1البدء بأنظمة التشغيل

1.1 غرض ووظائف أنظمة التشغيل

نظام تشغيل الكمبيوتر عبارة عن مجموعة من البرامج المترابطة التي تعمل كواجهة بين التطبيقات والمستخدمين من ناحية وأجهزة الكمبيوتر من ناحية أخرى. يقوم نظام التشغيل بمجموعتين من الوظائف:

يوفر للمستخدم أو المبرمج جهازًا افتراضيًا ممتدًا بدلاً من أجهزة الكمبيوتر الحقيقية؛

زيادة كفاءة استخدام الحاسوب من خلال إدارة موارده بشكل عقلاني وفق بعض المعايير.

المستخدم عادة لا يهتم بتفاصيل أجهزة الحاسوب، بل يراها كمجموعة من التطبيقات التي يمكن كتابتها بإحدى لغات البرمجة. يوفر نظام التشغيل للمبرمج عدداً من الإمكانيات التي يمكن للبرامج استخدامها من خلال أوامر خاصة تسمى استدعاءات النظام. ولذلك، يتضمن التطبيق البرمجي العديد من استدعاءات النظام الضرورية، على سبيل المثال، للعمل مع الملفات. يخفي نظام التشغيل تفاصيل الأجهزة عن المبرمج ويوفر واجهة ملائمة لتنفيذ نظام بيئة التشغيل.

وفي الوقت نفسه، يعمل نظام التشغيل كمدير للموارد. وفقا لهذا النهج، فإن وظيفة نظام التشغيل هي توفير توزيع منظم ومتحكم للمعالجات والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج بين البرامج المختلفة. يتمتع نظام التشغيل بالميزات التالية:

تعمل وظائف نظام التشغيل بنفس الطريقة التي تعمل بها البرامج الأخرى - يتم تنفيذها في شكل برامج فردية أو مجموعة من البرامج التي تنفذ العمليات؛

يجب على نظام التشغيل تفويض التحكم إلى العمليات الأخرى وانتظار المعالج ليمنحه الوقت مرة أخرى لأداء واجباته.

تتضمن إدارة الموارد حل المهام العامة التالية التي لا تعتمد على نوع المورد:

جدولة الموارد – أي تحديد العملية ومتى وبأي كمية (إذا كان من الممكن تخصيص المورد على أجزاء) ينبغي تخصيص مورد معين؛

تلبية طلبات الموارد؛

مراقبة حالة المورد وتسجيل استخدامه - أي الاحتفاظ بالمعلومات التشغيلية حول ما إذا كان المورد مشغولاً أم مجانيًا وما هي حصة المورد التي تم توزيعها بالفعل؛

حل الصراعات بين العمليات.

تتضمن إدارة الموارد تعدد الإرسال (التوزيع) بطريقتين: في الزمان والمكان. عندما يتم تخصيص أحد الموارد بمرور الوقت، يتناوب المستخدمون والبرامج المختلفة على استخدامه. أولاً، يحصل أحدهم على حق الوصول لاستخدام المورد، ثم الآخر، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، تريد العديد من البرامج الوصول إلى المعالج المركزي. في هذه الحالة، يسمح نظام التشغيل أولاً لبرنامج واحد بالوصول إلى المعالج، ثم، بعد تشغيله لفترة كافية، برنامج آخر، ثم البرنامج التالي، وأخيرًا البرنامج الأول مرة أخرى. إن تحديد المدة التي سيتم فيها استخدام المورد بمرور الوقت، ومن سيكون التالي، ومدة توفير المورد لهم هي مهمة نظام التشغيل. نوع آخر من التوزيع هو تعدد الإرسال المكاني. بدلاً من العمل بالتناوب، يتلقى كل عميل جزءًا من المورد. عادةً، تتم مشاركة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بين العديد من البرامج قيد التشغيل بحيث يمكن وضعها جميعًا في الذاكرة في نفس الوقت (على سبيل المثال، استخدام المعالج المركزي بدوره). بافتراض أن هناك ذاكرة كافية لاستيعاب برامج متعددة، يكون تخصيص برامج متعددة في الذاكرة مرة واحدة أكثر كفاءة من تخصيص الذاكرة بأكملها لبرنامج واحد، خاصة إذا كان يحتاج فقط إلى جزء صغير من الذاكرة المتوفرة. وبطبيعة الحال، فإن هذا يثير قضايا التوزيع العادل، وحماية الذاكرة، وما إلى ذلك، ونظام التشغيل موجود لحل مثل هذه القضايا.

1.2 تاريخ تطور أنظمة التشغيل

عادةً ما يرتبط تاريخ تطور أنظمة التشغيل بتاريخ تطور أجهزة الكمبيوتر. أول فكرة للكمبيوتر اقترحها عالم الرياضيات الإنجليزي تشارلز باباج في منتصف القرن التاسع عشر. لقد طور ما يسمى بـ "المحرك التحليلي" الميكانيكي، والذي، مع ذلك، لم يعمل بشكل صحيح أبدًا. فيما يلي أجيال أجهزة الكمبيوتر وعلاقتها بأنظمة التشغيل.

الجيل الأول 1945-1955

تتكون أجهزة الكمبيوتر من الأنابيب المفرغة ولوحات التصحيح. أعلى إنجاز هو إنتاج البطاقات المثقوبة. تمثل البطاقة المثقوبة المصنوعة من الورق المقوى الرقيق المعلومات من خلال وجود أو عدم وجود ثقوب في مواضع معينة على البطاقة. لا يوجد نظام تشغيل.

