أنظمة التشغيل - التقنية الرقمية 1 - أول ثانوي

الدرس الثالث رابط الدرس الرقمي أنظمة التشغيل www.ien.edu.sa في الدروس السابقة تم التعرّف على المكونات الداخلية والعناصر التي تُكون جهاز الحاسب جميع هذه الأجزاء من الترانزستورات والبوابات المنطقية والمعالج والأقراص الصلبة تشكل المكونات المادية لجهاز الحاسب حان الوقت لتتعرّف على المكونات البرمجية وهي تلك المكونات التي تحتوي على التعليمات التي نزود بها جهاز الحاسب لأداء المهام والوظائف المُحددة هذه التعليمات المصممة لأداء مهمة محددة تسمى البرمجيات. تصنيف البرمجيات تُصنف البرمجيات الحديثة إلى قسمين: البرامج التطبيقية (Application Software هي جميع البرامج التي صُممت لحل المشاكل العملية ومساعدة مستخدمي جهاز الحاسب على إنجاز مهامهم. معظم البرامج التي تستخدمها في جهاز الحاسب الخاص بك مثل برنامج معالجة النصوص ومتصفح الإنترنت والألعاب ومشغلات الوسائط، تُعد برامج تطبيقية. برامج النظام (System Software) هي البرامج التي تتحكم في عمل نظام جهاز الحاسب وتزوده بالأدوات والبيئة التي تسمح للبرامج التطبيقية أن تعمل وتنقسم إلى برامج ملحقة، وأنظمة تشغيل وتتفاعل نظم التشغيل مباشرة مع المكونات المادية جهاز الحاسب. 6 البرامج التطبيقية Application Software برامج النظام System Software المكونات المادية Hardware متصفحات الإنترنت فحات قواعد البيانات معالج النصوص جداول البيانات ألعاب أجهزة الحاسب البرامج الملحقة أنظمة التشغيل أدوات تطوير الأنظمة الطابعة وحدة المعالجة المركزية الفأرة الأقراص نظام التشغيل نظام تشغيل (Operating System) هو نواة برامج نظام أجهزة الحاسب ويدير نظام التشغيل مصادر جهاز الحاسب مثل الذاكرة ووحدات الإدخال والإخراج، كما يسمح للبرامج التطبيقية بالوصول لمصادر النظام. ويمنح نظام التشغيل مستخدم جهاز الحاسب واجهة للتفاعل مع الجهاز. 111111 تتضمن برامج النظام أيضًا أدوات تطوير الأنظمة، وهي البرامج التي تساعدنا على إنشاء البرامج التطبيقية وبرامج النظام الأخرى. 33 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

34 هل تتذكر دورة الجلب والتنفيذ ؟ إنّ البرنامج المُنفذ 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 هي 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 لحالات عملية مختلفة. ☐ |||||| |||||| نظام التشغيل Operating System المكونات المادية Hardware البرنامج Application المستخدم User مهام نظام التشغيل (1) إدارة الذاكرة يقوم نظام التشغيل بإدارة الذاكرة وذلك من خلال: > تتبع مكان وجود البرنامج داخل الذاكرة. > تحويل عناوين البرنامج المنطقية إلى عناوين ذاكرة حقيقية. يتعامل نظام التشغيل مع الذاكرة الرئيسة على أنها مخزن بيانات مستمر مُقسم إلى مجموعات من الخانات الثنائية التي تحتوي على التعليمات أو البيانات. كل جزء من هذا المخزن يجب أن يكون محددًا بشكل فريد يتم تعريفه من خلال عنوان (Address). تبدأ العناوين من الرقم 0 وهو أول عنوان من عناوين الذاكرة. نظام التشغيل لمحة تاريخية أجزاء الذاكرة البرنامج الأول البرنامج الثاني البرنامج الثالث تستند جميع أنظمة التشغيل الشائعة المستخدمة حاليًا إلى نظام التشغيل يونكس (UNIX) الذي تم استخدامه لأول مرة في العام 1969. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

