צורת המחשבים הקודמת הייתה מסגרות ראשיות שבהן אלה לוקות בחסר בתהליך מערכות ההפעלה ובסוגי מערכות ההפעלה. במסגרות הראשיות, כל אדם נושא באחריות האישית לפרק זמן מסוים והם צריכים לגשת למכונה עם מידע ותכנית, ככל הנראה כתוב על גבי כרטיסי נייר, קלטות נייר או קלטות מגנטיות אחרות. ואז התוכנית המורכבת תושלך למכונה. לאחר מכן, המכונה תפעל עד למועד סיום או קריסת התוכנית. הפלט של התוכניות יתבצע באגים באמצעות נורות לוח, החלפת סוגים של מתגים או אחרת באמצעות חוגות לוח הבקרה.
אך עם מכונות אלה, הזמן הדרוש להפעלת תוכניות מחמיר ומתארך זמן ההקצאה של הציוד לאדם הבא. כתוצאה מכך, צריך להיות ניטור אוטומטי, זמן הפעלה מינימלי וגודל מכונה פחות. כל התכונות הללו הובילו למסלול התפתחות מערכת ההפעלה. אז, יידע אותנו מה בדיוק מערכת הפעלה הוא, הפונקציונליות שלו, ו סוגים שונים של מערכות הפעלה .
מהי מערכת הפעלה?
שם מערכת ההפעלה תואם שזה אוסף של תוכנות מרובות שמנהלות משאבי חומרה של מחשב ומספקת שירותים קולקטיביים למשתמש. סוגים שונים של מערכות הפעלה ממוחשבות מתייחסים לאוסף של תוכנות מסוגים שונים. לכל מחשב מערכת הפעלה להפעלת תוכנות אחרות הקיימות בו.
מערכת הפעלה בסיסית
“מהו שנאי זרם ”
בימינו מערכת הפעלה משום שהיא נצפית במספר מכשירים החל ממחשבים אישיים ועד טלפונים סלולריים, במיוחד סמארטפונים. לדוגמה, כמעט כל טלפון חכם עושה שימוש ב- מערכת ההפעלה החדשה ביותר של אנדרואיד .
כל מערכת הפעלה מבצעת כמה משימות בסיסיות כמו זיהוי נתוני הקלט ממקלדת, שליחת פלט למסך התצוגה, שמירת קבצים וספריות הדיסק ושליטה בהתקנים היקפיים כגון מדפסות. מערכת הפעלה יכולה לבצע משימה או פעולה אחת וכן מספר משימות או פעולות בכל עת.
ארכיטקטורת סוגי מערכות ההפעלה
מערכות ההפעלה שולטות במשאבי החומרה של המחשב. הגרעין והקליפה הם החלקים של מערכת ההפעלה המבצעים פעולות חיוניות.
אדריכלות מערכת הפעלה
כאשר משתמש נותן פקודות לביצוע פעולה כלשהי, הבקשה עוברת לחלק המעטפת, הידוע גם כמתורגמן. חלק המעטפת מתרגם את התוכנית האנושית לקוד מכונה ואז מעביר את הבקשה לחלק הליבה.
כאשר הגרעין מקבל את הבקשה מהקליפה, הוא מעבד את הבקשה ומציג את התוצאה על המסך. הגרעין ידוע גם כליבה של מערכת ההפעלה שכן כל פעולה מבוצעת על ידה.
צדף
הקליפה היא חלק מהתוכנה המוצבת בין המשתמש לליבה, והיא מספקת שירותי הליבה. הפגז משמש אפוא כמתורגמן להמרת הפקודות מהמשתמש לקוד המחשב. פגזים הקיימים בסוגים שונים של מערכות הפעלה הם משני סוגים: פגזי שורת פקודה ופגזים גרפיים.
פגזי שורת הפקודה מספקים ממשק שורת פקודה ואילו פגזי שורות גרפיות מספקים ממשק משתמש גרפי. אף על פי ששני הפגזים מבצעים פעולות, פגזי ממשק המשתמש הגרפי מבצעים איטי יותר מאשר פגזי ממשק שורת הפקודה.
סוגי קליפות
- קליפת קורן
- קליפת בורן
- מעטפת C
- מעטפת POSIX
גַרעִין
הגרעין הוא חלק מהתוכנה. זה כמו גשר בין המעטפת לחומרה. היא אחראית להפעלת תוכניות ולמתן גישה מאובטחת לחומרת המכונה. הליבה משמשת לתזמון, כלומר היא שומרת על לוח זמנים לכל התהליכים. וסוגי הגרעינים מפורטים כדלקמן:
- גרעין מונוליטי
- מיקרו ליבה
- Exokernels
- גרעינים היברידיים
פונקציות מערכת הפעלה למחשב
מערכת הפעלה מבצעת את הפונקציות הבאות:
- ניהול זיכרון
- ניהול משימות או תהליכים
- ניהול אחסון
- ניהול מכשיר או קלט / פלט
- ליבה או תזמון
ניהול זיכרון
ניהול זיכרון הוא תהליך ניהול זיכרון המחשב. זיכרונות מחשב הם משני סוגים: זיכרון ראשוני ומשני. חלק הזיכרון עבור תוכניות ותוכנות מוקצה לאחר שחרור שטח הזיכרון.
