صفحة ٣٥
انظر إلى أعلى الصفحة حيث يبدأ الدرس الثالث عن أنظمة التشغيل. بعد أن تعرفنا على المكونات المادية مثل المعالج والأقراص، ننتقل إلى البرمجيات التي تمنح جهاز الحاسب وظائفه. تنقسم البرمجيات إلى قسمين رئيسيين: البرمجيات التطبيقية مثل متصفحات الإنترنت ومعالج النصوص التي تستخدمها مباشرة لإنجاز مهامك، وبرمجية النظام التي تتحكم في عمل الجهاز وتوفر البيئة لتعمل البرمجيات التطبيقية فوقها. انظر إلى المخطط في المنتصف، فهو يوضح العلاقة بين المكونات المادية وبرامج النظام والبرمجيات التطبيقية، وكيف يتفاعل المستخدم معها. وفي الأسفل، يُعرّف نظام التشغيل بأنه نواة برامج أجهزة الحاسب الذي يدير مصادر الجهاز كالذاكرة ووحدات الإدخال والإخراج، ويمنحك واجهة للتفاعل مع الجهاز. وتتضمن برامج النظام أيضاً أدوات تطوير الأنظمة التي تساعد في إنشاء برامج تطبيقية وبرامج نظام أخرى.
صفحة ٣٦
انظر إلى أعلى الصفحة وتذكر دورة الجلب والتنفيذ، فكل برنامج يُنفّذ يتم تحميله في الذاكرة الرئيسية لتُنفّذ تعليماته تباعاً. تدعم أجهزة الحاسب تقنية تعددية البرامج لكي تعمل مجموعة من البرامج داخل الذاكرة العشوائية في نفس الوقت، وهنا تتنافس هذه البرامج للوصول إلى وحدة المعالجة المركزية، ولذلك تبرز مهمة نظام التشغيل في إدارة الذاكرة ليبقى كل برنامج مطلعاً على أجزائه وموقعه داخل الذاكرة. انظر إلى المخطط التوضيحي الذي يبين كيف يدير نظام التشغيل التفاعل بين المستخدم والبرامج والمكونات المادية. وتحت عنوان مهام نظام التشغيل، نبدأ بالنقطة الأولى وهي إدارة الذاكرة، حيث يقوم النظام بتتبع مكان وجود البرنامج وتحويل عناوين البرنامج المنطقية إلى عناوين ذاكرة حقيقية. يتعامل نظام التشغيل مع الذاكرة الرئيسية على أنها مخزن بيانات مستمر مقسم إلى مجموعات من الخانات الثنائية، وكل جزء له عنوان فريد يبدأ من الرقم 0. انظر إلى مخطط أجزاء الذاكرة في الأسفل وكيف تُوزّع بين نظام التشغيل والبرامج المختلفة، ولاحظ اللمحة التاريخية في أسفل الصفحة عن نظام يونكس الذي استُخدم لأول مرة في العام 1969.
صفحة ٣٧
انظر إلى السطور الأولى، بما أن البرامج لا تعرف عناوينها مسبقاً في الذاكرة، فإنها تتعرف على تعليماتها وبياناتها باستخدام العناوين المنطقية، وهنا يقوم نظام التشغيل برسم خريطة تربط العناوين المنطقية بما يقابلها من عناوين حقيقية في ذاكرة الوصول العشوائي وتسمى هذه العملية ربط العناوين. ننتقل إلى المهمة الثانية وهي إدارة العمليات، حيث يدير نظام التشغيل استخدام وحدة المعالجة المركزية من خلال العمليات الفردية. تذكر أنه يمكن لعملية واحدة فقط تنفيذ جزء من تعليماتها في وحدة زمنية واحدة داخل وحدة المعالجة المركزية، ولذلك تمر كل عملية بدورة حياة لحالات مختلفة مثل جديدة، قيد التنفيذ، الانتظار، أو حالة الإنهآء. انظر إلى المخطط الدائري للعمليات في المنتصف، فالعملية الجديدة هي التي سيتم تحميلها من الذاكرة الثانوية، والعملية في حالة التنفيذ يتم تنفيذها داخل المعالج، والعملية في حالة الإنهآء اكتملت ولم تعد نشطة، والعملية في حالة الجاهزية موجودة في طابور التنفيذ بذاكرة الجهاز، والعملية في حالة الانتظار تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية مثل وصول بيانات من وحدات التخزين. ولاحظ في الأسفل أنه قد تتواجد عمليات كثيرة في حالة الجاهزية أو الانتظار، ولكن عملية واحدة فقط يمكن أن تكون في حالة التنفيذ.
