انواع کامپیوتر

 

سوپر کامپیوتر ، ابر کامپیوتر  سوپر کامپیوتر عبارتست از یک کامپیوتر بزرگ فوق العاده سریع و گران قیمت که برای انجام محاسبات پیچیده و پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرد. به عنوان مثال این نوع کامپیوتر میتواند تعداد محاسبات بی شماری را برای رسم و حرکت دادن یک سفینه فضایی در یک تصویر متحرک انجام دهد. ابر کامپیوتر ها در مواردی چون پیش بینی وضع هوا ، مدل سازی و شبیه سازی علمی و کشف منابع نفتی و .... مورد استفاده قرار میگیرد . کامپیوتر شخصی  اغلب مردم زمانیکه با واژه " تکنولوژی " برخورد می نمایند ، بی اختیار "کامپیوتر" برای آنها تداعی می گردد. امروزه کامپیوتر در موارد متعددی بخدمت گرفته می شود. برخی از تجهیزات موجود در منازل ، دارای نوع خاصی از " ریزپردازنده" می باشند. حتی اتومبیل های جدید نیز دارای نوعی کامپیوتر خاص می باشند. کامپیوترهای شخصی ، اولین تصویر از انواع کامپیوترهائی است که در ذهن هر شخص نقش پیدا می کند. بدون شک مطرح شدن این نوع از کامپیوترها در سطح جهان، باعث عمومیت کامپیوتر در عرصه های متفاوت بوده است . کامپیوتر شخصی وسیله ای "همه منظوره " بوده که توان عملیاتی خود را مدیون یک ریزپردازنده است. این نوع از کا مپیوترها دارای بخش های متعددی نظیر : حافظه ، هارد دیسک، مودم و... بوده که حضور آنها در کنار یکدیگر به منظور انجام عملیات مورد نظر است . علت استفاده از واژه " همه منظوره " بدین دلیل است که می توان بکمک این نوع از کامپیوترها عملیات متفاوتی ( تایپ یک نامه ، ارسال یک نامه الکترونیکی، طراحی و نقشه کشی و ...) را انجام داد .

کامپیوتر شخصی ( Personal Computer ) ، با علامت اختصاری PC کامپیوتری است که برای استفاده اشخاص طراحی شده است. کامپیوتر های شخصی نیازی به اشتراک گذاری منابع پردازشی ، دیسک و چاپگر با کامپیوترهای دیگر ندارند. ایده و فکر کامپیوتر شخصی حداقل بطور اولیه آزاد کردن افراد از وابستگی به منافع شدیداً کنترل شونده کامپیوتر های بزرگ و کوچک بوده است. مثلاً در یک سازمان یا شرکت ، مدیران داده پردازی دارای اختیار بلا منازع در انتخاب برنامه ها و قالب داده هایی بودند که افراد باید مورد استفاده قرار میدادند.   کامپیوتر Laptop
  یکی از انواع متفاوت کامپیوترهای موجود است . این نوع از کامپیوترها دارای قدرت محاسباتی و عملیاتی نظیر کامپیوترهای شخصی می باشند. با توجه به ویژگی های متعدد این نوع از کامپیوترها خصوصا" : قابلیت حمل، می توان آنها را در موارد متفاوت و بصورت فرامکانی استفاده کرد .

مفاهیم پایه فن آوری اطلاعات

 

به نام یگانه خالق هستی بخش

 

 دوره ی آموزشی مفاهیم پایه فن آوری اطلاعات اولین مهارت از هفت مهارت استاندارد ICDL می باشد . در ابتدا لازم است بدانیم ICDL چیست و استانداردی که از آن بعنوان استاندارد ICDL یاد می شود چه مباحثی را در بر می گیرد .  

در بیشتر کشورهای توسعه یافته و صاحب فناوری و در بعضی کشورهای در حال توسعه آموزش علوم کامپیوتری و فراگیری دانش IT -Information Technology جزو برنامه های اصلی مدارس ، دبیرستانها و دانشگاهها به شمار می آید . در ایران نیز برنامه توسعه و کاربردی فناوری ارتباطات و اطلاعات موسوم به ( تکفا ) مهمترین برنامه دولت در زمینه توسعه ، گسترش و کاربردی ساختن IT در کشور محسوب می شود.

 

تاریخچه استفاده از کامپیوتر

بشر از دیر باز سرگرم اموری نظیر شمارش ‌، اندازه گیری و ظبط کردن اشیاء و نیز گزارش دادن اطلاعات در مورد اشیاء به همنوعان خود بوده است . واژه ( اشیاء ) می تواند دلالت بر تعداد گوسفندان یک گله ، وزن یک کودک ، ابعاد یک زمین ، مدت زمان طی شده از آخرین خشکسالی یا شدت یک زمین لرزه را داشته باشد .
در مقابل کلمه ی Computer در دائره المعارفها نوشته شده است : محاسبه کردن ، تخمین زدن ، حساب کردن و ما Computer را به نام ماشین محاسبه گر می خوانیم .
کامپیوتر آخرین زنجیر از حلقه ماشین های محاسبه گر و ذخیره کننده اطلاعات می باشد . البته چیزی که کامپیوتر را از دیگر ماشینهای محاسبه گر جدا کرده است ، در واقع سرعت ، دقت و اطمینان بالا در انجام کارهاست .
کامپیوترهای امروزی در مقیاس میلیونها عملیات در ثانیه اندازه گیری می شود . هر چند ممکن است این عملیات ساده باشد ، اما ترکیب آنها به روشهای مختلف ، منجر به ظهور آرایش عظیمی از عملکردهای مفید می گردد . این موضوع تقریبا تمام اتفاقی است که طی سه چهار دهه اخیر ( که معادل است با کل تاریخ کامپیوترهای تجاری ) به وقوع پیوسته است .
کامپیوترهای امروزی بسیار کوچکتر طراحی شده اند . به طوری که به راحتی بر روی یک میز جا می گیرند . چیزی که قبلا یک اتاق بزرگ را به طور کامل اشغال می کرد ، امروزه در یک جعبه کوچک جا می شود . در عین حال که کامپیوترهای امروزی توانایی ذخیره اطلاعات بیشتر و سرعت بیشتر در محاسبه را دارند .

کامپیوتر ماشینی است که سه کار انجام میدهد : ورودی ساخت یافته را میپذیرد، آن را بر طبق قوانین از پیش تعریف شده ای پردازش میکند، و نتایج را به عنوان خروجی نمایش میدهد.

واحد پردازش مرکزی

 

مدت زمان انجام یک کار بوسیله کامپیوتر، به عوامل متعددی بستگی دارد که اولین آنها ، سرعت پردازشگر Proccessor کامپیوتر است . پردازشگر یک تراشه الکترونیکی کوچک در قلب کامپیوتر بوده و سرعت آن بر حسب مگاهرتز MHz سنجیده می شود . هر چه مقدار این پارامتر بیشتر باشد ، پردازشگر سریعتر خواهد بود و در نتیجه قادر خواهد بود ، محاسبات بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد . سرعت پردازشگر به عنوان یکی از مشخصه های یک کامپیوتر به قدری در تعیین کارآیی آن اهمیت دارد که معمولا به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده نام کامپیوتر از آن یاد می شود . تراشه پردازشگر و اجزای الکترونیکی که آن را پشتیبانی می کنند ، مجموعا به عنوان واحد پردازش مرکزی یا CPU شناخته می شوند .

واحد پردازش مرکزی با حروف اختصاری CPU -Central Processing Unit واحد محاسباتی و کنترلی کامپیوتر است که دستورالعمل ها را تفسیر و اجرا میکند. کامپیوترهای بزرگ و مینی کامپیوتر های قدیمی بردهایی پر از مدارهای مجتمع داشته اند که عمل واحد پردازش مرکزی را انجام داده است. واحدهای پردازش مرکزی ، تراشه هایی که ریز پردازنده نامیده میشوند ، امکان ساخت کامپیوترهای شخصی و ایستگاههای کاری را میسر ساخته اند. در اصطلاح عامیانه CPU به عنوان مغز کامپیوتر شناخته میشود.