لا تعرف البرامج عناوينها مُسبقًا 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 ربط العناوين (Address binding). (2) إدارة العمليات يجب أن يقوم نظام التشغيل أيضًا 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 تمركل عملية بدورة حياة لحالات عملية مختلفة حيث تكتسب وتفقد التحكم في وحدة المعالجة المركزية. وبشكل أكثر تحديدًا، تدخل العملية إلى النظام، وتكون جاهزة للتنفيذ أو تصبح قيد التنفيذ أو تنتظر موردًا، أو تم الانتهاء منها. شاهد ما يحدث للعملية خلال مرورها في كل مرحلة. عملية جديدة وهي العملية المراد تنفيذها والتي سيتم تحميلها من الذاكرات الثانوية لذاكرة جهاز الحاسب الرئيسة العملية في حالة التشغيل أي أنه يتم تنفيذها داخل المعالج. وفق مراحل جلب وتنفيذ التعليمات في مثل فتح المستعرض لتصفح الإنترنت، أو المعالج من جلب، وفك وتشفير فتح Excel للعمل على جداول البيانات. وتنفيذ وحفظ في الذاكرة. العملية في حالة الإنهاء وهي العمليات التي اكتمل تنفيذها ولم تعد نشطة إذ يقوم نظام التشغيل بحذف جميع المعلومات الخاصة بالعملية من الذاكرة الرئيسة. عملية جديدة New حالة الجاهزية Ready حالة التشغيل حالة الإنهاء Terminated Running حالة الانتظار Waiting العملية في حالة الجاهزية وهي العملية الموجودة في طابور التنفيذ بذاكرة جهاز الحاسب الرئيسة. وهذا لا يشمل العملية التي تنتظر جلب بيانات من وحدات التخزين الثانوية للتنفيذ. العملية في حالة الانتظار أي أن العملية تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية مثل وصول بيانات من وحدات التخزين ليتم تحميلها في الذاكرة الرئيسة أو قيام المستخدم بإدخال بيانات عبر وحدة إدخال ككتابة كلمات أو عبارات بلوحة المفاتيح. لاحظ أن الكثير من العمليات قد تكون في حالة الجاهزية أو حالة الانتظار في نفس الوقت، ولكن عملية واحدة فقط يمكن أن تكون في حالة التنفيذ. لهذا السبب هناك ما يسمى بطابور الجاهزية وطابور الانتظار حيث تصطف العمليات في الانتظار في كل من هذه الحالات. وزارة التى 35 Ministry of Education 2024-1446

(3 إدارة أجهزة الإدخال والإخراج يحتوي جهاز الحاسب القياسي على لوحة مفاتيح وشاشة للتواصل مع المستخدم وماسح ضوئي لمسح الصور وطابعة للنسخ الورقية. لوحة المفاتيح والماسح الضوئي من أجهزة الإدخال بينما الشاشة والطابعة من أجهزة الإخراج. تذكر أيضًا 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 ملفًا للطباعة فسيحتاج نظام التشغيل إلى الاتصال بالطابعة للتحقق من تشغيلها والبدء في إرسال البيانات لطباعة كل صفحة. يتم التحكم في كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز Device Driver. يعد برنامج تشغيل الجهاز جزءًا من نظام التشغيل أو يتم توفيره من خلال الشركة المصنعة للجهاز يقوم نظام التشغيل بإرسال المعلومات الصحيحة إلى جهاز الإدخال أو الإخراج الصحيح ويتحكم أيضًا 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. بسبب اختلاف سرعة وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الملحقة، يستخدم نظام التشغيل جزءًا خاصا من الذاكرة يسمى المخزن المؤقت (Buffer). وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 36

37 (4) إدارة الملفات 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 جهاز 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 جهاز الحاسب الخاص بك. نظام الملفات هو عرض منطقي يقدمه نظام التشغيل للمستخدمين لكي يتمكنوا من إدارة المعلومات كمجموعة من الملفات ونظام الملفات يتم تنظيمه عادةً . تنظيمه عادةً بتجميع الملفات داخل مجلدات المجلد (Folder) هو اسم لمجموعة من الملفات. قد يحتوي المجلد الرئيسي (Parent Directory على مجلدات فرعية (Subdirectory). ويمكنك إنشاء مجلدات متداخلة بعدد غير محدود حسب حاجتك لتنظيم بياناتك تكوّن هذه المجلدات بنية هيكلية يمكن من خلالها عرض نظام الملفات كشجرة مجلدات. ويسمى المجلد الموجود في أعلى مستوى في الهيكلية بالمجلد الجذري (Root Directory). وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 C:\

