سیستم عامل چیست؟ کارکرد OS، انواع آن در موبایل و دسکتاپ

سیستم عامل چیست؟ کارکرد OS، انواع آن در موبایل و دسکتاپ

سیستم عامل مهم‌ترین نرم‌افزاری است که روی کامپیوتر اجرا می‌شود. سیستم عامل حافظه و پردازش‌ها و همچنین تمام نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای کامپیوتر را مدیریت می‌کند. همچنین امکان برقراری ارتباط با کامپیوتر را برای شما فراهم می‌کند، بدون اینکه نیاز باشد زبان کامپیوتر را بلد باشید. کامپیوتر بدون سیستم عامل بی‌فایده است.

سیستم عامل رابطی بین کاربر کامپیوتر و سخت‌افزار کامپیوتر است. سیستم‌ عامل نرم‌افزاری است که تمامی وظایف اساسی، از جمله مدیریت فایل، مدیریت حافظه، مدیریت پردازش، مدیریت ورودی و خروجی و کنترل دستگاه‌های جانبی مانند دیسک‌ها و چاپگر را انجام می‌دهد.

به طور کلی، یک سیستم کامپیوتری از اجزای زیر تشکیل شده است:

• کاربران کامپیوتر : یعنی کاربرانی که از سیستم کامپیوتری استفاده می‌کنند.
• نرم افزارهای کاربردی : یعنی نرم‌افزارهایی که کاربران به طور مستقیم از آن‌ها برای انجام فعالیت‌های مختلف استفاده می‌کنند. این نرم‌افزارها ساده و استفاده از آن‌ها نیز آسان است، مثل مرورگرها، ورد، اکسل، ویرایشگرهای مختلف، بازی‌ها و غیره. این نرم‌افزارها معمولاً با زبان‌های سطح بالایی مثل پایتون، جاوا و سی++ نوشته می‌شوند.
• نرم‌افزارهای سیستمی : یعنی نرم‌افزارهایی که ماهیت پیچیده‌تری دارند و به سخت‌افزار کامپیوتر نزدیک‌تر هستند. این نرم‌افزارها معمولاً با زبان‌های سطح پایینی مثل زبان اسمبلی نوشته می‌شوند و شامل سیستم‌های عامل (مایکروسافت ویندوز، مک‌او‌اس و لینوکس)، کامپایلر، اسمبلر و غیره هستند.
• سخت‌افزار کامپیوتر : شامل مانیتور، صفحه کلید، پردازنده، دیسک، حافظه و غیره.

حالا به زبانی ساده‌تر نحوه عملکرد کامپیوتر را تشریح می‌کنیم:

اگر سخت‌افزار کامپیوتر را بدن سیستم کامپیوتری بدانیم، می‌توان گفت سیستم عامل در واقع روح آن است که به آن زندگی می‌بخشد و امکان استفاده از آن را فراهم می‌کند. هرگز نمی‌توانیم بدون نصب سیستم عامل از سیستم کامپیوتری استفاده کنیم.

تاریخچه سیستم‌ عامل‌ها

سیستم‌ عامل‌ها در طول سال‌ها پیشرفت کرده و تکامل یافتند. در دهه 1950، کامپیوترها در آن واحد فقط یک برنامه مثل ماشین حساب را اجرا می‌کردند اما طی دهه‌های بعدی، کامپیوترها برنامه‌های نرم‌افزاری بیشتری را در خود جای دادند که گاهی اوقات کتابخانه نیز نامیده می‌شدند و اساس سیستم‌‌های عامل‌ امروزی را تشکیل دادند.

سیستم‌ عامل‌ها در طول سال‌ها پیشرفت کرده و تکامل یافتند. در دهه 1950، کامپیوترها در آن واحد فقط یک برنامه مثل ماشین حساب را اجرا می‌کردند اما طی دهه‌های بعدی، کامپیوترها برنامه‌های نرم‌افزاری بیشتری را در خود جای دادند که گاهی اوقات کتابخانه نیز نامیده می‌شدند و اساس سیستم‌‌های عامل‌ امروزی را تشکیل دادند.