الجيل الثاني 1955-1965

أساس أجهزة الكمبيوتر هي الترانزستورات وأنظمة المعالجة المجمعة. تتميز بأسطح البطاقات المثقوبة وأجهزة تسجيل الأشرطة المغناطيسية. تمت برمجته بشكل أساسي بلغات Fortran وAssembly لنظام Fortran Monitor (FMS) وأنظمة التشغيل IBSYS.

الجيل الثالث 1965-1980

وتتميز هذه الفترة بظهور الدوائر المتكاملة، فضلا عن تعدد المهام أو كما يطلق عليه البرمجة المتعددة. تنتج شركة IBM سلسلة مختلفة من الأجهزة، بدءًا من IBM/360. تمت كتابة نظام التشغيل OS/360 لهم، والذي كان أكبر بحوالي 1000 مرة من الجيل الثاني من FMS. في هذه المرحلة، يظهر التنفيذ الصناعي لتعدد المهام - طريقة لتنظيم عملية الحوسبة، حيث يتم تخزين العديد من البرامج في وقت واحد في ذاكرة الكمبيوتر وتنفيذها بالتناوب على معالج واحد.

أنظمة التشغيل البارزة الأخرى في هذه الفترة كانت CTSS (نظام مشاركة الوقت المتوافق) وMULTICS (خدمة المعلومات والحوسبة المتعددة)، والتي تم تصميمها لتوفير الوصول إلى جهاز واحد لمئات المستخدمين في وقت واحد. نما التطوير الإضافي لهذا النظام إلى UNIX.

الجيل الرابع 1980 إلى الوقت الحاضر

ترتبط هذه الفترة بظهور الدوائر المتكاملة واسعة النطاق. في عام 1974، أصدرت إنتل أول معالج عالمي 8 بت، إنتل 8080. وفي أوائل الثمانينات، طورت شركة آي بي إم جهاز كمبيوتر آي بي إم، وهو جهاز كمبيوتر شخصي. وفي الوقت نفسه، ظهر الإصدار الأول من MS-DOS. جميع أنظمة التشغيل التي تم تطويرها حتى هذه اللحظة تدعم فقط الوضع النصي للتواصل مع المستخدم.

تم تنفيذ المحاولة الأولى لإنشاء واجهة رسومية سهلة الاستخدام على جهاز Apple Macintosh. متأثرة بنجاحاتها، قامت شركة Microsoft بإصدار غلاف رسومي لنظام التشغيل MS-DOS - Windows. ومنذ عام 1995، تم إصدار نظام التشغيل Windows 95، والذي أصبح نظاما مستقلا. بعد ذلك، على أساس نظام التشغيل Windows 95 ونظام Windows NT آخر، تم تطوير أنظمة التشغيل الحالية - Windows 2000، XP، Vista وغيرها.

1.3 تصنيف أنظمة التشغيل

هناك الكثير من أنظمة التشغيل ولا يعرفها الجميع. بعد ذلك، سننظر في 7 أنواع من أنظمة التشغيل المختلفة بدءًا من المستويات الكبيرة وحتى المستويات الصغيرة.

أنظمة التشغيل المركزية

الحاسوب المركزي هو كمبيوتر متعدد الأغراض عالي الأداء مزود بكمية كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والذاكرة الخارجية، وهو مصمم لأداء أعمال حوسبة مكثفة. عادة ما تكون هذه أجهزة كمبيوتر بحجم الغرفة وتوجد في الشركات الكبيرة. تحتوي الحواسيب المركزية عادةً على آلاف الأقراص والتيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

تم تصميم أنظمة تشغيل الحواسيب المركزية بشكل أساسي للتعامل مع العديد من المهام المتزامنة، والتي يتطلب معظمها كميات هائلة من عمليات الإدخال/الإخراج. يجب أن يستجيب النظام لآلاف الطلبات في الثانية. ومن الأمثلة على ذلك OS/390، الذي تطور من الجيل الثالث من نظام التشغيل OS/360.

أنظمة تشغيل الخادم

تعمل أنظمة التشغيل هذه على خوادم، وهي أجهزة كمبيوتر شخصية أو محطة عمل أو حتى حاسب مركزي. توفر الخوادم القدرة على العمل مع أجهزة الطباعة أو الملفات أو الإنترنت. تتضمن أنظمة التشغيل هذه Unix وLinux وWindows 2003 Server وما إلى ذلك.

أنظمة التشغيل متعددة المعالجات

تُستخدم هذه الأنظمة على أجهزة الكمبيوتر ذات المعالجات المركزية المتعددة. وهي تتطلب أنظمة تشغيل خاصة، ولكنها عادةً ما تكون تعديلات على أنظمة تشغيل الخادم.

أنظمة التشغيل لأجهزة الكمبيوتر الشخصية

المعيار الرئيسي لهذه الأنظمة هو واجهة مريحة لمستخدم واحد. أشهر الأنظمة: سلسلة Windows 98, 2000, XP, Vista; ماكنتوش، لينكس.

أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي

المعلمة الرئيسية لهذه الأنظمة هي الوقت. في أنظمة التحكم في العمليات الصناعية، من الضروري مزامنة وقت تشغيل الناقل والروبوتات الصناعية المختلفة بشكل واضح. هذا نظام صعب في الوقت الحقيقي. هناك أيضًا أنظمة مرنة في الوقت الفعلي حيث يكون التأخر في المواعيد النهائية لإنجاز عملية مقبولاً، على سبيل المثال، أنظمة الوسائط المتعددة. تتضمن أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي VxWorks وQNX.