سخت افزار  هنگامیکه به قصد خرید یک کامپیوتر وارد بازار می شوید ، بلافاصله با انتخابهای بسیار متعددی مواجه می شوید . این انتخابها ، حتی افرادی را که در به کارگیری کامپیوتر دارای تجربه هستند ، دچار سردرگمی می کنند . در نتیجه ، برای اتخاذ یک تصمیم معقول لازم است با عملکرد اجزای اصلی یک سیستم کامپیوتری و معیارهایی که باید بر اساس آنها تصمیم بگیرید ، آشنا باشید وگر نه قطعا در انتخاب یک سیستم کامپیوتری که نیاز شما را پاسخگو باشد دچار مشکل خواهید شد . همانطور که می دانید کامپیوتر کاربردهای فراوانی دارد و کشش و مقدار حافظه ی آن می بایستی متناسب با نوع کاری کاربر تنظیم گردد تا بتواند از لحاظ سرعت ، امنیت، مقدار ذخیره سازی اطلاعات و دیگر تجهیزات پاسخگو باشد . حال آنکه در خرید یک سیستم کامپیوتری وجود برخی از قطعات لازم و اجباری و برخی دیگر حالت اختیاری دارد. به عنوان مثال اگر یک Pc دارای کارت گرافیکی نباشد قطعا استفاده از آن غیر ممکن خواهد بود اما اگر همان سیستم قلم نوری نداشته باشد شاید کاربر با مشکل چندانی مواجه نشود . پس مهمترین مساله در انتخاب قطعات سخت افزاری نیاز کاری کاربر می باشد .

سخت افزار عبارتست از تجهیزات فیزیکی که سیستم کامپیوتری را تشکیل میدهند از جمله نمایشگر ( مونیتور )، چاپگر ، صفحه کلید ، کابلها و غیره . سخت افزار به همراه نرم افزار برای انجام وظایف بر روی کامپیوتر کار میکند. سخت افزار از تعدادی قطعات تشکیل میشود که هر کدام کاربرد مشخصی دارند.  نرم افزار  نرم افزار وجه غیر قابل لمس به کارگیری کامپیوتر می باشد . نرم افزار یک نام عام است که به تمام برنامه ها ( که خود مجموعه ای از دستورالعملها می باشند ) اطلاق شده و نحوه رفتار کامپیوتر را تعیین می کنند . هنگامیکه سخن از نرم افزار به میان می آید منظور مجموعه ای از صفر و یک هایی است که برای سخت افزار قابل خواندن باشد اما برای یک برنامه نویس لازم نیست که با زبان برنامه نویسی ماشین آشنا باشد اکثر نرم افزارهایی که شاید خود شما هم نام آنها را شنیده باشید این قابلیت را دارند که دستورالعملها را به زبان ماشین تبدیل نمایند( مانند زبان C ) . ضمن اینکه هر نرم افزار قابلیت های خاص خود را دارد که کار کردن با آنها را سخت یا آسان می کند . برخی از نرم افزارها هم الزاما به زبان ماشین نوشته می شوند( مانند زبان اسمبلی ). به طور کلی هر نرم افزار به یکی از دو دسته نرم افزارهای سیستمی و نرم افزارهای کاربردی تعلق دارد .

نرم افزار (Soft ware ) یا برنامه های کامپیوتری دستور العملهایی هستند که باعث کار کردن سخت افزاری (Hardware) میشوند. نرم افزار سیستم ( سیستمهای عامل ) که کار کامپیوتر را کنترل میکنند و برنامه های کاربردی مانند برنامه های واژه پردازی صفحه گسترده ها ، پایگاه داده ها که وظایف را برای کاربران کامپیوتر انجام میدهند ، دو نوع اصلی نرم افزار هستند. نرم افزار شبکه که باعث ارتباط گروهی از کامپیوتر ها میشود و نرم افزار برنامه نویسی که ابزار هایی را برای نوشتن برنامه ها در اختیار برنامه نویسان قرار میدهد دو گروه اضافی دیگر هستند.

مبانی ویندوز و شبکه ( بخش اول )

سیستم عامل ویندوز یکی از متداولترین  سیستم های عامل شبکه ای است که برای برپاسازی شبکه های کامپیوتری استفاده می گردد . در این مقاله قصد داریم به بررسی اولیه ویندوز بعنوان یک سیستم عامل پرداخته و  در ادامه با مفاهیم اولیه شبکه آشنا و در نهایت به بررسی برخی از مفاهیم اولیه  ویندوز  بعنوان یک سیستم عامل شبکه ای، بپردازیم .

هسته اساسی یک کامپیوتر سیستم عامل ، است . سیستم عامل، نرم افزاری است که سخت افزار را کنترل و همانگونه  که از نام آن مشخص است باعث انجام عملیات در کامپیوتر می گردد . سیستم عامل ، برنامه ها را به درون حافظه کامپیوتر استقرار و زمینه اجرای آنان را فراهم می نماید. سیستم عامل دستگاه های جانبی ، نظیر دیسک ها و چاپگرها را مدیریت می نماید.  کامپیوتر و چاپگر های موجود در یک محیط کامپیوتری را  می توان بیکدیگر مرتبط تا زمینه مبادله اطلاعات و داده ها ، فراهم گردد. شبکه ، شامل گروهی از کامپیوترها و دستگاه های مرتبط بیکدیگر است. هماهنگی در اجرای  همزمان برنامه ها در یک شبکه ، مدیریت دستگاههای جانبی متصل به شبکه و موارد دیگر ، مستلزم وجود امکانات و پتانسیل های بیشتر از طرف سیستم عامل است . یک سیستم عامل شبکه ای ، امکانات فوق و سایر پتانسیل های لازم در خصوص  شبکه را ارائه می نماید. ویندوز 2000 ماکروسافت، نسل جدیدی از سیستم های عامل شبکه ای است که زیرساخت مناسبی را بمنظور مدیریت و حمایت از برنامه ها بمنظور استفاده توسط کاربران شبکه و سازمان های مربوطه، فراهم می نماید.

نسخه های متفاوت ویندوز 2000

ویندوز 2000 ، مجموعه ای گسترده از امکانات و ابزارهای لازم ، بمنظور مدیریت یک شبکه کامپیوتری را ارائه و دارای نسخه های متفاوت زیر است :

Microsoft Windows 2000 Professional

. نسخه فوق،  دارای امکانات گسترده ویندوز 98 بوده و بر اساس قدرت سنتی سیستم عامل ویندوز NT 4.0 ، ایجاد شده است . این نسخه ، دارای  یک رابط کاربر ساده بوده و علاوه بر بهبود در عملیات Plug&Play و مدیریت Power ، مجموعه ای گسترده از دستگاه های سخت افزاری را حمایت می نماید. نسخه فوق، حداکثر دو پردازنده و  4 گیگابایت حافظه را حمایت می نماید.

Microsoft Windows 2000 Server

. نسخه فوق، بعنوان نسخه استاندارد خانواده  windows 2000 server ، مطرح می باشد. این نسخه دارای تمامی امکانات  windows 2000 professional بوده و برای سازمان های کوچک تا متوسط ایده آل و  بخوبی با سرویس دهندگان فایل ،  چاپگر ، وب و Workgroup ،  کار می نماید. نسخه فوق، قادر به حمایت از حداکثر 4 پردازنده و 4 گیگابایت حافظه فیزیکی است .

Microsoft Windows 2000 Advanced Server

  .  نسخه فوق، دارای تمامی امکانات نسخه windows 2000 server  بوده و علاوه بر آن قابلیت گسترش و در دسترس بودن بیشتری را دارا است . با  گسترش شبکه ،  قدرت پردازش سیستم بصورت تصاعدی افزایش خواهد یافت.بدین منظور از کلاسترهائی که شامل چندین سرویس دهنده می باشند ،  استفاده می گردد. سرویس دهندگان فوق ،  توان پردازشی اضافه ای را ارائه و بدین ترتیب قابلیت در دسترس بودن سیستم نیز، افزایش خواهد یافت . در صورتیکه یکی از سرویس دهندگان بدلایلی غیرقابل دسترس گردد،  سایر سرویس دهندگان موجود در کلاستر،  سرویس های مورد نیاز را ارائه خواهند داد . نسخه فوق،  مختص سرویس دهندگانی است که در شبکه های بسیار بزرگ ایفای وظیفه نموده و عملیات گسترده ای را در ارتباط با بانک های اطلاعاتی انجام می دهند. نسخه فوق،  قادر به حمایت از هشت پردازنده و هشت گیگابایت حافظه فیزیکی است .