حقایقی پیرامون تکامل سیستم عامل‌ها وجود دارند که بد نیست آن ها را بدانیم:

موسسه تحقیقاتی استنفورد در اواخر دهه 1960 سیستمی به نام «آنلاین سیستم (NLS) را توسعه داد که اولین سیستم عامل شبیه به سیستم عامل‌های دسکتاپ امروزی ما بود.

مایکروسافت در سال ۱۹۸۱ سیستم عامل کیوداس (سیستم عامل سریع ) را خرید و آن را به عنوان سیستم عامل مایکروسافت (ام‌اس-داس) معرفی کرد. سال 1994، مایکروسافت پشتیبانی از ام‌اس-داس را متوقف کرد.

یونیکس در اواسط دهه 1960 توسط موسسه فناوری ماساچوست، آزمایشگاه ای‌تی‌اند‌تی بل و جنرال الکتریک به صورت مشترک توسعه یافت. در ابتدا نام آن مولتیکس بود که مخفف عبارت انگلیسی با معنای «سیستم عامل و رایانش مرکب» بود.

ویندوز 95 سیستم عامل مبتنی بر رابط گرافیکی برای کاربر و با محوریت مصرف کننده بود که بر اساس ام‌اس-داس ساخته شده بود. این سیستم عامل در 24 آگوست 1995 توسط مایکروسافت و به عنوان بخشی از خانواده سیستم عامل‌های ویندوز 9x منتشر شد.

سولاریس سیستم عامل انحصاری یونیکسی است که در ابتدا توسط سان ماکروسیستمز در سال 1991 توسعه یافت. پس از خرید آن از سوی اوراکل در سال 2010، نام آن به اوراکل سولاریس تغییر یافت.

بهتر است بدانیم کار سیستم عامل چیست؟

سیستم عامل کامپیوتر شما تمام نرم‌افزارها و‌سخت‌افزارهای کامپیوتر را مدیریت می‌کند. اغلب اوقات، چندین برنامه کامپیوتری مختلف به طور همزمان در حال اجرا هستند و همه آن‌ها باید به واحد پردازش مرکزی (پردازنده)، حافظه و محل ذخیره‌سازی کامپیوتر شما دسترسی داشته باشند. سیستم عامل هماهنگی تمام این وظایف را بر عهده دارد تا هر برنامه به آنچه که نیاز دارد دسترسی داشته باشد.

نسل‌های سیستم عامل

سیستم‌ عامل‌ها در طول سال‌ها پیشرفت کرده و تکامل یافتند. می‌توانیم این پیشرفت‌ها را بر اساس نسل‌های مختلف دسته‌بندی کنیم که به طور خلاصه در ادامه به آن می‌پردازیم:

سیستم عامل نسل صفر

اصطلاح نسل صفر به دوره توسعه رایانشی اشاره دارد که در آن زمان چارلز بابیج موتور تحلیلی را اختراع کرد و بعداً جان آتاناسوف کامپیوتری را در سال 1940 ساخت. فناوری قطعات سخت‌افزاری این دوره لوله‌های خلاء الکترونیکی بودند. هیچ سیستم عاملی برای این نسل از کامپیوترها وجود نداشت و برنامه‌های کامپیوتری به زبان ماشین نوشته می‌شدند. کامپیوترهای این نسل ناکارآمد بوده و عملکرد آن‌ها به شایستگی‌های متفاوت هر کدام از برنامه‌نویسان به عنوان اپراتور آن‌ها وابسته بودند

سیستم عامل نسل اول (1951-1956)

نسل اول آغاز کننده رایانش تجاری و شامل معرفی کامپیوتر یونیواک ۱ از ایکرت و ماچلی در اوایل سال 1951 و کمی بعد از آن، آی‌بی‌ام ۷۰۱ بود.

