربانی سوءمصرف الکل در ۷ ماه

همشهری آنلاین: مسئول امور آزمایشگاه‌های سازمان پزشکی قانونی کشور گفت: ۵۳ تن به دلیل سوء مصرف الکل طی هفت ماه اخیر جان خود را از دست دادند.

توافق سران اتحادیه اروپا برسر برنامه سرمایه گذاری

همشهری آنلاین: نشست رهبران اتحادیه اروپا در بروکسل، پایتخت بلژیک پنجشنبه و یک روز زودتر از آنچه انتظار می رفت با توافق برسر برنامه سرمایه گذاری پایان یافت.

رای مثبت سازمان ملل به قطعنامه حق مردم فلسطین در تعیین سرنوشت خود

همشهری آنلاین: مجمع عمومی سازمان ملل با اکثریت آراء پیش‌نویس قطعنامه‌ای با عنوان حق مردم فلسطین در تعیین سرنوشت‌ خود را تصویب کرد که این اقدام در پی رای مثبت ۱۸۰ کشور به این پیش‌نویس صورت گرفت.

کشف جسد ۸ کودک در خانه ای در استرالیا

همشهری آنلاین: پلیس شهر کنز در ایالت کوئینزلند در شمال استرالیا از کشف جسد ۸ کودک در یک خانه خبر داده است.

گزارش یک تشکیلات حقوق بشری از جنایات داعش علیه اهالی یک روستا در سوریه

همشهری آنلاین: یک تشکیلات حقوق بشری سوری نسبت به کشته شدن دستکم ۱۰۰۰ تن از اهالی یک روستا در سوریه تحت کنترل داعش بر اثر اصابت گلوله اظهار نگرانی کرد.

۷۸ درصد تردد زائران حسینی از مرز مهران انجام شد/ کاهش ۷.۵ درصد تلفات سوانح رانندگی در یک سال اخیر

همشهری آنلاین: اسکندر مومنی رئیس پلیس راهور ناجا با اشاره به افزایش ۱۰ درصدی تردد در جاده‌های کشور در یک سال اخیر گفت: حجم تلفات جاده‌ای اما کاهش ۷.۵ درصدی داشته است.

روغن نارگیل: مقید یا مضر؟

همشهری آنلاین: پژوهشگران تا همین چندی پیش مصرف روغن نارگیل را به عنوان یک غذای به ظاهر گیاهی اما واجد درصد بالایی از چربی‌های اشباع‌شده را منع می‌کردند. اکنون اما همین فراورده غذایی به عنوان یک ابرغذای جدید جذاب دوباره سروکله‌اش پیدا شده است.