Microsoft Windows 2000 Datacenter Server

. نسخه فوق، دارای تمام امکانات Advanced server بوده و علاوه بر آن امکان استفاده از حافظه و پردارنده های بمراتب بیشتری در هر کامپیوتر را فراهم می نماید. نسخه فوق، برای ذخیره سازی حجم بسیار بالائی از داده ها  ، پردازش های تراکنشی online و شبیه سازی های بزرگ استفاده می گردد . نسخه فوق، قادر به حمایت از حداکثر 32 پردازنده و  64 گیگابایت حافظه فیزیکی است .

وظایف سیستم عامل

  سیستم عامل ، نرم افزاری است که امکانات لازم  بمنظور ارتباط برنامه ها با سخت افزار را فراهم می نماید. مهمترین وظایف یک سیستمعامل در ارتباط با عملیات در یک کامپیوتر ، بشرح زیر می باشد :

مدیریت سخت افزار. سیستم عامل، امکان ارتباط کامپیوتر با دستگاه های جانبی نظیر چاپگر و یا موس را فراهم می نماید

مدیریت نرم افزار. سیستم عامل ، مکانیزمی برای مقداردهی اولیه پردازه ها ی مربوط به برنامه ها را فراهم می نماید.

مدیریت حافظه . سیستم عامل، عملیات اختصاص حافظه  برای هر برنامه بدون تاثیرگذاری بر فضای استفاده شده توسط سایر برنامه ها را فراهم می نماید.

مدیریت داده . سیستم عامل، مدیریت فایل های ذخیره شده بر روی هارد دیسک و سایر رسانه های ذخیره سازی را بر عهده دارد  . در این راستا ، امکان ایجاد و فعال کردن فایل ها  در اختیار برنامه ها قرار گرفته  و زمینه  مباددله  داده  بین دستگاههای فراهم خواهدشد. سیستمعامل، امکان انجام عملیات مدیریتی در ارتباط با فایل ها نظیر تغییر نام و یا حذف فایل ها را نیز فراهم می نماید.

سیستم عامل ،  هماهنگی لازم در خصوص ارتباط بین کامپیوتر و برنامه هائی که بر روی آن اجراء می گردند را فراهم می نماید. جریان داده ها توسط سیستم عامل دنبال و کنترل و یک رابط کاربر گرافیکیGUI ( گرافیکی )  بمنظور ارتباط کاربر با کامپیوتر  ارائه می گردد.GUI ،  یک رابط کاربر گرافیکی ،  بمنظور ارتباط کاربر با سیستم و فعال نمودن دستورات مورد نظر است .( در مقایسه با یک محیط مبتنی بر متن )

سیستم عامل ویندوز 2000 ، امکانات گسترده و پیشرفته ای را در اختیار کاربران قرار می دهد:

Multitasking

. با استفاده از ویژگی فوق،  کاربران قادر به اجرای چندین برنامه بصورت همزمان  بر روی یک سیستم  می شوند. تعداد برنامه هائی که یک کاربر قادر به اجرای همزمان آنان خواهد بود به میزان حافظه موجود بر روی سیستم

بستگی خواهد داشت .

Memory Support .

بمنظور انجام عملیا ت مربوط به برنامه هائی که در محیط  ویندوز 2000 اجراء می گردند ،  به میزان مطلوبی از حافظه ،  نیاز خواهد بود. برای اجرای چندین برنامه بصورت همزمان و یا اجرای برنامه هائی که میزان بالائی از حافظه را نیاز دارند ،  ویندوز 2000 امکان حمایت تا 64 گیگابایت را فراهم می نماید.

Symmetric Multiprocessing .

سیستم های عامل از ویژگی فوق،  بمنظور استفاده همزمان از چندین پردازنده استفاده می نمایند .بدین ترتیب کارآئی سیستم بهبود و یک برنامه در محدوده زمانی کمتری اجراء خواهد شد .ویندوز 2000 ،  امکان حمایت ( با توجه به نوع نسخه ) از حداکثر 32 پردازنده را فراهم می نماید.

Plug &Play .

با استفاده از ویندوز 2000 ،  دستگاههائی از نوع PNP بسادگی نصب می گردند . دستگاههای PNP ،  دستگاههائی هستند که پس از اتصال به سیستم ،   بدون نیاز به انجام فرآیندهای پیچیده ،  نصب خواهند شد . پس از اتصال  چنین دستگاههائی،  ویندوز 2000 بصورت اتوماتیک آنان را تشخیص و عناصر مورد نیاز را نصب و پیکربندی مربوطه را انجام خواهد داد .

Clustering .

ویندوز 2000 ،  امکان گروبندی مستقل کامپیوترها را بایکدیگر و بمنظور اجرای یک مجموعه از برنامه ها فراهم می نماید. این گروه بعنوان یک سیستم برای سرویس گیرندگان و برنامه ها در نظر گرفته خواهد شد . چنین گروه بندی  ،  Clustering نامیده شده و گروههائی از کامپیوترها را  کلاستر می گویند. این نوع سازماندهی کامپیوترها ، باعث برخورد مناسب در صورت  بروز اشکال در یک نقطه می گردد . در صورتیکه یک کامپیوتر دچار مشکل گردد،  کامپیوتر دیگر در کلاستر ، سرویس مربوطه را ارائه خواهد داد .

File System .

ویندوز 2000 ، از سه نوع متفاوت سیستم فایل حمایت می نماید : FAT(File Allocation table) ، FAT32 و NTFS . در صورتیکه نیازی به استتفاده از قابلیت های بوت دوگانه (راه اندازی سیستم از طریق دو نوع متفاوت سیستم عامل با توجه به خواسته کاربر) وجود نداشته باشد،  ضرورتی به استفاده از سیستم فایل FAT و یا FAT32 وجود نخواهد داشت  . NTFS ، سیستم فایل پیشنهادی برای ویندوز 2000 بوده و امکانات امنیتی مناسبی را ارائه می نماید. ویندوز 2000 ،  با استفاده از سیستم NTFS امکانات متعددی نظیر : بازیافت سیستم فایل،  اندازه پارتیش های بالا،  امنیت،  فشرده سازی و Disk Quotas  را ارائه می نماید.

Quality of Service )QoS) .

امکان  QoS ،  مجموعه ای از سرویس های  مورد نظر بمنظور حصول اطمینان از انتقال داده ها  با یک سطح قابل قبول در یک شبکه است  با استفاده از QoS ، می توان نحوه پهنای باند اختصاصی به یک برنامه را کنترل نمود. QoS ،  یک سیستم مناسب ، سریع و تضمین شده برای اطلاعات در شبکه را فراهم می نماید .

Terminal Service .

با استفاده از ویژگی فوق ، امکان دستیابی از راه دور به یک سرویس دهنده از طریق یک ترمینال شبیه سازی شده ، فراهم می گردد . یک ترمینال شبیه سازی شده ،  برنامه ای است که امکان دستیابی به یک کامپیوتر از راه دور را بگونه ای فراهم می نماید که تصور می شود شما در کنار سیستم بصورت فیزیکی قرار گرفته اید. با استفاده از سرویس ترمینال، می توان برنامه های سرویس گیرنده را بر روی سرویس دهنده اجراء و بدین ترتیب کامپیوتر سرویس گیرنده بعنوان یک ترمینال ایفای وظیفه خواهد کرد ( نه بعنوان یک سیستم مستقل) . بدین ترتیب هزینه مربوط به عملیات و نگهداری شبکه کاهش و می توان مدیریت سرویس دهنده را از هر مکانی بر روی شبکه انجام داد.

Remote Installation Services)RIS) .

سرویس فوق، امکان بکارگیری سیستم عامل در یک سازمان توسط مدیران سیستم را تسریع و بهبود خواهد بخشید. بدین ترتیب  نیاز به ملاقات فیزیکی هر یک از کامپیوترهای سرویس گیرنده وجود نداشته و می توان از راه دور ،  اقدام به نصب نمود. سرویس فوق ، یک عنصر انتخابی بوده و  بعنوان بخشی از  نسخه windows 2000 server است .