أنظمة التشغيل المدمجة

وتشمل هذه أنظمة التشغيل PDA (المساعد الرقمي الشخصي). بالإضافة إلى ذلك، تعمل الأنظمة المدمجة على السيارات وأجهزة التلفزيون والهواتف المحمولة. تتمتع أنظمة التشغيل هذه عادةً بجميع خصائص أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي مع قيود على الذاكرة والطاقة وما إلى ذلك. ومن أمثلة الأنظمة PalmOS، وWindows CE.

أنظمة تشغيل البطاقات الذكية

البطاقة الذكية هي جهاز بحجم بطاقة الائتمان يحتوي على وحدة معالجة مركزية. تخضع هذه الأنظمة لقيود شديدة في الطاقة والذاكرة. البعض يدير عملية واحدة فقط - الدفع الإلكتروني، على سبيل المثال. حدد البطاقات الذكية التي تتضمن دعمًا لـ Java Virtual Machine.

1.4 نظرة عامة على أجهزة الكمبيوتر

يرتبط نظام التشغيل ارتباطًا وثيقًا بأجهزة الكمبيوتر التي يجب تشغيله عليها. تؤثر الأجهزة على مجموعة أوامر نظام التشغيل وإدارة موارده. من الناحية النظرية، يمكن تمثيل جهاز كمبيوتر بسيط بالنموذج الموضح في الشكل 1. تم استخدام هذا الهيكل في نماذج أجهزة كمبيوتر IBM الأولى.

الشكل 1 - بعض مكونات الحاسوب الشخصي

في الشكل، يتم توصيل المعالج المركزي والذاكرة وأجهزة الإدخال/الإخراج بواسطة ناقل النظام الذي يتم من خلاله تبادل المعلومات.

وحدة المعالجة المركزية

"دماغ" الكمبيوتر هو وحدة المعالجة المركزية (CPU). يختار الأوامر من الذاكرة وينفذها. تبدو دورة المعالج النموذجية كما يلي: قراءة التعليمات الأولى من الذاكرة، وفك تشفيرها لتحديد نوعها ومعاملاتها، وتنفيذ التعليمات، ثم قراءة التعليمات اللاحقة وفك تشفيرها. هذه هي الطريقة التي يتم بها تنفيذ البرامج.

كل معالج لديه مجموعة من التعليمات التي يستطيع تنفيذها. وبما أن الوصول إلى الذاكرة لتلقي التعليمات أو استرجاع البيانات يستغرق وقتًا أطول بكثير من تنفيذ تلك التعليمات، فإن جميع المعالجات تحتوي على سجلات داخلية لتخزين المتغيرات والنتائج الوسيطة. لذلك، تحتوي مجموعة التعليمات عادةً على تعليمات لتحميل كلمة من الذاكرة إلى السجل وتخزين كلمة من السجل في الذاكرة. بالإضافة إلى السجلات الرئيسية المستخدمة لتخزين المتغيرات، تمتلك معظم المعالجات عدة سجلات خاصة تستخدم لتخزين المتغيرات، بالإضافة إلى سجلات خاصة مرئية للمبرمجين.

عندما يقوم المعالج بمضاعفة الوقت، يقوم نظام التشغيل بإيقاف برنامج قيد التشغيل لبدء برنامج آخر. في كل مرة تحدث مثل هذه المقاطعة، يجب على نظام التشغيل حفظ كافة سجلات المعالج بحيث يمكن استعادتها لاحقًا، عندما يستمر تشغيل البرنامج الذي تمت مقاطعته.

لزيادة سرعة وحدة المعالجة المركزية، تخلى مطوروهم عن النموذج البسيط، حيث يمكن قراءة أمر واحد فقط وفك تشفيره وتنفيذه في دورة ساعة واحدة. تتمتع المعالجات الحديثة بالقدرة على تنفيذ أوامر متعددة في وقت واحد.

تحتوي معظم وحدات المعالجة المركزية على وضعين للتشغيل: وضع kernel ووضع المستخدم. إذا كان المعالج يعمل في وضع kernel، فيمكنه تنفيذ جميع التعليمات الموجودة في مجموعة التعليمات واستخدام جميع إمكانيات الأجهزة. يعمل نظام التشغيل في وضع kernel، مما يتيح الوصول إلى جميع الأجهزة. في المقابل، يعمل المستخدمون في وضع المستخدم، والذي يسمح بتنفيذ مجموعة فرعية من البرامج ويجعل جزءًا فقط من الأجهزة متاحًا.

ذاكرة

المكون الرئيسي الثاني لأي جهاز كمبيوتر هو الذاكرة. من الناحية المثالية، يجب أن تكون الذاكرة سريعة قدر الإمكان (أسرع من معالجة تعليمة واحدة، بحيث لا يتباطأ المعالج بسبب الوصول إلى ذاكرة كبيرة بما يكفي ورخيصة للغاية). اليوم لا توجد تقنيات تلبي جميع هذه المتطلبات. ولذلك هناك نهج آخر.

تم إنشاء نظام الذاكرة على شكل تسلسل هرمي من الطبقات، الموضح في الشكل 2. أثناء تحركك عبر التسلسل الهرمي من الأعلى إلى الأسفل، تزداد معلمتان: وقت الوصول، وحجم الذاكرة.