38 لنطبق معًا تدريب 1 املأ الفراغات في الجمل التالية: 1. نظام التشغيل هو جزء من 2 .3 ... ...... الذي يدير الموارد الموجودة على جهاز الحاسب إنه بمثابة وسيط بين البشرو والأجهزة في النظام. هي تقنية الاحتفاظ ببرامج متعددة في الذاكرة في نفس الوقت للتنافس على الوقت في تعني أن البرنامج قيد التنفيذ. يجب أن يؤدي نظام التشغيل إدارة دقيقة لضمان الوصول العادل لمصادر النظام. وإدارة تدريب 2 1. نظام التشغيل 2 برامج الخدمات 3. برامج تطبيقية صل العبارات في العمود الأول بما يناسبها في العمود الثاني. مجموعة من التعليمات التي توجه جهاز الحاسب لإجراء عمليات محددة. البرامج المتعلقة بضبط نظام تشغيل جهاز الحاسب وإدارة وحداته المختلفة. برنامج يعمل وسيطا بين المستخدم والأجهزة ويتحكم في الأجهزة وتنسيقها لتشغيل برامج التطبيقات المختلفة بشكل صحيح. 4. برنامج مخصص تُستخدم للمساعدة على إعداد جهاز الحاسب أو تحسين أدائه أو وظائفه. 5 برامج النظام 6. البرامج مجموعة من التعليمات المصممة لأداء مهمة معينة على جهاز الحاسب. يستعين بها مستخدمو أجهزة الحاسب لأداء مهام مفيدة للأعمال وحل المشكلات. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تدريب 3 صل نوع البرنامج الصحيح في العمود الأول بأيقونة كل برنامج في العمود الثاني. نوع البرنامج برامج الخدمات برامج تطبيقية أنظمة تشغيل الأيقونة ALA WinRAR make Secary الوصف ألعاب المغامرة والحركة (Games) نظام أوبونتو (Ubuntu) موزيلا فايرفوكس (Mozilla Firefox) ماك أو إس إكس (Mac OS X) برنامج وينرار (WinRAR) لضغط الملفات ويندوز 10 (Windows 10) مضاد فيروسات أفاست برو (Avast Pro) حزمة مايكروسوفت أوفيس (Microsoft Office) Offke 2019 0 برنامج تنظيف القرص (Disk Cleaner) 39 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تدريب 4 هيا لنستكشف هل تساءلت يومًا عن كيفية تنفيذ نظام التشغيل للتعليمات البرمجية، وكيف يمكن لهذا النظام تشغيل برنامجين أو أكثر بشكل متزامن؟ افترض أن على جهاز الحاسب تشغيل أربعة برامج لقراءة ملفات نصية من القرص الصلب المتصل بذلك الجهاز 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 البرنامج القرص الصلب الطابعة 3 5 4 2 2 4 3 1 P.1 P.2 P.3 P.4 سينفذ نظام التشغيل البرامج حسب ترتيبها الزمني فأولا ينفذ البرنامج 1.P ، وبعد أن ينتهي، سيبدأ في تنفيذ برنامج 2.P وهكذا. يمثل الجدول أدناه الوحدات الزمنية المُستغرقة 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. 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 1 10 9 8 7 876543 2 تشغيل برنامج واحد فقط تشغيل أكثر من برنامج القرص الصلب فقط P2 P2 P1 ہے 1 P1 الوحدات الزمنية القرص الصلب الطابعة 1. يمكن للجهاز في وقت متزامن ضع علامة أمام الإجابة الصحيحة. 2. الوحدة الزمنية التي يستخدمها جهاز الحاسب تنفذ .3 تنفذ وحدة المعالجة المركزية في كل وحدة زمنية من خلال القرص الصلب والطابعة القرص والطابعة لا يتم توظيف الوحدات الزمنية عملية واحدة فقط أكثر من عملية لا تنفذ أي عملية وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 40

تدريب 5 تم تصميم نظام تشغيل مختلف ليقوم بتنفيذ نفس البرامج وبنفس الترتيب كما في التدريب 4 ولكن مع إمكان استخدام محرك الأقراص والطابعة معًا في الوحدة الزمنية الواحدة لوحدة المعالجة المركزية. وهذا يعني أنه عند انتهاء البرنامج 1.P من استرداد الملف من القرص الصلب وبدء عملية الطباعة من الطابعة، فإن البرنامج 2.P سيبدأ فى استرداد الملفات على الفور من القرص. عند الانتهاء من استرداد الملف (أو الملفات)، تبدأ الطابعة في الطباعة عندما تصبح متاحة. تستمر هذه العملية وصولًا لتشغيل جميع البرامج. أكمل الجدول التالي وفقًا للعملية السابقة. الوحدات الزمنية القرص الصلب الطابعة ہے 1 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11109 876543 2 P2 P1 P2 P1 ضع علامة • أمام الإجابة الصحيحة. 1. يمكن للوحدة الزمنية في وقت واحد تشغيل برنامج واحد فقط 2. توجد وحدات زمنية معينة يوظفها جهاز الحاسب في كل من تشغيل أكثر من برنامج القرص الصلب فقط القرص الصلب والطابعة القرص والطابعة لا يتم توظيف الوحدات الزمنية عملية واحدة فقط 3. في كل وحدة زمنية تنفذ وحدة المعالجة المركزية أكثر من عملية لا تنفذ أي عملية .4. الوقت الإجمالي لتنفيذ جميع البرامج هو 41 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