مبانی شبکه های کامپیوتری

فرض کنید در سازمانی ، می بایست تعدادی زیادی از کارکنان از داده های مشابه استفاده  نمایند . یکی از راه حل ها ی مربوطه می تواند استقرار  یک نسخه از داده ها  بر روی هر یک از کامپیوتر ها باشد. بدین ترتیب هر یک از کارکنان بصورت مجزاء به داده ها دستیابی خواهند داشت . راه حل دیگر در این زمینه ، استقرار داده ها بر روی یک کامپیوتر و دستیابی سایر کامپیوتر به داده های مورد نیاز از راه دور است. رویکرد فوق ،  باعث صرفه چوئی در فضای ذخیره سازی  بر روی کامپیوترها شده و یک محل مرکزی برای ذخیره سازی و مدیریت داده هائی را که چندین کاربر نیازمند دستیابی به آنان می باشند را فراهم می نماید .عملیات فوق،  مستلزم اشتراک داده ها و منابع بوده و ما را بسمت پیاده سازی شبکه هدایت می نماید.شبکه شامل گروهی از کامپیوترهای مرتبط بهم است که امکان اشتراک اطلاعات را به کاربران خواهد داد .در یک شبکه ، کاربران متعددی قادر به دستیابی به اطلاعات مشابه و اتصال به منابع یکسانی می باشند . مثلا" در مقابل ارتباط هر کامپیوتر به چاپگر اختصاصی خود،  تمام کامپیوترها می توانند به یک چاپگر مرتبط و بدین ترتیب امکان استفاده از چاپگر بصورت مشترک توسط چندین کاربر فراهم می گردد .

مزایای شبکه

برپاسازی یک شبکه کامپیوتری دارای مزایای زیر است :

اشتراک اطلاعات .

امکان  اشتراک اطلاعات و داده ها با سرعت مطلوب و هزینه پایین ، از مهمترین مزایای یک شبکه کامپیوتری است .

اشتراک سخت افزار و نرم افزار .

قبل از مطرح شدن شبکه ،  کاربران کامپیوتر ،  از چاپگر و سایر دستگاههای جانبی اختصاصی  استفاده می کردند. رویکرد فوق ،  افزایش هزینه ها خصوصا" در سازمان های بزرگ را بدنبال خواهد داشت . شبکه های کامپیوتری ، کاهش هزینه های فوق را بدنبال داشته  وامکان استفاده از منابع سخت افزاری و نرم افزاری مشترک بصورت همزمان توسط کاربران متعددی را فراهم می نماید.

مدیریت و حمایت متمرکز

. برپاسازی یک شبکه ، باعث تسهیل در امر مدیریت و عملیات مربوط به پشتیبانی می گردد. بدین ترتیب ،  مدیریت شبکه از یک محل ،  قادر به  انجام عملیات و وظایف مدیریتی بر روی هر یک از کامپیوترهای موجود در شبکه خواهد بود.

نقش ( وظایف ) کامپیوترها در شبکه

کامپیوترهای موجود در شبکه بعنوان سرویس گیرنده و یا سرویس دهنده،  ایفای وظیفه می نمایند .

کامپیوترهای سرویس گیرنده،

 درخواست خود برای دریافت سرویس و یا اطلاعات  را از کامپیوترهائی در شبکه که بعنوان سرویس دهنده ،  ایفای وظیفه می نمایند ،  مطرح می نمایند .

کامپیوترهای سرویس دهنده،

 کامپیوترهائی هستند که سرویس ها و داده های مورد نیاز کامپیوترهای سرویس گیرنده را ارائه می نمایند. سرویس دهندگان در شبکه ، عملیات متفاوت و پیچیده ای را انجام می دهند. سرویس دهندگان،  برای شبکه های بزرگ اختصاصی شده تا قادر به پاسخگوئی به نیازهای توسعه یافته کاربران باشند.  نمونه های زیر انواع متفاوت سرویس دهندگان در یک شبکه بزرگ را نشان می دهد:

سرویس دهنده فایل و چاپ

. این نوع سرویس دهندگان،  منابع فایل و چاپگر را از طریق یک نقظه متمرکز،  ارائه می نمایند. زمانیکه  سرویس گیرنده  ای درخواست خود  را برای دریافت داده ،  فایل و سرویس دهنده چاپ ، ارسال می نماید،  تمام اطلاعات  و یا فایل درخواستی  بر روی کامپیوتر متقاصی دریافت می گردد. مثلا" زمانیکه یک برنامه واژه پرداز فعال می گردد،  برنامه برروی کامپیوتر شما اجراء و مستندات ذخیره شده بر روی سرویس دهنده چاپ و یا فایل در حافظه کامپیوتر شما مستقر تا امکان ویرایش و یا استفاده محلی از مستندات فراهم گردد . زمانیکه مستندات مجددا" بر روی سرویس دهنده ذخیره می گردد،  سایر کاربران شبکه که دارای مجوزهای لازم دستیابی می باشند ،  قادر به مشاهده و استفاده از مستندات خواهند بود.سرویس دهندگان فایل و چاپ، تمرکزدر ذخیره سازی فایل ها و داده ها را بدنبال خواهند داشت.

سرویس دهنده بانک اطلاعاتی

.

سرویس دهندگان بانک اطلاعاتی، قادر به ذخیره سازی حجم بالائی از داده ها در یک مکان متمرکز بوده و از این طریق داده ها در دسترس کاربران قرار گرفته و ضرورتی به دریافت تمام بانک اطلاعاتی نخواهد بود. با استفاده از یک سرویس دهنده بانک اطلاعاتی،  تمام بانک اطلاعاتی بر روی سرویس دهنده ذخیره و صرفا" نتایج مربوط به یک درخواست برای متقاضی ارسال خواهد شد. مثلا" می توان از بانک اطلاعاتی کارکنان بر روی یک سرویس دهنده اطلاعاتی نظیر Microsoft SQL Server  استفاده کرد. زمانیکه سرویس دهنده درخواست شما را پردازش می نماید ، صرفا" نتایج پرس و جو (Query) از طریق سرویس دهنده برای سرویس گیرنده ارسال می گردد.

سرویس دهنده پستت الکترونیکی

. سرویس دهنده پست الکترونیکی،  نظیر سرویس دهنده بانک اطلاعاتی رفتار می نماید با این تفاوت که از برنامه های  سرویس دهنده و  سرویس گیرنده مجزائی استفاده می گردد. داده های انتخابی از سرویس دهنده  برای سرویس گیرنده ارسال خواهد شد. سرویس دهنده پست الکترونیکی،  مدیریت پیام های الکترونیکی در شبکه برعهده دارد.

سرویس دهنده فاکس

(نمابر) . سرویس دهندگان فاکس،  مدیریت ترافیک فاکس به و یا  از شبکه را با اشتراک یک و یا چندین دستگاه  فاکس مودم ، فراهم می نمایند. بدین ترتیب، سرویس فاکس برای هر یک از کاربران شبکه فراهم و ضرورتی به نصب یک دستگاه فاکس برای هر یک از کامپیوترها ، وجود نخواهد داشت .
سرویس دهنده Directory Service . سرویس دهنده فوق،  یک محل مرکزی بمنظور ذخیره اطلاعات در رابطه با شبکه نظیر اسامی  کاربران و منابع موجود در شبکه است . بدین ترتیبز  امنیت شبکه بصورت متمزکز مدیریت خواهد شد . مدیریت شبکه قادر به تعریف یک منبع نظیر چاپگر و نوع دستیابی  کاربران،خواهد بود. پس از تعریف منابع توسط مدیریت شبکه، کاربران قادر به دستیابی و استفاده از منابع خواهند بود. نوع استفاده از منابع بر اساس سیاست هاتی است که توسط مدیریت شبکه برای کاربران تعریف و درنظر گرفته شده است .

انواع شبکه

با توجه به نحوه پیکربندی کامپیوترها در شبکه و نحوه دستیابی به اطلاعات ،  شبکه ها را به دو گروه عمدهPeer-To-Peer وClient Server تقسیم می نمایند:

Peer-To-Peer

( نظیر به نظیر ) . در شبکه های نظیر به نظیر،  سرویس دهنده اختصاصی وجود نداشته  و سلسله مراتبی در رابطه با کامپیوترها رعایت نمی گردد. تمام کامپیوترها معادل و همتراز می باشند. هر کامپیوتر در شبکه هم بعنوان سرویس گیرنده وهم بعنوان  سرویس دهنده ایفای وظیفه  نموده و امنیت بصورت محلی و بر روی هر کامپیوتر ارائه می گردد . کاربر هر یک از کامپیوترها مشخص می نماید که چه داده ئی بر روی کامپیوتر خود را می بایست به اشتراک قرار دهد. شبکه های نظیر به نظیر workgroup ، نیز نامیده می شوند . واژه workgroup ، نشاندهنده یک گروه کوچک ( معمولا" ده و یا کمتر ) از کامپیوترهای مرتبط با یکدیگر است . شبکه های نظیر به نظیر ، گزینه ای مناسب برای محیط هائی با شرایط زیر می باشند:
  حداکثر تعداد کاربران ده و یا کمتر .
کاربران منابع و چاپگرها را به اشتراک گذاشته و در این راستا ، سرویس دهندگان خاصی وجود ندارد.
امنیت متمرکز مورد نظر نباشد .
رشد سازمان و شبکه بر اساس آنالیز شده، محدود باشد .