تتكون الطبقة العليا من السجلات الداخلية لوحدة المعالجة المركزية، لذلك لا يوجد أي تأخير عند الوصول إليها. تخزن السجلات الداخلية أقل من 1 كيلو بايت من المعلومات. يمكن للبرامج معالجة السجلات دون تدخل الأجهزة. الوصول إلى التسجيل هو الأسرع - بضع نانو ثانية.

تحتوي الطبقة التالية على ذاكرة تخزين مؤقت، يتم التحكم فيها في الغالب بواسطة الأجهزة. يتم تخزين مناطق ذاكرة التخزين المؤقت الأكثر استخدامًا في ذاكرة التخزين المؤقت عالية السرعة الموجودة داخل وحدة المعالجة المركزية. عندما يحتاج البرنامج إلى قراءة كلمة من الذاكرة، تحدد شريحة ذاكرة التخزين المؤقت ما إذا كان السطر المطلوب موجودًا في ذاكرة التخزين المؤقت؛ إذا كان الأمر كذلك، فسيتم الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت. ذاكرة التخزين المؤقت محدودة الحجم بسبب تكلفتها العالية. تحتوي الأجهزة الحديثة على مستويين أو ثلاثة مستويات من ذاكرة التخزين المؤقت، كل منها أبطأ وأكبر من المستوى السابق. تتراوح أحجام ذاكرة التخزين المؤقت من عشرات الكيلوبايت إلى عدة ميغابايت. وقت الوصول أطول قليلاً من وقت الوصول للسجلات.

الشكل 2 - هيكل الذاكرة الهرمي

بعد ذلك تأتي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM - ذاكرة الوصول العشوائي أو ذاكرة الوصول العشوائي) - منطقة العمل الرئيسية لجهاز تخزين الجهاز. يتم إرسال جميع طلبات وحدة المعالجة المركزية التي لا يمكن تلبيتها بواسطة ذاكرة التخزين المؤقت إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) للمعالجة. تتراوح الأحجام من مئات الميغابايت إلى عدة غيغابايت. وقت الوصول هو عشرات النانو ثانية.

التالي يأتي القرص المغناطيسي. ذاكرة القرص أرخص بأمرين من ذاكرة الوصول العشوائي لكل بت وأكبر بأمرين من حيث الحجم. يواجه القرص مشكلة واحدة - الوصول العشوائي إلى البيانات الموجودة عليه يستغرق وقتًا أطول بحوالي ثلاثة أوامر. السبب وراء السرعة البطيئة لمحركات الأقراص الثابتة (HDDs) هو أن محرك الأقراص عبارة عن هيكل ميكانيكي. وتتكون من لوحة معدنية واحدة أو أكثر تدور بسرعات محددة مثل 7200 دورة في الدقيقة. تنمو أحجام الأقراص الآن بسرعة، ويتم بيع الأقراص التي تبلغ سعتها مئات الجيجابايت لمعظم المستخدمين. وقت الوصول - لا يقل عن 10 ميكرو ثانية.

غالبًا ما يُستخدم الشريط المغناطيسي لإنشاء نسخ احتياطية لمحركات الأقراص الصلبة أو لتخزين مجموعات كبيرة جدًا من البيانات. الآن، بالطبع، من النادر أن تجد استخدام الأشرطة المغناطيسية، لكنها لم تتوقف عن الاستخدام بعد. يشتمل مستوى الشريط المغناطيسي أيضًا على أقراص مضغوطة وأقراص DVD وذاكرة فلاش. يتم قياس وقت الوصول بالثواني.

بالإضافة إلى الأنواع الموصوفة، تحتوي أجهزة الكمبيوتر على كمية صغيرة من ذاكرة الوصول العشوائي الدائمة. وعلى عكس ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، فإنها لا تفقد محتوياتها عند إيقاف تشغيل الطاقة. يطلق عليه ROM أو ROM. يتم برمجة الروم أثناء التصنيع ولا يمكن تغيير محتوياته بعد ذلك. هذه الذاكرة سريعة ورخيصة جدًا. توجد برامج تمهيد الكمبيوتر، المستخدمة عند بدء التشغيل، في ذاكرة القراءة فقط (ROM). بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بعض بطاقات الإدخال/الإخراج على ذاكرة ROM للتحكم في الأجهزة ذات المستوى المنخفض. هناك نوع من الذاكرة يسمى CMOS متقلب. يتم استخدام CMOS لتخزين التاريخ والوقت ومعلمات التكوين الحالية، مثل القرص الصلب الذي سيتم التمهيد منه. تستمد هذه الذاكرة الطاقة من البطارية المثبتة.

أجهزة الإدخال/الإخراج

يعامل نظام التشغيل أجهزة الإدخال/الإخراج كموارد. تتكون أجهزة الإدخال/الإخراج عادةً من وحدة التحكم والجهاز نفسه.

وحدة التحكم عبارة عن مجموعة من الرقائق الموجودة على لوحة يتم إدخالها في الموصل، وهو جهاز تحكم فعلي. فهو يقبل أوامر نظام التشغيل (على سبيل المثال، تعليمات قراءة البيانات من الجهاز) وينفذها. التحكم الفعلي بالجهاز معقد للغاية ويتطلب مستوى عاليًا من التفاصيل. ولذلك، فإن وظيفة وحدة التحكم هي توفير واجهة بسيطة لنظام التشغيل.