صفحة ٣٨
انظر إلى أعلى الصفحة حيث نبدأ المهمة الثالثة وهي إدارة أجهزة الإدخال والإخراج. يحتوي جهاز الحاسب القياسي على لوحة مفاتيح وشاشة للتواصل مع المستخدم وماسح ضوئي وطابعة، وتتذكر بالطبع أن لوحة المفاتيح والماسح الضوئي من أجهزة الإدخال بينما الشاشة والطابعة من أجهزة الإخراج، إضافة إلى أجهزة التخزين الثانوية. تتطلب التطبيقات المختلفة أجهزة إدخال أو إخراج مختلفة عند تشغيلها، فعند إرسال ملف للطباعة سيحتاج نظام التشغيل إلى الاتصال بالتابعة للتحقق من تشغيلها والبدء في إرسال البيانات لطباعة كل صفحة. يتم التحكم في كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز، وهو جزء من نظام التشغيل أو يتم توفيره من الشركة المصنعة للجهاز ليقوم بإرسال المعلومات الصحيحة وتحريك كل عملية إلى الجهاز. انظر إلى الملخص في المشرق الوردي، يقوم نظام التشغيل بتتبع جميع الأجهزة، وتحديد أي عملية تصل إلى الجهاز وكم تحتاج من الوقت، وتوظيف الأجهزة بالطريقة الأكثر فعالية. وفي أسفل الصفحة، يوضح الرسم كيف يتفاعل نظام التشغيل مع الأجهزة المختلفة عبر برامج التشغيل والمخزن المؤقت.
صفحة ٣٩
انظر إلى أعلى الصفحة لنستكمل المهمة الرابعة وهي إدارة الملفات. إن عملية تنظيم مخازن البيانات الثانوية مثل الأقراص الصلبة هي إحدى مهام نظام التشغيل، وتذكر أن مخازن البيانات الثانوية تحتفظ بالبيانات عند فقدان الطاقة الكهربائية. يتم تنظيم وحفظ المعلومات على القرص الصلب على شكل ملفات، فالملف هو اسم لمجموعة من البيانات المرتبطة معا في وحدة منظمة للقرص الصلب. يمكن للملف أن يحتوي على برنامج أو بيانات من نوع واحد أو أكثر، مثل ملف متصفح الإنترنت أو صورة رقمية. يقدم نظام التشغيل عرضاً منطقياً للمستخدمين لإدارة المعلومات كجمهرة من الملفات، ويتم تنظيمها عادة بتجميع الملفات داخل مجلدات، فالمجلد هو اسم لمجموعة من الملفات. قد يحتوي المجلد الرئيسي على مجلدات فرعية، ويمكن إنشاء مجلدات متداخلة بلا حدود حسب حاجتك لتنظيم بياناتك، لتتكون بنية هيكلية تعرض نظام الملفات كشجرة، ويسمى المجلد الموجود في أعلى مستوى في الهيكلية بالمجلد الجذري. انظر إلى الرسم في أسفل الصفحة لترى كيف تتدفق المجلدات وتتداخل بانتظام من المجلد الجذري وصولاً إلى الملفات الفرعية.
صفحة ٤٠
انظر إلى الصفحة أمامك، فهي تحتوي على تدريبات لتطبيق ما درسناه عن أنظمة التشغيل والبرمجيات. في تدريب 1، لديك جمل تحتاج لإكمال فراغاتها بما يناسبها من مفاهيم صحيحة درستها في الدرس، فكر في الكلمة التي تصف دور نظام التشغيل كوسيط بين المستخدم والأجهزة، أو التقنية التي تحفظ برامج متعددة في الذاكرة للتنافس في الوقت. في تدريب 2، عليك أن تصل العبارات في العمود الأول بما يناسبها في العمود الثاني بخطوط أو بوضع العلامة المناسبة، فمثلاً عبارة نظام التشغيل هي مجموعة من التعليمات التي توجه جهاز الحاسب لإجراء عمليات محددة، وبرامج الخدمات هي البرامج المتعلقة بضبط نظام تشغيل جهاز الحاسب وإدارة وحداته المختلفة، وبرنامج التطبيق يعمل وسيطاً بين المستخدم والأجهزة، وبرنامج مخصص يستخدم للمساعدة على إعداد جهاز الحاسب أو تحسين أدائه أو وظائفه، وبرامج النظام هي مجموعة من التعليمات المصممة لأداء مهمة معينة على جهاز الحاسب، والبرامج هي ما يستعين بها مستخدمو أجهزة الحاسب لأداء مهام مفيدة للأعمال وحل المشكلات. اقرأ كل عبارة بتمعن واربطها بتعريفها الصحيح.