برای مدتی، عملکرد سیستم با کمک اپراتورهای متخصص و بدون بهره‌مندی از سیستم عامل انجام شد اما کم‌کم برنامه‌ها با زبان‌های سطح بالاتر و رویه محوری نوشته شدند و بنابراین روتین کار اپراتورها گسترده‌تر شد. بعد از آن، سیستم عامل‌های با یک برنامه‌ خاص توسعه یافتند که برخی از دخالت‌های انسانی برای اجرای وظایف را حذف می‌کردند و کارکردهای مطلوبی را در اختیار برنامه‌نویسان قرار می‌داند. همچنان کار این سیستم‌ها تحت کنترل اپراتوری انسانی انجام می‌شد که روند کار آن‌ها به صورت دنبال کردن مراحل اجرای برنامه بود. زبان برنامه‌نویسی مثل فورترن توسط جان دبلیو. باکوس در سال 1956 توسعه یافت.

سیستم عامل نسل دوم (1956-1964)

برجسته‌ترین مشخصه نسل دوم سخت‌افزارهای کامپیوتری جایگزینی لوله‌های خلأ با ترانزیستورها به‌عنوان فناوری اجزای سخت‌افزاری بود. اولین سیستم عامل جی‌ماس توسط آی‌بی‌ام توسعه یافت. سیستم عامل جی‌ماس مبتنی بر سیستم پردازش دسته‌ای تک‌جریانی بود زیرا تمام وظایف مشابه یک گروه یا دسته را جمع‌آوری می‌کرد و سپس این وظایف را با استفاده از کارت پانچ به سیستم عامل ارسال می‌کرد تا تمام وظایف در یک ماشین انجام شوند. سیستم عامل پس از اتمام هر وظیفه پاکسازی شده و سپس خواندن و اجرای وظیفه بعدی از روی کارت پانچ را آغاز می‌کرد.

محققان آزمایش برنامه‌های چندگانه و پردازش چندگانه در سرویس‌های رایانشی خود را به نام سیستم اشتراک زمانی آغاز کردند. نمونه‌ای شایان ذکر، «سیستم اشتراک زمان سازگار» - Compatible Time Sharing System CTSS - است که در اوایل دهه 1960 توسط ام‌آی‌تی توسعه یافت.

سیستم عامل نسل سوم (1964-1979)

دوره نسل سوم به طور رسمی در آوریل 1964 با رونمایی آی‌بی‌ام از خانواده کامپیوترهای سیستم/۳۶۰ آغاز شد. فناوری‌های سخت‌افزار این کامپیوترها از مدارهای مجتمع استفاده می‌کردند که مزایای قابل توجهی در زمینه سرعت و مقرون‌به‌صرفگی ایجاد می‌کردند.

توسعه سیستم عامل با معرفی و پذیرش گسترده برنامه‌های چندگانه ادامه یافت. ایده بهره‌مندی کامل‌تر از قابلیت‌های ورودی/خروجی کانال داده کامپیوتر همچنان ادامه یافت.

پیشرفت دیگری که منجر به توسعه کامپیوترهای شخصی در نسل چهارم شد، توسعه کامپیوترهای کوچک جدید با DEC PDP-1 بود. دوران نسل سوم دوران هیجان‌انگیزی بود که البته به توسعه سخت‌افزار کامپیوتر و سیستم عامل همراه آن ارتباط داشت.

سیستم عامل نسل چهارم (1979 - اکنون)

مشخصه نسل چهارم داشتن ظاهری شبیه کامپیوترهای شخصی و میز کار بود. فناوری سازنده نسل سوم با «یکپارچه‌سازی در مقیاس بسیار بزرگ» - VLSI - جایگزین شد. بسیاری از سیستم عامل‌هایی مانند ویندوز، لینوکس، سیستم عامل مک و غیره که امروزه از آن‌ها استفاده می‌کنیم در دوران نسل چهارم توسعه یافته‌اند.