الجزء التالي هو الجهاز نفسه. تحتوي الأجهزة على واجهات بسيطة إلى حد ما، لأن قدراتها محدودة ويجب أن يتم تجميعها بمعيار واحد. هناك حاجة إلى معيار واحد، على سبيل المثال، حتى تتمكن كل وحدة تحكم في قرص IDE (إلكترونيات محرك الأقراص المتكاملة) من إدارة أي قرص IDE. تعد واجهة IDE قياسية لمحركات الأقراص الموجودة على أجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على معالج Pentium، وكذلك على أجهزة الكمبيوتر الأخرى. نظرًا لأن واجهة الجهاز الفعلية مخفية بواسطة وحدة التحكم، فإن نظام التشغيل يرى فقط واجهة وحدة التحكم، والتي قد تكون مختلفة تمامًا عن واجهة الجهاز نفسه.

نظرًا لاختلاف كل نوع من وحدات التحكم، فإنها تتطلب برامج مختلفة. البرنامج الذي يتصل بوحدة التحكم هو برنامج تشغيل الجهاز. يجب على كل شركة مصنعة لوحدات التحكم توفير برامج تشغيل لأنظمة التشغيل المدعومة. لاستخدام برنامج التشغيل، يجب تثبيته في نظام التشغيل بحيث يمكن تشغيله في وضع kernel. هناك ثلاث طرق لتثبيت برنامج التشغيل في النواة:

أعد بناء النواة مع برنامج تشغيل جديد ثم أعد تشغيل نظام التشغيل (هذه هي الطريقة التي تعمل بها العديد من أنظمة تشغيل Unix)؛

قم بإنشاء إدخال في الملف المضمن في نظام التشغيل يشير إلى أن هناك حاجة إلى برنامج تشغيل ثم قم بإعادة تشغيل النظام؛ أثناء التمهيد الأولي، يعثر نظام التشغيل نفسه على برامج التشغيل الضرورية ويقوم بتحميلها (هذه هي الطريقة التي يعمل بها Windows)؛

يمكن لنظام التشغيل قبول برامج التشغيل الجديدة دون مقاطعة التشغيل، وتثبيتها بسرعة دون الحاجة إلى إعادة التشغيل. أصبحت هذه الطريقة شائعة أكثر فأكثر. تتطلب الأجهزة مثل نواقل USB وIEEE 1394 دائمًا برامج تشغيل محملة ديناميكيًا.

يمكن إجراء إدخال وإخراج البيانات بثلاث طرق مختلفة.

الطريقة الأبسط: يصدر برنامج المستخدم طلب نظام، والذي تترجمه النواة إلى استدعاء إجراء يتوافق مع برنامج التشغيل، ثم يبدأ برنامج التشغيل في عملية الإدخال/الإخراج. خلال هذا الوقت، يقوم بتنفيذ حلقة برنامج قصيرة، ويستقصي باستمرار الجهاز الذي يعمل معه. عند اكتمال الإدخال/الإخراج، يضع برنامج التشغيل البيانات في المكان المطلوب ويعود إلى حالته الأصلية. يقوم نظام التشغيل بعد ذلك بإرجاع التحكم إلى البرنامج الذي أجرى المكالمة. هذه الطريقة تنتظر الاستعداد (الانتظار النشط). له عيب واحد: يجب على المعالج فحص الجهاز حتى يتم إيقاف تشغيله.

يقوم برنامج التشغيل بتشغيل الجهاز ويطلب منه إصدار المقاطعات عند اكتمال الإدخال/الإخراج؛ بعد ذلك، يعيد السائق التحكم إلى نظام التشغيل، ويبدأ في أداء مهام أخرى. عندما تكتشف وحدة التحكم نهاية نقل البيانات، فإنها تقوم بإنشاء مقاطعة إكمال. تتكون عملية الإدخال/الإخراج باستخدام المقاطعات من أربع خطوات (الشكل 3). في الخطوة الأولى، يرسل السائق أمرًا إلى وحدة التحكم، ويكتب المعلومات إلى سجلات الجهاز. ثم تقوم وحدة التحكم ببدء تشغيل الجهاز. عندما تنتهي وحدة التحكم من قراءة أو كتابة عدد البايتات التي طُلب منها نقلها، فإنها ترسل إشارة إلى شريحة وحدة التحكم في المقاطعة باستخدام أسلاك ناقل محددة. هذه هي الخطوة الثانية. في الخطوة الثالثة، إذا كانت وحدة التحكم في المقاطعة جاهزة للتعامل مع المقاطعات، فإنها ترسل إشارة إلى طرف معين من وحدة المعالجة المركزية، وبالتالي تبلغها بذلك. في الخطوة الرابعة، تقوم وحدة تحكم المقاطعة بإدراج رقم الجهاز على الناقل حتى تتمكن وحدة المعالجة المركزية من معرفة الجهاز الذي أكمل عمله.

الطريقة الثالثة لإدخال/إخراج المعلومات هي استخدام وحدة تحكم DMA (الوصول المباشر للذاكرة) خاصة. يقوم DMA بإدارة تدفق البتات بين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وبعض وحدات التحكم دون تدخل وحدة المعالجة المركزية (CPU). يصل المعالج إلى شريحة DMA، ويخبرها بعدد البايتات المراد نقلها، بالإضافة إلى عنوان الجهاز والذاكرة، واتجاه نقل البيانات. عند الانتهاء من العمل، يبدأ DMA المقاطعة، والتي تتم معالجتها بالطريقة المعتادة.

