سیستم عامل

سیستم عامل( به انگلیسی Operating system) یا به اختصار OS، نرم افزاریست که سخت افزار کامپیوتر و نرم افزار های دیگر را مدیریت می کند. سیستم های عامل با زمان بندی کردن کار ها و مولتی تسکینگ، استفاده از منابع موجود مانند رم و CPU و … را بهینه سازی می کنند.

در بخش سخت افزاری مانند ورودی/خروجی و تخصیص حافظه، سیستم عامل مانند یک واسط بین برنامه ها و سخت افزار کامپیوتر عمل می کند، هرچند برنامه ها معمولا مستقیما از طریق سخت افزار اجرا می شوند اما دائما با سیستم عامل در ارتباط هستند و توسط آن کنترل می شوند.

سیستم های عامل را می توان روی بسیاری از دستگاه هایی که شامل کامپیوتر(دستگاهی که دارای CPU است) هستند پیدا کرد. از تلفن های همراه و کنسول های بازی تا سرور های وب و ابرکامپیوتر ها.

اما سیستم عامل چگونه کار می کند؟

روشن شدن کامپیوتر و لود شدن سیستم عامل

یکی از قطعات مهم موجود در کامپیوتر که وظیفه ی راه اندازی سیستم های لازم در کامپیوتر را بر عهده دارد، “رام”(ROM) نام دارد. ROM خلاصه ی Read Only Memory است که معادل فارسی آن “حافظه ی فقط خواندنی” است، به این معنی که اطلاعات آن برخلاف هارد دیسک و رم قابل تغییر و حذف نیستند.

هرچند در کامپیوتر های مدرن ROM ها از نوع Flash memory هستند. Flash memory نوعی از EEPROM است که به قابلیت حذف و برنامه نویسی مجدد را بدون نیاز به جدا شدن از مادربرد دارد.

هنگامی که کامپیوتر روشن می شود، CPU ابتدا به آدرسی در رام که BIOS* در آن ذخیره شده است می رود. BIOS برنامه ایست که در پس از روشن شدن کامپیوتر فرایند دسترسی CPU به اجزای مختلف کامپیوتر را انجام میدهد و همچنین برنامه ی دیگری به نام Bootloader را اجرا می کند.

رام حافظه ی نسبتا کوچکی است و نمی تواند دستورالعمل های زیادی را در خود ذخیره کند، به همین دلیل برای لود کردن سیستم عامل و چک کردن درایو ها، بوت لودر را لود می کند. سپس بوت لودر که برنامه ای بزرگتر از BIOS است سیستم عامل را از درایوی که در آن نصب شده است، روی رم لود می کند.

پس از لود شدن، سیستم عامل کنترل کامپیوتر را به دست می گیرد.

*در کامپیوتر های جدید تر دیگر از BIOS استفاده نمی شود و جای خود را به UEFI داده است. UEFI قابلیت پشتیبانی از حافظه های بسیار حجیم تری نسبت به BIOS را دارد. هرچند بر حسب عادت در گفتگوی عادی هنوز از آن را با نام BIOS صدا می کنند

اجزای سیستم عامل

هسته(kernel)
شبکه و نتوورک
رابط کاربری

هسته

در یک سیستم عامل، هسته بخش اصلی است. با کمک فیرموِر(firmware)* و درایور ها، هسته ی سیستم عامل تمام اجزای سخت افزاری کامپیوتر را کنترل می کند. کرنل دسترسی برنامه ها به رم را کنترل می کند، مشخص می کند کدام برنامه به کدام سخت افزار دسترسی داشته باشد، پروسس های CPU را کنترل می کند و همچنین ذخیره ی اطلاعات در حافظه های غیر موقت مانند هارد را کنترل می کند.

*firmware برنامه ای در رام است که دستورالعمل های مورد نیاز برای دسترسی به سخت افزار مختلف در کامپیوتر را به CPU می دهد.