صفحة ٤١
انظر إلى تدريب 3 في أعلى الصفحة، المطلوب هنا هو وصل نوع البرنامج الصحيح في العمود الأول بأيقونة كل برنامج في العمود الثاني بناءً على الوصف الموجود. فكر في تصنيف البرامج التي أمامك إلى أقسامها الثلاثة: برامج الخدمات، برامج تطبيقية، وأنظمة تشغيل. انظر إلى الأمثلة في الجدول، فألعاب المغامرة والحركة تعتبر من برامج التطبيقية، ونظام أوبونتو أو ويندوز 10 أو ماك أو إس إكس تعتبر من أنظمة التشغيل، وبرامج مثل موزيلا فايرفوكس وويسترار لضغط الملفات ومضاد فيروسات أفاست وحزمة مايكروسوفت أوفيس تعتبر من برامج تطبيقية أو برامج الخدمات حسب طبيعتها، وبرنامج تنظيف القرص يعد من برامج الخدمات. صل كل برنامج بالأيقونة التي تمثله بدقة وفق ما تعلمته عن تصنيف البرمجيات.
صفحة ٤٢
انظر إلى تدريب 4، وهو نشاط استكشافي لتفهم كيفية تنفيذ نظام التشغيل لأربعة برامج لقراءة ملفات نصية من القرص الصلب ثم طباعتها على الطابعة بشكل متزامن. انظر إلى الجدول الأول، لديك أربعة برامج تسمى P.1 و P.2 و P.3 و P.4، وكل برنامج يحتاج عدداً من الوحدات الزمنية على القرص الصلب وعلى الطابعة. يوضح الجدول الزمني أسفل منه كيف يبدأ نظام التشغيل بالبرنامج الأول P.1 ثم ينتقل للبرنامج الذي يليه حسب الترتيب الزمني. انظر إلى الجدول الكبير في المنتصف الذي يمثل الوحدات الزمنية وتتبع مواقع تشغيل القرص الصلب والطابعة لكل برنامج. وفي أسفل الصفحة، أجب عن الأسئلة بوضع علامة أمام الإجابة الصحيحة بناءً على الجدول، فهل يمكن للجهاز العمل في وقت متزامن؟ وما هي الوحدة الزمنية التي يستخدمها جهاز الحاسب لتنفيذ العمليات؟ فكر في البيانات الموجودة بالجدول واستنتج الإجابة.
صفحة ٤٣
انظر إلى تدريب 5 في أعلى الصفحة، وهنا تم تصميم نظام تشغيل مختلف ليقوم بتنفيذ نفس البرامج وبنفس الترتيب كما في التدريب السابق، ولكن مع إمكان استخدام محرك الأقراص والطابعة معاً في الوحدة الزمنية الواحدة لوحدة المعالجة المركزية. تذكر أن هذا يعني أنه عند انتهاء البرنامج P.1 من استرداد الملف من القرص الصلب وبدء عملية الطباعة من الطابعة، فإن البرنامج P.2 سيُبدأ في استرداد الملفات على الفور من القرص، وعند الانتهاء من استرداد الملف، تبدأ الطابعة في الطباعة عندما تصبح متاحة، وتستمر هذه العملية وصولاً لتشغيل جميع البرامج. انظر إلى الجدول في المنتصف وعليك إكماله وفقاً للعملية الجديدة بتوزيع الوحدات الزمنية للقرص الصلب والطابعة لكل برنامج بدقة. وفي الأسفل، أجب عن الأسئلة بوضع علامة أمام الإجابة الصحيحة المتعلقة بإمكانية تشغيل أكثر من برنامج في نفس الوحدة الزمنية، ووظائف الوحدات الزمنية لجهاز الحاسب، وعدد العمليات التي تنفذ في كل وحدة زمنية مركزية، ثم احسب الوقت الإجمالي لتنفيذ جميع البرامج.