الشكل 3 - الإجراءات التي يتم تنفيذها عند بدء تشغيل جهاز الإدخال/الإخراج واستقبال المقاطعة

الإطارات

نظرًا لزيادة سرعة المعالج والذاكرة، تمت إضافة نواقل إضافية إلى النظام لتسريع الاتصال بين أجهزة الإدخال/الإخراج ونقل البيانات بين المعالج والذاكرة. يوضح الشكل 4 رسمًا تخطيطيًا لنظام الحوسبة الخاص بأجهزة Pentiums الأولى.

يحتوي هذا النظام على 8 ناقلات (ناقل ذاكرة التخزين المؤقت، الناقل المحلي، ناقل الذاكرة، PCI، SCSI، USB، IDE، ISA)، ولكل منها سرعة نقل البيانات الخاصة بها ووظائفها الخاصة. يجب أن يكون لدى نظام التشغيل معلومات حول كل هذه الناقلات لإدارة الكمبيوتر.

ينقل المعالج المركزي البيانات عبر الناقل المحلي إلى شريحة جسر PCI، والتي بدورها تصل إلى الذاكرة عبر ناقل مخصص. يحتوي نظام Pentium I على ذاكرة تخزين مؤقت من المستوى الأول (L1) مدمجة في المعالج وذاكرة تخزين مؤقت من المستوى 2 (L2) أكبر بكثير متصلة بالمعالج في ناقل ذاكرة تخزين مؤقت منفصل. يتم استخدام ناقل IDE لتوصيل الأجهزة الطرفية بالنظام (القرص المضغوط والقرص الصلب).

الشكل 4 - هيكل نظام بنتيوم

تم تصميم ناقل USB (الناقل التسلسلي العالمي) لتوصيل أجهزة الإدخال/الإخراج الإضافية مثل لوحة المفاتيح والماوس والطابعة وذاكرة الفلاش وما إلى ذلك بالكمبيوتر. مع مرور الوقت، تظهر وتتم إضافة إطارات جديدة وأسرع.

التحميلات: 8365

أشهر أنظمة التشغيل الآن هي بلا شك عائلة Windows التابعة لشركة Microsoft. ومع ذلك، وعلى الرغم من شعبيته، إلا أن Windows ليس نظام التشغيل الأول أو الوحيد في العالم.

28.04.2014
ناثان والاس، أنتوني سيكويرا - سجل Windows® 2000

التحميلات: 596

أولا وقبل كل شيء، نود أن نشكر شارلوت كاربنتير، محرر عمليات الاستحواذ في كوريوليس. وأيضًا شكر خاص لجريج بالاس، الذي عمل كمحرر للمشروع، وبيغي كانتريل، التي عملت كمنسقة إنتاج الكتاب.

27.04.2014
A. Chekmarev - دليل مسؤول Windows 7

التحميلات: 12818

يستهدف دليل نظام التشغيل Microsoft Windows 7 المستخدمين المتقدمين ومسؤولي الشبكات. تم الكشف عن الإمكانيات العديدة لجميع إصدارات Windows 7، وتمت مناقشة جميع جوانب استخدام النظام بالتفصيل: من التثبيت إلى طرق الاسترداد.

27.04.2014
M. Russinovich - الهيكل الداخلي لنظام Microsoft Windows

التحميلات: 9066

تم تخصيص الطبعة السادسة من هذا الكتاب الأسطوري للبنية الداخلية وخوارزميات تشغيل المكونات الرئيسية لنظام التشغيل Microsoft Windows 7، بالإضافة إلى Windows Server 2008 R2.

17.04.2014
ريتشارد سيمون - Microsoft Windows API. دليل مبرمج النظام

التحميلات: 8967

لقد نقلت أنظمة تشغيل عائلة Windows منهجية تطوير تطبيقات التطبيقات التي تعمل تحت سيطرة أنظمة التشغيل هذه إلى مستوى نوعي جديد تمامًا. على الرغم من وفرة أدوات إنشاء البرامج القوية، فإن معرفة واجهة برمجة التطبيقات (API) - أساسياتها كلها - هي المفتاح لكتابة البرامج التي يمكنها تحقيق مكانة جيدة في السوق.

17.04.2014
أرنولد روبينز، وإلبرت هانا، وليندا لامب - يتعلمون محرري vi وVim. الطبعة السابعة.

التحميلات: 799

"لا يوجد شيء أكثر تعصبًا لمستخدمي Unix وLinux من محرر النصوص الخاص بهم. المحررون هم موضوع العشق والعبادة، أو الازدراء والسخرية، اعتمادًا على ما إذا كان موضوع المناقشة هو المحرر الخاص بك أو شخص آخر" س. لقد كان vi هو المحرر القياسي لما يقرب من 30 عامًا. يحظى بشعبية كبيرة على نظامي Unix وLinux، كما أنه يتمتع بمتابعة متزايدة على أنظمة Windows أيضًا. يعتبر معظم مسؤولي النظام ذوي الخبرة الأداة المفضلة لديهم. ومنذ عام 1986، أصبح هذا الكتاب بمثابة دليل للسادس.

OS/2، VMS، VAX، Win32، UNIX - سيصبح قارئ "مقدمة لأنظمة التشغيل" بقلم D. V. Irtegov على دراية بأنظمة التشغيل هذه. يتم تناول بنية نظام التشغيل وتخصيص الذاكرة وأنظمة الملفات والأمان وغير ذلك الكثير في هذا البرنامج التعليمي.