Client Server

( سرویس دهنده - سرویس گیرنده ) . بموازات رشد شبکه و افزایش کاربران و منابع موجود ،یک شبکه نظیر به نظیر قادر به پاسخگوئی به حجم بالای تقاضا برای منابع اشتراکی نخواهد بود بمنظور هماهنگی با افزایش تقاضا و ارائه سرویس های مورد نیاز ، شبکه ها می بایست از سرویس دهندگان اختصاصی، استفاده نمایند . یک سرویس دهنده اختصاصی، صرفا" بعنوان یک سرویس دهنده در شبکه ایفای وظیفه می نماید (نه بعنوان یک سرویس گیرنده) . شبکه های سرویس گیرنده - سرویس دهنده ، بعنوان مدلی استاندارد برای  برپاسازی شبکه مطرح شده اند . بموازات رشد شبکه ( تعداد کامپیوترها متصل شده ،  فاصله فیزیکی ، ترافیک موجود) می توان تعداد سرویس دهندگان در شبکه را افزایش داد. با توزیع  مناسب فعالیت های شبکه بین چندین سرویس دهنده ، کارآئی شبکه بطرز محسوسی افزایش خواهد یافت .

در بخش دوم این مقاله ، به بررسی سیستم های عامل شبکه ای پرداخته و نحوه پیاده سازی شبکه در ویندوز بررسی خواهد شد .

تمام اطلاعات مورد نیاز بمنظور مدیریت یک پردازه در  ساختمان داده ای خاص با نامPCB)ProcessControl Block) ، نگهداری می گردد. پردازنده در زمان سوئیچ بین پردازه ها ، از آخرین وضعیت هر پردازه  با استفاده از اطلاعات ذخیره شده درPCB آگاهی پیدا کرده و در ادامه زمینه اجرای پردازه مورد نظر بر اساس تعداد سیکل های در نظر گرفته شده فراهم خواهد شد. برای هر پردازه یکPCB ایجاد و اطلاعات زیر در آن ذخیره خواهد گردید :

·      یک مشخصه عددی (ID) که نمایانگر پردازه خواهد بود .

·      اشاره گری که نشان دهنده آخرین محل اجرای پردازه است

·      محتویات رجیستر ها

·      وضعیت سوئیچ ها و متغیرهای مربوطه

·      اشاره گره هائی که حد بالا و پایین حافظه مورد نیاز پردازه را مشخص خواهد کرد.

·      اولویت پردازه

·      وضعیت دستگاههای ورودی و خروجی مورد نیاز پردازه

هر زمان که اطلاعات مربوط به پردازه ای تغییر یابد ، ( پردازه از حالت "آماده " تبدیل به حالت "اجراء " و یا از حالت " اجراء " به حالت "انتظار" و یا "آماده " سوئیچ نماید ) اطلاعات ذخیره شده درPCB استفاده و بهنگام خواهند شد.

عملیات جایگزینی پردازها،  بدون نظارت و ارتباط مستقیم کاربر انجام و هر پردازه به میزان کافی از زمان پردازنده برای اتمام عملیات خود استفاده خواهد کرد. در این راستا ممکن است ، کاربری قصد اجرای تعداد بسیار زیادی از پردازه ها را بسورت همزمان داشته باشد. در چنین مواردی است ، پردازنده خود نیازمند استفاده از چندین سیکل زمانی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات مربوط به هر یک از پردازه ها خواهد بود .در صورتیکه سیستم عامل با دقت طراحی نشده باشد  یا پردازه های زیادی فعالیت خود را آغاز کرده باشند ، مدت زمان زیادی از پردازنده صرف انجام عملیات سوئیچینگ بین پردازها شده و عملا" در روند اجرای پردازها اختلال ایجاد می گردد. وضعیت بوجود آمده فوق راThrashing می گویند. در چنین مواردی کاربر می بایست نسبت به غیرفعال نمودن برخی از پردازه ها اقدام تا سیستم مجددا" در وضعیت طبیعی قرار گیرد.

یکی از روش هائی که طراحان سیستم عامل از آن استفاده تا امکان ( شانس) تحققThrashing را کاهش  دهند ، کاهش نیاز به پردازه های جدید برای انجام فعالیت های متفاوت است . برخی از سیستم های عامل ازیک  " پردازه -lite " با نامThread استفاده می نمایند. Thread از لحاظ کارآئی همانند یک پردازه معمولی رفتار نموده ولی نیازمند عملیات متفاوت ورودی و خروجی  یا ایجاد ساختمان دادهPCB مشابه یک پردازه عادی نخواهد بود. یک پردازه ممکن است باعث اجرای چندینThreads  یا سایر پردازه های دیگر گردد. یکThread نمی تواند باعث اجرای یک پردازه گردد.

تمام موارد اشاره شده در رابطه با زمانبندی با فرض وجود یک پردازنده مطرح گردیده است . در سیستم هائی که دارای دو  یا بیش از دو پردازنده می باشند ، سیستم عامل حجم عملیات مربوط به هرپردازنده را تنظیم و مناسب ترین روش اجراء برای یک پردازه در نظر گرفتهمیشود .  سیستم های عامل نامتقارن ، از یک پردازنده برای انجام عملیات مربوط به سیستم عامل استفاده و پردازه های مربوط به برنامه های کاربردی را بین سایر پردازه ها تقسیم می نمایند. سیستم های عامل متقارن ،  عملیات مربوط به خود و عملیات مربوط به سایر پردازه ها را بین پردازه های موجود تقسیم می نمایند. در این راستا سعی می گردد که توزیع عملیات برای هر یک از پردازه ها بصورت متعادل انجام گردد.

مدیریت حافظه و فضای ذخیره سازی

سیستم عامل در رابطه با مدیریت حافظه دو عملیات اساسی را انجام خواهد داد :

·      هر پردازه بمنظور اجراء می بایست دارای حافظه مورد نیاز و اختصاصی خود باشد .

·      از انواع متفاوتی حافظه در سیستم استفاده تا هر پردازه قادر به اجراء با بالاترین سطح کارآئی باشد.

سیسم های عامل در ابتدا می بایست محدوده های حافظه مورد نیاز هر نوع نرم افزار و برنامه های خاص را فراهم نمایند. مثلا" فرض کنید سیستمی دارای یک مگابایت حافظه اصلی باشد . سیستم عامل کامپیوتر فرضی ، نیازمند 300 کیلو بایت حافظه است . سیستم عامل در بخش انتهائی حافظه مستقر و بهمراه خود درایورهای مورد نیاز بمنظور کنترل سخت افزار را نیز مستقر خواهد کرد. درایورهای مورد نظر به 200 کیلو بایت حافظه نیاز خواهند داشت . بنابراین پس از استقرار سیستم عامل بطور کامل در حافظه ، 500 کیلو بایت حافظه باقیمانده و از آن برای پردازش برنامه های کاربردی استفاده خواهد شد. زمانیکه برنامه های کاربردی در حافظه مستقر می گردند ، سازماندهی آنها در حافظه بر اساس بلاک هائی خواهد بود که اندازه آنها توسط سیستم عامل مشخص خواهد شد. در صورتیکه اندازه هر بلاک 2 کیلوبایت باشد ، هر یک از برنامه های کاربردی که در حافظه مستقر می گردنند ، تعداد زیادی  از بلاک های فوق را (مضربی از دو خواهد بود) ، بخود اختصاص خواهند داد. برنامه ها در بلاک هائی با طول ثابت مستقر می گردند. هر بلاک دارای محدوده های خاص خود بوده که  توسط کلمات چهار و یا هشت بایت ایجاد خواهند شد. بلاک ها و محدو ده های فوق این اطمینان را بوجود خواهند آورد که برنامه ها در محدوده های متداخل مستقر نخواهند شد.  پس از پر شدن فضای 500 کیلوبایت اختصاصی برای برنامه های کاربردی ، وضعیت سیستم به چه صورت تبدیل خواهد گردید؟