صفحة ٤٤
انظر إلى تدريب 6 في أعلى الصفحة، وهو تدريب لتقييم مدى فهمك لتعامل نظام التشغيل مع أجهزة الإدخال والإخراج. اقرأ العبارات الأربع بعناية وضع علامة أمام الجملة الصحيحة، وإن كانت خاطئة فأعد كتابتها بالشكل الصحيح. العبارة الأولى تتحدث عن تتبع نظام التشغيل لجميع الأجهزة، والثانية عن قرار نظام التشغيل بمقدار الوقت المستغرق لأي عملية، والثالثة عن تخصيص نظام التشغيل لكل جهاز بطريقة فعالة، والرابعة عن تحكم كل جهاز ملحق بواسطة برنامج خاص يسمى برنامج تشغيل الجهاز وهو ليس جزءاً من نظام التشغيل. فكر في كل عبارة وصحح الخطأ إن وجد بناءً على ما درسناه عن إدارة الأجهزة. وفي تدريب 7 أسفل الصفحة، استكمالا للأنشطة، لديك مخطط لحالة العمليات يوضح انتقال العمليات بين جديد، تشغيل، انتظار، وتم الإنهآء، وعليك تعبئة الفراغات في الصناديق المناسبة في الشكل أدناه بأسماء البرامج والمدخلات الثنائية وفق الجدول الذي أكمّلته سابقاً لتتأكد من فهمك لدورة حياة العمليات بدقة.
صفحة ٤٥
انظر إلى تدريب التطوير والتنفيذ في أعلى الصفحة. يذكر النص أن مدير نظام التشغيل للذاكرة الرئيسية لجهاز الحاسب يتمكن من تحديد مواقع وضع التعليمات وبيانات البرامج بها، ويحتوي نظام التشغيل أيضاً على نظام الملفات الذي يختص بإدارة الملفات في وحدات التخزين أيضاً. انظر إلى المثال الموضح بالأسفل: افتراض وجود برنامج يحتوي على تعليمات وبيانات بالنظام الثنائي سيتم نقلها إلى الذاكرة الرئيسية بصورة منطقية، حيث يعتبر البرنامج جميع عناوين الذاكرة الرئيسية متوافرة، ولذلك فإن العناوين المنطقية هي أرقام من 0 إلى 10 على سبيل المثال، وتكمن المشكلة في أن الذاكرة الرئيسية تتضمن عناوين أخرى متوافرة ولكنها دون ترتيب. انظر إلى الجدول المرفق في الصفحة، وفيه عمود العنوان الفيزيائي وعمود العنوان المنطقية والجدول المكافئ بينهما، والمطلوب منك إكمال الجدول أدناه بناءً على مبدأ إدارة الذاكرة الذي تم ذكره سابقاً بربط كل عنوان منطقي بعنوان ملموس متوافر في الذاكرة الفيزيائية بشكل متسلسل ودقيق.
صفحة ٤٦
انظر إلى تدريب 8 في أعلى الصفحة تحت عنوان التطوير والتنفيذ، حيث يوضح المخطط التالي بنية نظام الملفات. انظر إلى شكل المجلدات المتداخلة، فالمجلد الرئيسي في أعلى الهرم يسمى G، وتتفرع منه مجلدات أخرى مثل N و Q و C، ثم تتفرع من Q مجلدات أخرى مثل H، ومن C تتفرع مجلدات مثل D و F. انظر إلى الأسئلة في الأسفل وضع علامة أمام الخانة المناسبة لتكون العبارة صحيحة لكل نقطة. في النقطة الأولى، هل Q يعد دليلاً فرعياً من G أو دليلاً رئيسياً لـ H أو دليلاً جذرياً؟ في النقطة الثانية، ماذا يمثل المجلد N بالنسبة لـ G؟ في النقطة الثالثة، انظر إلى المجلد D وحدد إن كان له دليلان فرعيان أو مجلدان رئيسيان أو لا مجلدات فرعية له. في النقطة الرابعة، أجب عن إمكانية أن يحمل المجلد B نفس الاسم لمجلد آخر، وفكر في علاقة الأسماء بين المجلدات المتفرعة والمشتركة في نفس المستوى أو المستويات المختلفة.