المستخدم الحديث، بالطبع، على دراية بأنظمة التشغيل من عائلة Win32، ولكن من غير المرجح أن يعرف عن وجود هذه العائلة نفسها؛ ربما سمع عن شيء يسمى Linux، ولكن جميع أنظمة التشغيل المشابهة لـ UNIX تعترض الطريق دون أن يفعل أي شيء بينهما، فهو بالكاد يتذكر نظامًا مثل OS/2 وبالتأكيد لا يعرف أن الفرع الحالي لعائلة MS Windows يدين بوجوده له. من المؤكد أنه ليس لديه أدنى فكرة عن نظام التشغيل المخصص للغاية للبنوك والهياكل الدفاعية، مثل VMS. الكتاب المدرسي "مقدمة لأنظمة التشغيل" يسد هذه الفجوة في تعليم القارئ، ويتحدث عن بنية جميع أنظمة التشغيل هذه، وأنظمة الملفات الخاصة بها، والعمل مع الأجهزة والأحداث، وتنفيذ المهام المتعددة ومعالجة المعاملات، وأنظمة أمان نظام التشغيل وغيرها من القضايا التي ضرورية للغاية للمتخصصين المستقبليين في مجال تكنولوجيا الكمبيوتر.

من الصعب اليوم تخيل شخص حديث لا يملك جهاز كمبيوتر. وللعمل بفعالية مع هذه التقنية، يحتاج المستخدم إلى فهم تنسيقات ملفات Microsoft Windows المختلفة. تتضمن تنسيقات النصوص والرسومات والصوت الأكثر شيوعًا TeX وPDF وTIFF وHTML وGIF وAVI وMPEG وJPEG وCGML وMIME وQuickTime وPNDZIP وVRML وXXE وUUE وWAVE وما إلى ذلك.

يشرح الكتاب كيفية فك ضغط الملفات التي تم ضغطها بواسطة أرشيفات مختلفة بشكل صحيح، وكيفية تشفير البيانات وفك تشفيرها بشكل صحيح. بعد دراسة الكتاب المرجعي "تنسيقات ملفات Microsoft Windows XP" (المؤلف بوريس ليونتييف)، سيتعلم القارئ التعرف على "آثار" تلك الأدوات المساعدة التي أثرت على الملفات التي كانت موجودة على جهاز الكمبيوتر الخاص به.

السمة المميزة لهذا الكتاب المدرسي هي مزيج جيد البناء من الأسس النظرية لبناء نظام التشغيل مع الأمثلة المطبقة في الممارسة العملية. تغطي الطبعة الثالثة من هذا الكتاب المدرسي خوارزميات إدارة الذاكرة بالتفصيل. يتم توضيح أساسيات نقل الرسائل والتفاعل بين المعالجات بمزيد من التفصيل، ويتم وصف كل عملية بالتفصيل. يتم أخذ مفاهيم مثل الإشارات والشاشات وبرامج تشغيل الأجهزة بعين الاعتبار. يتم الاهتمام بتنفيذ إدخال/إخراج المعلومات، وتطوير أنظمة الملفات، وضمان حماية البيانات وأمنها.

الكتاب المدرسي E. Tanenbaum، A. Woodhull “أنظمة التشغيل. "التطوير والتنفيذ" مزود أيضًا بقرص مضغوط يحتوي على الكود المصدري لنظام التشغيل MINIX OS المتوافق مع UNIX. وهذا يجعل من الممكن إجراء فحص تفصيلي عمليًا لميزات تشغيل كل مكون من مكوناته ونظام التشغيل ككل.

يتحدث المنشور المخصص للمهتمين بتطويرات البرامج الحديثة وتطوير منتجات Microsoft عن التطبيقات الموجودة على النظام الأساسي لعام 2003. تم جمع المعلومات بواسطة Yu.Kuptsevich "مباشرة" - تم إنشاء "The Programmer's Almanac" على أساس من المجلات، مؤلفوها هم المطورون ومختبرو التطبيقات التي تمت مناقشتها. .

هذا الكتاب المدرسي موجود بالفعل في طبعته الثانية وهو كتاب مدرسي موصى به رسميًا من قبل وزارة التعليم الروسية. وهو يصف باستمرار بنية أنظمة UNIX - بنيتها وواجهاتها وإجراءاتها وتفاعلها مع الأجهزة وتفاعل الشبكة. تم تحديث كتاب "نظام التشغيل UNIX" من تأليف Robachevsky وNemnyugin وفقًا لمتطلبات العصر وسيكون مفيدًا للمبرمجين المحترفين ومسؤولي النظام.

المنشور مخصص للآليات الأساسية لنظام التشغيل Windows. يغطي الكتاب جميع مراحل العمليات، بدءًا من الوصول إلى سجل المعالج وحتى عرض رسالة واجهة المستخدم الرسومية (GUI) على الشاشة. يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لانتقالات النظام من وضع إلى آخر، وأسباب ظهور "شاشات الموت الزرقاء"، وميزات نظام الملفات NTFS. كتاب روسينوفيتش "البنية الداخلية لنظام التشغيل Microsoft Windows: Windows Server 2003، Windows XP، Windows 2000. Master Class" عبارة عن مجموعة من المعلومات الأكثر فائدة لمسؤولي النظام في المؤسسات الكبيرة وموظفي مراكز الخدمة.