در اغلب کامپیوترها ، می توان ظرفیت حافظه را ارتقاء و افزایش داد. مثلا" می توان میزان حافظهRAM موجود را از یک مگابایت به دو مگابایت ارتقاء داد. روش فوق یک راهکار فیزیکی برای افزایش حافظه بوده که در برخی موارد دارای چالش های خاص خود می باشد. در این زمینه می بایست راهکارهای دیگر نیز مورد بررسی قرار گیرند. اغلب اطلاعات ذخیره شده توسط برنامه ها در حافظه ، در تمام لحظات مورد نیاز نخواهد نبود. پردازنده در هر لحظه قادر به دستیابی به یک محل خاص از حافظه است . بنابراین اکثر حجم حافظه در اغلب اوقات  غیر فابل استفاده است . از طرف دیگر با توجه به اینکه فضای ذخیره سازی حافظه ها ی جانبی نظیر دیسک ها بمراتب ارزانتر نسبت به حافظه اصلی است ، می توان با استفاده از مکانیزم هائی اطلاعات موجود در حافظه اصلی را  خارج و آنها را موقتا"  بر روی هارد دیسک  ذخیره نمود.  بدین ترتیب فضای حافظه اصلی آزاد و در زمانیکه به اطلاعات ذخیره شده بر روی هارد دیسک نیاز باشد ، مجددا" آنها را  در حافظه مستقر کرد. روش فوق " مدیریت حافظه مجازی " نامیده می شود.

حافطه های  ذخیره سازی دیسکی ، یکی از انواع متفاوت حافظه موجود بوده که می بایست توسط سیستم عامل مدیریت گردد. حافطه های با سرعت بالایCache ، حافظه اصلی و حافظه های جانبی نمونه های دیگر از حافظه  بوده که  توسط سیستم عامل مدیریت گردند.

مدیریت دستگاهها

دستیابی سیستم عامل به  سخت افزارهای موجود از طریقه برنامه های خاصی با نام "درایور" انجام می گیرد. درایور مسئولیت ترجمه بین سیگنال های الکترونیکی زیر سیستم های سخت افزاری و زبانهای برنامه نویسی سطح بالا و سیستم عامل و برنامه های کاربردی را برعهده خواهد داشت . مثلا" درایورها اطلاعاتی را که سیستم عامل بصورت یک فایل تعریف و در نظر می گیرد را اخذ و آنها را به مجموعه ای از بیت ها برای ذخیره سازی بر روی حافظه های حانبی و یا مجموعه ای از پالس ها برای ارسال بر روی چاپگر ، ترجمه خواهد کرد.

با توجه به ماهیت عملکرد عناصر سخت افزاری و وجود تنوع در این زمینه ، درایورهای مربوطه نیز دارای روش های متعدد بمنظور انجام وظایف خود می باشند. اکثر درایورها در زمانیکه به خدمات دستگاه مورد نظر نیاز باشد ، استفاده شده و دارای پردازش های یکسانی در زمینه سرویس دهی خواهند بود. سیستم عامل بلاک های با اولویت بالا را به درایورها اختصاص داده تا از این طریق منابع سخت افزاری قادر به آزادسازی سریع بمنظور استفاده  در آینده باشند.

یکی از دلایلی که درایورها از سیستم عامل تفکیک شده اند ، ضرورت افزودن عملیات و خواسته ای حدید برای درایورها است . در چنین حالتی ضرورتی بر اصلاح یا تغییر سیستم عامل نبوده و با اعمال تغییرات لازم در درایورها می توان همچنان از قابلیت های آنها در کنار سیستم عامل موجود استفاده کرد.

مدیریت عملیات ورودی و خروجی در کامپیوتر مستلزم استفاده و مدیریت " صف ها " و " بافرها " است .  بافر ، مکان های خاصی برای ذخیره سازی اطلاعات بصورت مجموعه ای از بیت ها ی ارسالی توسط دستگاهها ( نظیر صفحه کلید و یا یک پورت سریال ) و نگهداری اطلاعات فوق و ارسال آنها برای پردازنده در زمان مورد نظر و خواسته شده است .  عملیات فوق در مواردیکه چندین پردازنده در وضعیت اجراء بوده و زمان پردازنده را بخود اختصاص داده اند ، بسیار حائز اهمیت است . سیستم عامل با استفاده از یک بافر قادر به دریافت اطلاعات ارسالی توسط دستگاه مورد نظر است . ارسال اطلاعات ذخیره شده برای پردازنده پس از غیر فعال شدن پردازه مربوطه ، متوقف خواهد شد. در صورتیکه مجددا" پردازه به اطلاعات ورودی نیاز داشته باشد ، دستگاه فعال و سیستم عامل دستوراتی را صادر  تا بافر اطلاعات مربوطه را ارسال دارد. فرآیند فوق این امکان را به صفحه کلید یا مودم خواهد داد تا با سرعت مناسب خدمات خود را همچنان ادامه دهند ( ولواینکه پردازنده در آن زمان خاص مشغول باشد).

مدیریت تمام منابع موجود در یک سیستم کامپیوتری ، یکی از مهمترین و گسترده ترین وظایف یک سیستم عامل است .

ارتباط سیستم با دنیای خارج

اینترفیس برنامه ها

سیستم عامل در رابطه با اجرای برنامه های کامپیوتری خدمات فراوانی را ارائه می نماید. برنامه نویسان و پیاده کنندگان نرم افزار می توانند از امکانات فراهم شده توسط سیستم های عامل استفاده و بدون اینکه نگران و یا درگیر جزئیات عملیات در سیستم باشند ، از خدمات مربوطه استفاده نمایند. برنامه نویسان با استفاده از API)Applicationprogram interface) ، قادر به استفاده از خدمات ارائه شده توسط سیستم های عامل در رابطه با طراحی و پیاده سازی نرم افزار می باشند. در ادامه بمنظور بررسی جایگاهAPI به بررسی مثالی پرداخته خواهد شد که هدف ایجاد یک فایل بر روی هارد دیسک برای ذخیره سازی اطلاعات است .

برنامه نویسی ، برنامه ای را نوشته که بهکمک آن قادر به ذخیره سازی داده های ارسالی توسط یک دستگاه کنترل علمی است . سیستمعامل یک تابع API با نامMakeFile را بهمنظور ایجاد فایل در اختیار برنامه نویس قرار می دهد.  برنامه نویس در زمان نوشتن برنامه از دستوری مشابه زیر استفاده می نماید :

 MakeFile [1,%Name,2]

 دستورالعمل فوق به سیستم عامل خواهد گفت که فایلی را ایجاد که شیوه دستیابی به داده های آن بصورت تصادفی ( عدد یک بعنوان اولین پارامتر ) ، دارای نام مشخص شده توسط کاربر (Name%) و دارای طولی متغیر است . ( عدد 2 ، بعنوان سومین پارامتر) سیستم عامل دستور فوق را بصورت زیر انجام خواهد داد :

? سیستم عامل درخواستی برای هارد ارسال تا اولین مکان آزاد قابل استفاده مشخص گردد.

? با توجه به اطلاعات ارسالی ، سیستم عامل یکentry در سیستم فایل مربوطه ایجاد و ابتدا و انتهای فایل ، نام فایل ، نوع فایل ، تاریخ و زمان ایجاد فایل و سایر اطلاعات ضروری  را ذخیره خواهد کرد.

? سیستم عامل اطلاعاتی را در ابتدای فایل بمنظور مشخص کردن فایل ، تنظیمات مربوط به شیوه دستیابی به فایل و سایر اطلاعات مورد نیاز را خواهد نوشت .

در چنین حالتی برنامه نویس از تابع فوق برای ایجاد و ذخیره سازی فایل استفاده نموده و ضرورتی بر نوشتن کدها ، نوع داده ها و کدهای پاسخ برای هر نوع هارد دیسک نخواهد بود. سیستم عامل از امکانات درایورها استفاده و درایورها مسئول برقراری ارتباط با منابع سخت افزاری خواهند بود. در چنین حالتی برنامه نویس بهسادگی از تابع مورد نظر استفاده و ادامه عملیات توسط سیستم عامل انجام خواهد شد.