رابط کاربری

هر کامپیوتری برای کنترل شدن توسط کاربر نیاز به یک رابط کاربری دارد. سیستم عامل برای کنترل CPU باید با زبان ماشین کار کند و به دلیل اینکه زبان ماشین برای انسان قابل فهم نیست، به یک رابط کاربری نیاز دارد که زبان ماشین را به زبان انسان تبدیل کند.

رابط کاربری دستوری

رابط خط فرمانی یا CLI (Command-line interface)، نوعی رابط کاربری است که با تایپ دستور هایی در خط فرمان آن کار می کند. برنامه ای که این دستور ها را به زبان ماشین ترجمه می کند، command-line interpreter یا مترجم خط فرمان نام دارد. نمونه هایی از رابط خط فرمانی، DOS و Apple Dos هستند.

رابط کاربری گرافیکی

اکثر کامپیوتر های مدرن، رابط کاربری گرافیکی یا به اختصار GUI را پشتیبانی می کنند. در بعضی سیستم های عامل مانند ویندوز، GUI در هسته ی آنها نصب شده است و نیازی به نصب جداگانه ندارد. رابط کاربری گرافیکی دارای یک محیط گرافیکی و نشانگر موس است که از طریق آن می توان به نقاط مختلف سیستم عامل دسترسی پیدا کرد.

مثال های سیستم های عامل

یونیکس و سیستم عامل های بر اساس یونیکس

سیستم عامل یونیکس، در ابتدا به زبان اسمبلی نوشته شده بود ولی بعدا نسخه ی بازنویسی شده ی آن به زبان C، به شبکه ای بزرگ و پیچیده از سیستم های عامل مرتبط به هم توسعه پیدا کرد.

خانواده ی سیستم عامل های بر حسب یونیکس، به گروهی از سیستم عامل های مختلف مانند System V، BSD و Linux تقسیم می شوند.

macOS (سیستم عامل مک)

مک او اس یا OS X سیستم عاملی اوپن کور(open core) بر اساس یونیکس است و دارای رابط کاربری گرافیکی نصب شده در کرنل است که توسط اپل توسعه داده شده و به فروش می رسد.سیستم عامل مک تنها قابلیت نصب بر روی کامپیوتر های مکینتاش را دارد.(کامپیوتر هایی که توسط اپل ساخته می شوند.)

linux (لینوکس)

کرنل لینوکس در سال 1991 ساخته شد. لینوکس، یکی از سیستم عامل های مانند یونیکس است اما برخلاف مک او اس، از کد یونیکس در آن استفاده نشده است. سیستم عامل لینوکس، اوپن سورس است و به جای اینکه متعلق به یک کمپانی باشد، یک جامعه است، به این معنی که کد آن در اختیار عموم است و هر کسی می تواند تغییراتی که می خواهد در آن بدهد.

اما در عین حال در این جامعه محافظانی نیز وجود دارد که از کد در برابر خراب کاری ها محافظت می کنند. کرنل لینوکس به صورت پیش فرض از CLI استفاده می کند و مانند مک، دارای رابط کاربری گرافیکی نیست ولی کاربر می تواند به دلخواه خود یکی از رابط های گرافیکی موجود را انتخاب و نصب کند. استفاده ی لینوکس اکثرا بر روی سرور ها و ابر کامپیوتر هاست هرچند کاربر های حرفه ای از آن در کامپیوتر های خانگی نیر استفاده می کنند.

Windows (ویندوز)

ویندوز سیستم عاملی closed source است(کد آن در دسترس عموم نیست) که توسط مایکروسافت طراحی شده است. بر اساس آماری که از کامپیوتر های متصل به اینترنت گرفته شده است، حدود 88.9% آنها از سیستم عامل ویندوز استفاده می کنند. ویندوز برای اولین بار در سال 1985 به عنوان سیستم عاملی بر اساس MS-DOS عرضه شد. استفاده ی ویندوز اکثرا در کامپیوتر های خانگی است هرچند بر روی سرور ها و تبلت و ویندوز فون ها نیز دیده می شود.

سیستم عامل چیست و چگونه کامپیوتر را کنترل می کند