تم إنشاء هذا الكتاب المدرسي من قبل معلمي جامعة ولاية سانت بطرسبرغ لأدوات الفضاء الجوي بناءً على مواد من الدورة التي تحمل نفس الاسم. يتميز الكتاب بحجمه وتعدد استخداماته - فهو يشمل النظر في القضايا من أبسطها، على وجه الخصوص، من المفاهيم الأساسية لبرمجة النظام، إلى معقدة للغاية. على سبيل المثال، إلى ميزات البنية الدقيقة لمعالجات x86. يتيح لك الامتثال لمعايير الدولة استخدام "برنامج النظام" من تأليف جوردييف ومولشانوف كدليل للتحضير لاختبارات المعرفة. ومع ذلك، فإن القيمة الأساسية للكتاب هي فائدته في الأنشطة العملية لمسؤول النظام أو المبرمج.

يصف الكتاب إمكانيات ونقاط الضعف في نظام Windows 2000، والتي لا يعرفها إلا القليل من الناس ونادرا ما يتم استخدامها. يتكون من عدة فصول كبيرة مصممة لتحسين مهارات المحترفين، وملاحق تحتوي على قوائم أوامر Kernel Debugger، ووظائف kernel API، وعناصر إجراءات نظام التشغيل. في "الميزات غير الموثقة لنظام التشغيل Windows 2000"، يتحدث سفين شرايبر عن العمل مع واجهة برمجة التطبيقات الأصلية (API)، واستخدام آليات تصحيح أخطاء Windows 2000 واستكشاف ذاكرته، والوصول إلى نواة النظام من وضع المستخدم، وتطوير برامج تشغيل وضع kernel، وغير ذلك الكثير. لذلك سيكون الكتاب مفيدًا للمتخصصين الذين يرغبون في إنشاء التطبيقات الأكثر فعالية والمستعدين لفهم أعمال Microsoft على مستوى عميق للغاية.

سيكون مرجع Windows Embedded والبرنامج التعليمي الذي كتبه مطور محترف مفيدًا ليس فقط للمبتدئين، ولكن أيضًا للمبرمجين المحترفين، لأنه يحتوي على مجموعة واسعة من المعلومات العملية - من "نصائح المبتدئين" إلى الأسرار المهنية للمؤلف.

يعد Microsoft Windows Embedded 2009 هو الأكثر استقرارًا وانتشارًا بين جميع أنظمة Windows المضمنة اليوم، حيث تم إنشاؤه على أساس نظام التشغيل Windows XP. على الرغم من كل أوجه التشابه بينه وبين XP، إلا أنه يختلف بدرجة كافية عن سلفه بحيث يتطلب تعلم البرمجة له ​​دراسة منفصلة. لا يغطي كتاب ستانيسلاف بافلوف "أساسيات Windows Embedded Standard 2009" المشكلات الفنية التي تواجه مطور برامج Windows Embedded فحسب، بل يغطي أيضًا المعلومات العملية الأخرى التي يكتب عنها مؤلف الكتاب المدرسي بناءً على الخبرة المهنية الشخصية.

سيكون الدليل مفيدًا للمطورين المبتدئين - بشرط أن يتقنوا المواد فصلًا تلو الآخر باستمرار - وللمبرمجين المحترفين، الذين سيجدون الكثير من المعلومات المرجعية المفيدة هنا. سيستفيد المطورون ذوو الخبرة أيضًا من النصائح المهنية للمؤلف، والتي تدعمها أيضًا أمثلة عملية "حية".

مخصص لدراسة مفهوم أنظمة التشغيل في حد ذاتها بدلاً من أي نظام تشغيل محدد، هذا الكتاب المدرسي مخصص لطلاب المرحلة الجامعية والدراسات العليا الذين يدرسون علوم الكمبيوتر بدلاً من البرمجة في حد ذاتها.

تمت الموافقة عليه من قبل وزارة التربية والتعليم، هذا الكتاب مخصص لطلاب تخصص “المعلوماتية وعلوم الكمبيوتر” كوسيلة تعليمية في موضوع “أنظمة التشغيل” وطلاب الدراسات العليا العاملين في الجانب النظري لعلوم الكمبيوتر بفهمه الأصلي، ذلك هو "علم معالجة المعلومات". هنا لن تجد معلومات حول تجميع نواة النظام لمعالج معين، أو إعداد أوضاع بطاقة الفيديو أو تحسين نظام الملفات، أو إدارة أدوار المستخدمين والمجموعات - على عكس العديد من ورش العمل والكتب المرجعية المخصصة لنظام التشغيل Windows أو Unix، يعالج هذا البرنامج التعليمي إنه من وجهة نظر نظرية بحتة حول مفهوم أنظمة التشغيل في حد ذاتها. المبادئ الأساسية لتصميم نظام التشغيل التي تمت مناقشتها في هذا الكتاب صالحة لجميع أنظمة التشغيل الموجودة اليوم تقريبًا.

بالنسبة لمتخصصي تكنولوجيا المعلومات الممارسين، يمكن أن يكون الكتاب المدرسي "أنظمة تشغيل الشبكة" من تأليف ناتاليا وفيكتور أوليفروف مفيدًا أيضًا كمصدر للمعرفة "الأكاديمية" عند إجراء المقابلات في الشركات حيث يركزون بشكل أساسي على الطبيعة الأكاديمية للتعليم الرسمي بدلاً من التركيز على المهارات العملية. من المتقدمين.