در زیر به برخی از عملکردهای مهم یک سیستم عامل اشاره می‌کنیم.

• Memory Managment - مدیریت حافظه
• Processor Managment - مدیریت پردازنده
• Device Managment - مدیریت دستگاه
• File Managment - مدیریت فایل
• Network Managment - مدیریت شبکه
• Security امنیت
• Control over system performance کنترل عملکرد سیستم
• Job accounting حسابرسی وظایف
• Error detecting aids کمک به شناسایی خطا
• Coordination between other software and users هماهنگی بین سایر نرم‌افزارها و کاربران

مدیریت حافظه

مدیریت حافظه به مدیریت حافظه اولیه یا حافظه اصلی اشاره دارد. حافظه اصلی آرایه بزرگی از کلمات یا بایت‌ها است که هر کلمه یا بایت آدرس خاص خود را دارد.

مفهوم آرایه : آرایه ترتیبی از اعداد، تصاویر یا اشیاء است که با توجه به نوع آنها به سطرها و ستون ها قالب بندی می شوند. در کدنویسی و برنامه‌نویسی، آرایه مجموعه‌ای از آیتم‌ها یا داده‌ها است که در مکان‌های حافظه به‌هم پیوسته ذخیره می‌شوند که به نام سیستم‌های پایگاه داده نیز شناخته می‌شوند.

مفهوم بایت : در اکثر سیستم های کامپیوتری، بایت واحدی از داده است که هشت رقم دودویی یا همان صفر و یک دارد. یک بایت واحدی است که اکثر رایانه ها برای نشان دادن یک کاراکتر مانند یک حرف، عدد یا نماد تایپوگرافی استفاده می کنند. هر بایت می‌تواند رشته‌ای از بیت‌ها را در خود جای دهد که باید در واحد بزرگ‌تری برای اهداف کاربردی استفاده شوند.

حافظه اصلی فضای ذخیره‌سازی سریعی را فراهم می‌کند که پردازنده دسترسی مستقیمی به آن دارد. برای اینکه برنامه‌ای اجرا شود باید در حافظه اصلی قرار گیرد. سیستم عامل فعالیت‌های زیر را برای مدیریت حافظه انجام می‌دهد:

• حافظه اصلی را رهگیری می‌کند، یعنی اینکه بررسی می‌کند چه بخشی از آن توسط چه مولفه‌ای اشغال شده است و چه بخشی از آن اشغال نشده است.
• در حالت اجرای برنامه، سیستم عامل تصمیم می‌گیرد که هر پردازشی چه زمانی و چه مقدار حافظه دریافت کند.
• وقتی پردازشی حافظه درخواست می‌کند، کار تخصیص حافظه به آن را انجام می‌دهد.
• وقتی پردازشی دیگر به حافظه نیاز ندارد یا پایان یافته است، حافظه را از آن می‌گیرد.

مدیریت پردازنده

در محیطی با اجرای چند برنامه‌، سیستم‌ عامل تصمیم می‌گیرد که کدام پردازش، چه زمانی و برای چه مدتی به پردازنده دسترسی داشته باشد. این کارکرد زمانبندی پردازش نامیده می‌شود. سیستم عامل برای مدیریت پردازنده فعالیت‌های زیر را انجام می‌دهد:

• وضعیت پردازنده و پردازش را رهگیری می‌کند. برنامه‌ای که مسئول این کار است کنترل کننده ترافیک نام دارد.
• پردازنده - CPU - را به یک پردازش اختصاص می‌دهد.
• وقتی دیگر نیازی به پردازش نباشد، پردازنده را از آن پردازش می‌گیرد.