امکانات ارائه شده توسط سیستم های عامل در قالب مجموعه ای از توابع و امکاناتAPI یکی از موارد بسیار مهم استفاده از سیستم عامل از دیدگاه طراحان و پیاده کنندگان نرم افزار است .

اینترفیس کاربر

API یک روش یکسان برای برنامه های کامپیوتری بمنظور استفاده از منابع موجود در یک سیستم کامپیوتری را فراهم می نماید. بخش رابط کاربر (UI) ، یک ساختار مناسب ارتباطی بین کاربر و کامپیوتر را فراهم می آورد.  اکثر سیستم های عامل از رابط های گرافیکی در این زمینه استفاده می نمایند. بخش رابط کاربر هر سیستم عامل شامل یک  یا مجموعه ای از برنامه های کامپیوتری است که بصورت یک لایه در بالاترین سطح یک سیستم عامل و در ارتباط با کاربر مستقر می گردند. برخی از سیستم های عامل از رابط های گرافیکی ( نظیر ویندوز ) و برخی دیگر از رابط های مبتنی بر متن ( نظیر سیستم عاملDOS ) استفاده می نمایند.در واقع محیط هایی همچونdesktop در ویندوز 98 یاXP که امکان برقراری ارتباط کاربران را با برنامه های مختلف سیستم عامل فراهم مِ کنند اینترفیس کاربری هستند.

 سیستم عامل بدون شک مهمترین  نرم افزار در کامپیوتر است . پس از روشن کردن کامپیوتر اولین نرم افزاری که مشاهده می گردد سیستمعامل بوده و آخرین نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپیوتر مشاهده خواهد شد، نیز سیستم عامل است . سیستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپیوتری را فراهم می آورد. سیستم عامل با سازماندهی ، مدیریت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهینه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سیتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسیر  و در این راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حیات سایر برنامه های کامپیوتری را فراهم می آورد.

تمام کامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمی کنند. مثلا"  اجاق های مایکرویو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپیوتر بوده که از سیستم عامل استفاده نمیکنند. در این نوع سیستم ها بدلیل انجام عملیات محدود و ساده، نیازی به وجود سیستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظیر صفحه کلید و نمایشگرهایLCD ، در اختیار سیستم گذاشته می گردند. ماهیت عملیات انجام شده در یک اجاق گاز مایکروویو بسیار محدود  و مختصر است، بنابراین همواره یک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد.

برای سیستم های کامپیوتری که دارای عملکردی بمراتب پیچیده تر از اجاق گاز مایکروویو می باشند، بهخدمت گرفتن یک سیستم عامل باعث افزایش کارآئی سیستم و تسهیل در امر پیاده سازی برنامه های کامپیوتری می گردد. تمام کامپیوترهای شخصی دارای سیستم عامل می باشند.
یکی از متداولترین سیستم های عامل ویندوز است . یونیکس یکی دیگر از سیستم های عامل مهم در این زمینه است .  صدها نوع سیستمعامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سیستم های عامل مختص کامپیوترهای بزرگ، سیستم های روبوتیک، سیستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در این زمینه می باشند.

سیستم عامل با ساده ترین تحلیل و بررسی دو عملیات اساسی را در کامپیوتر انجام می دهد :

-  مدیریت منابع نرم افزاری و سخت افزاری یک سِستم کامپیوتری را برعهده دارد. پردازنده ، حافظه، فضای ذخیره سازی  نمونه هائی از منابع اشاره شده می باشند .

- روشی پایدار و یکسان برای دستیابی و استفاده  از سخت افزار را بدو ن نیاز از جزئیات عملکرد هر یک از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های کامپیوتری فراهم می نماید

اولین وظیفه یک سیستم عامل،  مدیریت منابع سخت افزاری و نرم افزاری است . برنامه های متفاوت برای دستیابی به منابع سخت افزاری نظیر: پردازنده ، حافظه،  دستگاههای ورودی و خروجی، حافطه های جانبی، در رقابتی سخت شرکت خواهند کرد.  سیستم های عامل بعنوان یک مدیر عادل و مطمئن زمینه استفاده بهینه از منابع موجود را برای هر یک از برنامه های کامپیوتری فراهم می نمایند.

وظیفه دوم یک سیستم عامل ارائه یک رابط ( اینترفیس ) یکسان برای سایر برنامه های کامپیوتری است . در این حالت زمینه استفاده بیش از یک نوع کامپیوتر از سیستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغییرات در سخت افزار سیستم های کامپیوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چراکه سیستم عامل بعنوان میانجی بین برنامه های کامپیوتری و سخت افزار ایفای وظیفه کرده و مسئولیت مدیریت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است .برنامه نویسان کامپیوتر نیز با استفاده از نقش سیستم عامل بهعنوان یک میانجی بهراحتی برنامه های خود را طراحی و پیاده سازی کرده و در رابطه با اجرای برنامه های نوشته شده بر روی سایر کامپیوترهای مشابه  نگرانی نخواهند داشت . ( حتی اگر میزان حافظه موجود در دو کامپیوتر مشابه نباشد ) . در صورتیکه سخت افزار یک کامپیوتر بهبود و ارتقاء یابد، سیستم عامل این تضمین را ایجاد خواهد کرد که برنامه ها، در ادامه بدون بروز اشکال قادر به ادامه حیات وسرویس دهی خود باشند. مسئولیت مدیریت منابع سخت افزاری برعهده سیتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپیوتری، بنابراین در زمان ارتقای سخت افزار یک کامپیوتر مسئولیت سیستم عاملسیستم عامل های فوق بر روی سخت افزارهای متعدد تولید شده توسط تولیدکنندگان متفاوت اجراء می گردد.  ویندوز 98 قادر به مدیریت و استفاده از هزاران نوع چاپگر دیسک و سایر تجهیزات جانبی است . در این راستا اولویت خواهد داشت . ویندوز 98یاXP یکی از بهترین نمونه ها در این زمینههستند .

سیستم های عامل را از بعد نوع کامپیوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمایت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسیم می نمایند:

- سیستم عامل بلادرنگ (RTOS). از این نوع سیستم های عامل برای کنترل  ماشین آلات صنعتی ، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشند.  یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل ، مدیریت منابع موجود کامپیوتری بگونه ای است که یک عملیات خاص در زمانی که می بایست ، اجراء خواهند شد.

-تک کاربره - تک کاره. همانگونه که از عنوان این نوع سیستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند که قادر به مدیریت کامپیوتر بصورتی باشند که یک کاربر در هر لحظه قادر به انجام یک کار باشد. سیستم عاملPalm OS برای کامپیوترهایPDA نمونه ای مناسب از یک سیستم عامل مدرن تک کاربره و تک کاره است .

-تک کاربره - چندکاره. اکثر سیستم های عامل استفاده شده در کامپیوترهای شخصی از این نوع می باشند. ویندوز 98 وMacOS  نمونه هائی در این زمینه بوده که امکان اجرای چندین برنامه بطور همزمان را برای یک کاربر فراهم می نمایند. مثلا" یک کاربر ویندوز 98 قادر به تایپ یک نامه با استفاده از یک واژه پرداز بوده و در همان زمان اقدام به دریافت یک فایل از اینترنت نموده و در همان وضعیت محتویات نامه الکترونیکی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال کرده باشد.

-چندکاربره. یک سیستم عامل چند کاربره ، امکان استفاده همزمان چندین کاربر از منابع موجود کامپیوتر را فراهم می آورند. منابع مورد نیاز هر یک از کاربران می بایست توسط سیستم عامل بهدرستی مدیریت تا  در صورت بروز اشکال در منابع تخصیص یافته به یک کاربر، بر روند استفاده سایر کاربران از منابع مورد نظر اختلالی ایجاد نگردد. یونیکس،VMS و سیستم های عامل کامپیوترهای بزرگ نظیرMVS نمونه هائی از سیستمعامل چندکاربره می باشند. های

در اینجا لازم است که به تفاوت های موجود  سیستم های عامل " چند کاربر " و " تک کاربر"  در رابطه با امکانات شبکه ای اشاره گردد.  ویندوز 2000 و ناول قادر به حمایت از صدها و هزاران کاربر شبکه می باشند این نوع سیستم های عامل بعنوان سیستم عامل چند کاربره واقعی در نظر گرفته  نمی شوند.