42 تدريب 6 التعامل مع أجهزة الإدخال والإخراج. بعد دراستك لكيفية تعامل نظام التشغيل مع أجهزة الإدخال والإخراج الخاصة بأجهزة الحاسب. تحقق من صحة الجمل التالية. وذلك من خلال وضع علامة أمام الجملة الصحيحة أو أعد كتابتها بالشكل الصحيح إذا كانت خطأ. 1. يتتبع نظام التشغيل جميع الأجهزة. 2. يقرر نظام التشغيل فقط مقدار الوقت الذي تستغرقه أي عملية لاستخدام جهاز. 3. يخصص نظام التشغيل كل جهاز بطريقة فعالة. .4. يتم التحكم في كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز وهو ليس جزءًا من نظام التشغيل. تدريب 7 لنستكشف بعض الأمور في الوقت الخاص بالوحدة الزمنية السابعة، تنفذ وحدة المعالجة المركزية أحيانًا تعليمات برنامج 2.P، وقد تنفذ برنامج 3.P أيضًا. على فرض أن وحدة المعالجة المركزية في دورة الجلب والتنفيذ" تُشغل" تعليمات البرنامج 3.P، يتعين عليك أن تملأ الفراغات في الصناديق الموجودة في الشكل أدناه بكتابة أسماء البرامج المناسبة وذلك بالاستعانة بالجدول الذي أكملته سابقًا. إذا أعدت النظر إلى الرقمين الثنائيين (A) و (B) اللذين يتكون كل منهما من 1 بت، فيأخذ المُدخل A القيمة 0 أو 1 وكذلك المُدخل B ، ولإضافتهما معًا يجب المرور بهذه المراحل. تم الإنهاء تشغيل الانتظار جاهزة جدید وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

43 التطوير والتنفيذ يدير نظام التشغيل الذاكرة الرئيسة لجهاز الحاسب لكي يتمكن من تحديد مواقع وضع التعليمات وبيانات البرامج بها. يحتوي نظام التشغيل على نظام الملفات أيضًا، الذي يختص بإدارة الملفات في وحدات التخزين أيضًا. > افترض أن هناك برنامجًا 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 يتجاوز عدد العناوين المنطقية، فإن نظام التشغيل سيخصص عنوانًا ملموسًا واحدًا من الذاكرة الرئيسة لكل عنوان منطقي متوافر أكمل الجدول أدناه بناءً على مبدأ إدارة الذاكرة الذي تم ذكره سابقًا. العنوان الفيزيائي العنوان المنطقي (Logical Address-LA) وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 LA - 0 LA - 1 LA - 2 LA-3 LA-4 LA-5 LA - 6 LA-7 LA-8 LA - 9 (Physical Address-PA) غير متاحة الجدول المكافئ غير متاحة العنوان الملموس العنوان المنطقي 0 124 غير متاحة غير متاحة غير متاحة غير متاحة غير متاحة غير متاحة غير متاحة غير متاحة PA-123 PA-124 PA-125 PA - 126 PA-127 PA-534 PA-535 PA-536 PA-537 PA-538 PA-539 PA-876 PA-877 PA-878 PA - 879 PA-880 ↓

44 تدريب 8 التطوير والتنفيذ: يوضح المخطط التالي بنية نظام الملفات 1. لا يُعد Q G N Q C B H D F ضع علامة في الخانة المناسبة لتكون العبارة صحيحة. دليلًا فرعيًا من G دليلًا رئيسًا لـ H دليلًا جذريًا 2. N هو دليل جذري دليل رئيس لـ G دليل فرعي من G 3. المجلد D له دليلان فرعيان له مجلدان رئیسان لا مجلدات فرعية له H ولكن ليس مع Q .4. يمكن لمجلد B أن يحمل الاسم نفسه مع Q ولكن ليس مع H كل من Q و H وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446