مدیریت دستگاه

سیستم عامل ارتباطات دستگاه با را‌ه‌اندازهای مربوطه را مدیریت می‌کند. سیستم‌ عامل فعالیت‌های زیر را برای مدیریت دستگاه انجام می‌دهد:

• همه دستگاه‌ها را رهگیری می‌کند. برنامه مسئول این کار کنترل کننده ورودی/خروجی نام دارد.
• تصمیم می‌گیرد چه پردازشی، چه زمانی و برای چه مدتی به دستگاه دسترسی داشته باشد.
• تخصیص دستگاه را به شکلی کارآمد انجام می‌دهد.
• دستگاه‌های تخصیص یافته را‌ آزاد می‌کند.

مدیریت فایل

معمولاً برای جابه‌جایی و استفاده راحت‌تر سیستم فایل در پوشه‌های مختلفی سازماندهی می‌شود. ممکن است این پوشه‌ها شامل فایل‌ها و پوشه‌های دیگری باشند.

سیستم عامل برای مدیریت فایل فعالیت‌های زیر را انجام می‌دهد:

• اطلاعات، مکان، استفاده، وضعیت و غیره را رهگیری می‌کند. این امکانات مدیریتی اغلب سیستم فایل نامیده می‌شوند.
• درباره اینکه چه چیزی به منابع دسترسی داشته باشد، تصمیم‌گیری می‌کند.
• منابع را تخصیص می‌دهد.
• منابع تخصیص یافته را آزاد می‌کند.

سایر فعالیت‌های مهم سیستم عامل

در ادامه برخی از فعالیت‌های مهم سیستم عامل ارائه شده‌اند:

• امنیت - با استفاده از رمز عبور و تکنیک‌های مشابه دیگر از دسترسی غیرمجاز به برنامه‌ها و داده‌ها جلوگیری می‌کند.
• کنترل بر عملکرد سیستم - تأخیرهای بین درخواست برای یک سرویس و پاسخ از طرف سیستم را ثبت می‌کند.
• حسابرسی به وظایف - زمان و منابع مورد استفاده وظایف و کاربران مختلف را رهگیری می‌کند.
• کمک به شناسایی خطا - ارائه زباله‌ها، ردیابی‌ها، پیام‌های خطا و سایر کمک‌ها برای رفع اشکال و شناسایی خطا.
• هماهنگی بین سایر نرم‌افزارها و کاربران - هماهنگی و تخصیص کامپایلرها، مفسرها، اسمبلرها و سایر نرم‌افزارها به کاربران مختلف سیستم‌های کامپیوتری.

انواع سیستم عامل ها را بشناسیم

معمولاً سیستم عامل‌ها روی هر کامپیوتری که می‌خرید از پیش بارگذاری شده‌اند. اکثر مردم از سیستم عاملی که همراه با کامپیوترشان ارائه می‌شود استفاده می‌کنند اما امکان ارتقاء یا حتی تغییر سیستم عامل نیز وجود دارد. سه مورد از رایج‌ترین سیستم عامل‌های کامپیوترهای شخصی عبارتند از: مایکروسافت ویندوز ، سیستم عامل مک و لینوکس .

سیستم عامل‌های مدرن از یک رابط کاربری گرافیکی یا GUI (graphical user interface) استفاده می‌کنند. رابط کاربری گرافیکی به شما اجازه می‌دهد که از ماوس خود برای کلیک روی آیکون‌ها، دکمه‌ها و منوها استفاده کنید و همه چیز به صورت ترکیبی از اجزای گرافیک‌ و متن روی نمایشگر نشان داده می‌شوند.

رابط کاربری گرافیکی هر سیستم عامل ظاهر و حالت متفاوتی دارد، بنابراین اگر سیستم عامل خود را تغییر دهید شاید در ابتدا ناآشنا به نظر برسد. اما، طراحی سیستم عامل‌های مدرن به گونه‌ای است که استفاده از آن‌ها آسان باشد و بیشتر اصول اولیه آن‌ها یکسان است.