در ادامه با توجه به شناخت مناسب بوجود آمده در دررابطه با انواع سیستم های عامل به عملیات و وظایف سیستم عامل اشاره می گردد.

وظایف سیستم عامل

پس از روشن نمودن کامپیوتر، لولین برنامه ای که اجراء می گردد ، مجموعه دستوراتی می باشند که در حافظهROM ذخیره و مسئول بررسی صحت عملکرد امکانات سخت افزاری موجود می باشند. برنامه فوق (POST) ، پردازنده ، حافظه و سایر عناصر سخت افزاری را بررسی خواهد کرد . پس از بررسی موفقیت آمیز برنامهPOST ، در ادامه درایوهای ( هارد ، فلاپی ) سیستم فعال خواهند شد. در اکثر کامپیوترها  ، پس از فعال شدن هارد دیسک ، اولین بخش سیستم عامل با نامBootstrap Loader فعال خواهد شد. برنامه فوق صرفا" دارای یک وظیفه اساسی است : انتقال ( استقرار ) سیستم عامل در حافظه اصلی و امکان اجرای آن . برنامه فوق عملیات متفاوتی را بمنظور استفرار سیستم عامل در حافظه انجام خواهد داد.

سیستم عامل دارای وظایف زیر است :

·      مدیریت پردازنده

·      مدیریت حافظه

·      مدیریت دستگاهها ( ورودی و خروجی )

·      مدیریت حافظه جانبی

·      اینترفیس برنامه های کاربردی

·      رابط کاربر

وظایف شش گانه فوق ، هسته عملیات در اکثر سیستم های عامل است . در ادامه به تشریح  وظایف فوق اشاره می گردد :

مدیریت پردازنده

مدیریت پردازنده دو وظیفه مهم اولیه زیر را دارد :

·      ایجاد اطمینان که هر پردازه  یا برنامه به میزان مورد نیاز پردازنده را برای تحقق عملیات خود ، اختیار خواهد کرد.

·      استفاده از بیشترین سیکل های پردازنده برای انجام عملیات

ساده ترین واحد نرم افزاری  که سیستم عامل بهمنظور زمانبندی پردازنده با آن درگیر خواهد شد ، یک پردازه  یا یکThread خواهد بود. موقتا" می توان یک پردازه را مشابه یک برنامه در نظر گرفت ، در چنین حالتی مفهوم فوق ( پردازه ) ، بیانگر یک تصویر واقعی از نحوه پردازش های مرتبط با سیستم عامل و سخت افزار نخواهد بود. برنامه های کامپیوتری ( نظیر واژه پردازها ، بازیهای کامپیوتری و ...) در حقیقت خود یک پردازه می باشند ، ولی برنامه های فوق ممکن است از خدمات چندین پردازه دیگر استفاده نمایند. مثلا" ممکن است یک برنامه از پردازه ای بمنظور برقراری ارتباط با سایر دستگاههای موجود در کامپیوتر استفاده نماید. پردازه های فراوان دیگری نیز وجود دارد که با توجه به ماهیت عملیات مربوطه ، بدون نیاز به محرک خارجی ( نظیر یک برنامه ) فعالیت های خود را انجام می دهند. یک پردازه ، نرم افزاری است که عملیات خاص و کنترل شده ای را انجام می دهد. کنترل یک پردازه ممکن است توسط کاربر ، سایر برنامه های کاربردی و یا سیستم عامل صورت پذیرد.

سیستم عامل با کنترل و زمانبندی مناسب پردازه ها زمینه استفاده از پردازنده را برای آنان ، فراهم  می نماید. در سیستم های " تک - کاره " ، سیستم زمانبندی بسیار روشن و مشخص است . در چنین مواردی،  سیستم عامل امکان اجرای برنامه را فراهم و صرفا" در زمانیکه کاربر اطلاعاتی را وارد  یا سیستم با وقفه ای برخورد نماید ، روند اجراء متوقف خواهد شد. وقفه ، سیگنال های خاص ارسالی توسط نرم افزار و یا سخت افزار برای  پردازنده می باشند. در چنین مواردی منابع صادر کننده وقفه درخواست برقراری یک ارتباط زنده با پردازنده برای اخذ سرویس  یا سایر مسائل بوجود آمده ، را می نمایند. در برخی حالات سیستم عامل پردازه ها  را با یک اولویت خاص زمانبندی می نماید . در چنین حالتی هر یک از پردازه ها با توجه به اولویت نسبت داده شده به آنان ، قادر به استفاده از زمان پردازنده خواهند بود. در این چنین موارد ، در صورت بروز وقفه ، پردازنده آنها را نادیده گرفته و تا زمان عدم تکمیل عملیات مورد نظر توسط پردازنده ، فرصت پرداختن به وقفه ها وجود نخواهد داشت . بدیهی است با توجه به نحوه برخورد پردازنده ( عدم توجه به وقفه ها ) ، در سریعترین زمان ممکن عملیات و فعالیت جاری پردازنده به اتمام خواهد رسید. برخی از وقفه ها با توجه به اهمیت خود ( نظیر بروز اشکال در حافظه و یا سایر موارد مشابه ) ، قابل اغماص توسط پردازنده نبوده و می بایست صرفنظر از نوع و اهمیت فعالیت جاری ،  سریعا" به وقفه ارسالی پاسخ مناسب را ارائه گردد.

پردازنده ، با توجه به سیاست های اعمال شده سیستم عامل و بر اساس یک الگوریتم خاص ، در اختیار پردازه های متفاوت قرار خواهد گرفت . در چنین مواردی پردازنده مشغول بوده و برای اجراء ، پردازه ای را در اختیار دارد. در زمانیکه پردازنده درگیر یک پردازه است ، ممکن است وقفه هائی از منابع متفاوت نرم افزاری  یا سخت افزاری محقق گردد. در چنین وضعیتی با توجه به اهمیت و جایگاه یک وقفه ، پردازنده برخی از آنها را نادیده گرفته و همچنان به فعالیت جاری خود ادامه داده و در برخی موارد با توجه به اهمیت وقفه ، فعالیت جاری متوقف و سرویس دهی به وقفه آغاز خواهد شد.

در سیستم های عامل " تک - کاره " ، وجود وقفه ها و نحوه مدیریت آنها در روند اجرای پردازه ها تاثیر و پیچیدگی های خاص خود را از بعد مدیریتی بدنبال خواهد داشت . در سیستم های عامل "چند - کاره " عملیات بمراتب پیچیده تر خواهد بود. در چنین مواردی می بایست این اعتقاد بوجود آید که چندین فعالیت بطور همزمان در حال انجام است . عملا" پردازنده در هر لحظه قادر به انجام یک فعالیت است و بدیهی است رسیدن به مرز اعتقادی فوق ( چندین فعالیت بطور همزمان ) مستلزم یک مدیریت قوی و طی مراحل پیچیده ای خواهد بود.  در چنین حالتی لازم است که پردازنده در مدت زمان یک ثانیه هزاران مرتبه از یک پردازه به پردازه ه دیگر سوئیچ  تا امکان استفاده چندین پردازه از پردازنده را فراهم نماید . در ادامه نحوه انجام عملیات فوق ، تشریح می گردد :

·      یک پردازه بخشی از حافظهRAM را اشغال خواهد کرد

·      پس از استفرار بیش از یک پردازه در حافظه ، پردازنده بر اساس یک زمانبندی خاص ، فرصت اجراء را به یکی از پردازه ها خواهد داد.

·      پردازنده ، بر اساس تعداد سیکل های خاصی پردازه را اجراء خواهد کرد .

·      پس ازاتمام تعداد سیکل های مربوطه ، پردازنده وضعیت پردازه ( مقایر ریجسترها و ...) را ذخیره و به پردازه اتمام زمان مربوطه را اعلام می نماید.

·      پردازنده در ادامه اطلاعات ذخیره شده در رابطه با پردازه دیگر را فعال ( ریجسترها و ...) و زمینه اجرای پردازه دوم فراهم می گردد.

·      پس ازاتمام تعداد سیکل های مربوطه ، پردازنده وضعیت پردازه ( مقایر ریجسترها و ...) را ذخیره و به پردازه اتمام زمان مربوطه را اعلام و مجددا" پردازه اول جهت اجراء فعال خواهد گردید.