مایکروسافت ویندوز

مایکروسافت سیستم عامل ویندوز را در اواسط دهه 1980 ساخت. نسخه‌های مختلفی از ویندوز وجود دارند اما جدیدترین آن‌ها عبارتند از: ویندوز 11 (2021)، ویندوز 10 (2015)، ویندوز 8 (2012)، ویندوز 7 (2009)، ویندوز ویستا (2007)، ویندوز XP (2001) و ویندوز 98 (1998). ویندوز روی بیشتر کامپیوترهای شخصی جدید از پیش بارگذاری شده است که همین امر باعث شده محبوب‌ترین سیستم عامل جهان باشد.

سیستم عامل مک

سیستم عامل مک (که قبلاً او اس ‌اکس - OS X - نام داشت) یکی از سیستم عامل‌های ساخته شرکت اپل است. این سیستم عامل از قبل روی همه کامپیوترهای مکینتاش یا مک نصب شده است. برخی از نسخه‌های خاص آن عبارتند از: موهاوی (که در سال 2018 منتشر شد)، های‌ سیرا (2017) و سیرا (2016). در حال حاضر آخرین ورژن از سیتم عامل مک macOS 14 Sonoma نام دارد که در سال 2023 منتشر شده است.

طبق آمارهای جهانی استت‌کانتر (StatCounter)، کاربران سیستم عامل مک کمتر از 10% سهم سیستم عامل‌های جهان را تشکیل می‌دهند، عددی که بسیار کمتر از درصد کاربران ویندوزی (بیش از 80%) است. یکی از دلایل این وضعیت هم به این دلیل است که کامپیوترهای اپل گران‌تر هستند. با این حال، بسیاری از مردم ظاهر و حالت سیستم عامل مک را به ویندوز ترجیح می‌دهند.

سیستم عامل لینوکس

لینوکس (که لین-اوکس - LINN-ux تلفظ می‌شود) خانواده‌ای از سیستم‌ عامل‌های متن باز است که یعنی هر کسی در سراسر جهان می‌تواند آن‌ را تغییر داده و توزیع کند. این وضعیت با نرم‌افزارهای انحصاری مثل ویندوز متفاوت است که تنها شرکت مالک آن می‌توان آن را تغییر دهد. از مزایای لینوکس رایگان بودن آن است و توزیع‌ها یا نسخه‌های بسیار متفاوتی از آن وجود دارد.

طبق آمارهای جهانی StatCounter Global Stats ، کاربران لینوکس کمتر از 2% سهم سیستم عامل‌های جهان را تشکیل می‌دهند. با این حال، اکثر سرورها از لینوکس استفاده می‌کنند زیرا شخصی‌سازی آن نسبتاً آسان است.

سیستم عامل دستگاه‌های همراه

سیستم عامل‌هایی که تاکنون درباره آن‌ها صحبت کردیم برای اجرا روی کامپیوترهای رومیزی و لپ‌تاپ‌ها طراحی شده‌اند. دستگاه‌های همراهی مانند گوشی‌ها، تبلت‌ها و پخش کننده‌های MP3 با کامپیوترهای رومیزی و لپ‌تاپ فرق دارند، بنابراین از سیستم عامل‌هایی استفاده می‌کنند که به طور خاص برای دستگاه‌های همراه طراحی شده‌اند. نمونه‌هایی از سیستم عامل‌های همراه عبارتند از: آی‌او‌اس اپل و اندروید گوگل.

سیستم‌عامل‌های دستگاه‌های همراه معمولاً به اندازه سیستم‌ عامل‌های ساخته شده برای کامپیوترهای رومیزی و لپ‌تاپ‌ها مجهز نیستند و نمی‌توانند تمام آن نرم‌افزارها را اجرا کنند. با این حال، می‌توانید کارهای زیادی مثل تماشای فیلم، مرور وب، مدیریت تقویم و بازی و اجرای خیلی از اپلیکیشن ها را با آن‌ها انجام دهید.