ניהול זיכרון של מערכת ההפעלה
ניהול זיכרון חשוב למערכת ההפעלה העוסקת ברב משימות בה מערכת ההפעלה דורשת החלפת שטח זיכרון מתהליך אחד למשנהו. כל תוכנית אחת דורשת מקום זיכרון כלשהו לצורך ביצועה, המסופק על ידי יחידת ניהול הזיכרון. מעבד מורכב משניים סוגי מודולי זיכרון : זיכרון וירטואלי וזיכרון פיזי. הזיכרון הווירטואלי הוא זיכרון RAM, והזיכרון הפיזי הוא זיכרון דיסק קשיח. מערכת הפעלה מנהלת את מרחבי כתובות הזיכרון הווירטואלי, והקצאת הזיכרון האמיתי מלווה בכתובת הזיכרון הווירטואלי.
לפני ביצוע הוראות, המעבד שולח את הכתובת הווירטואלית ליחידת ניהול הזיכרון. לאחר מכן, MMU שולח את הכתובת הפיזית לזיכרון האמיתי, ואז הזיכרון האמיתי מקצה מקום לתוכניות או לנתונים.
ניהול משימות או תהליכים
ניהול תהליך הוא מופע של תוכנית שמבוצעת. התהליך מורכב ממספר אלמנטים, כגון מזהה, מונה תוכנית, זיכרון מַצבִּיעַ ונתוני הקשר וכן הלאה. התהליך הוא למעשה ביצוע הוראות אלה.
ישנם שני סוגים של שיטות תהליך: תהליך יחיד ושיטת ריבוי משימות. שיטת התהליך היחיד עוסקת ביישום יחיד הפועל בכל פעם. שיטת ריבוי המשימות מאפשרת מספר תהליכים בכל פעם.
ניהול אחסון
ניהול אחסון הוא פונקציה של מערכת ההפעלה המטפלת בהקצאת הזיכרון של הנתונים. המערכת מורכבת מסוגים שונים של התקני זיכרון, כגון זיכרון אחסון ראשי (RAM), זיכרון אחסון משני, (דיסק קשיח) וזיכרון אחסון מטמון.
הוראות ונתונים ממוקמים בזיכרון האחסון הראשי או בזיכרון המטמון, אליו מתייחסת התוכנית הפועלת. עם זאת, הנתונים אובדים כאשר אספקת החשמל נותקה. הזיכרון המשני הוא התקן אחסון קבוע. מערכת ההפעלה מקצה מקום אחסון בעת יצירת קבצים חדשים ומתוכננת הבקשה לגישה לזיכרון.
ניהול מכשיר או קלט / פלט
בארכיטקטורת המחשבים, השילוב בין המעבד לזיכרון הראשי הוא המוח של המחשב, והוא מנוהל על ידי משאבי הקלט והפלט. בני אדם מתקשרים עם המכונות על ידי מתן מידע באמצעות מכשירי קלט / פלט.
ה לְהַצִיג , מקלדת, מדפסת ועכבר הם מכשירי קלט / פלט. ניהול כל המכשירים הללו משפיע על תפוקת המערכת ולכן ניהול הכניסה והפלט של המערכת הוא האחריות העיקרית של מערכת ההפעלה.
תזמון
תזמון על ידי מערכת הפעלה הוא תהליך של בקרה ותעדוף של ההודעות הנשלחות למעבד. מערכת ההפעלה שומרת על כמות קבועה של עבודה עבור המעבד וכך מאזנת את עומס העבודה. כתוצאה מכך, כל תהליך הסתיים במסגרת זמן שנקבעה.
לפיכך, תזמון חשוב מאוד במערכות בזמן אמת. המתזמנים הם בעיקר משלושה סוגים:
- מתזמן לטווח ארוך
- מתזמן לטווח קצר
- לוח זמנים לטווח בינוני
סוגי מערכות הפעלה
על בסיס כללי, מערכות ההפעלה של המחשבים מסווגות למעשה לשני סוגים:
סוגי מערכות הפעלה
- מערכת הפעלה רגילה
- מערכת הפעלה בזמן אמת
מערכת הפעלה רגילה
מערכת ההפעלה הרגילה מסווגת עוד לשני סוגים:
- מערכת הפעלה של ממשק משתמש אופי
- מערכת הפעלה ממשק משתמש גרפי
GUI ו- CUI
מערכת הפעלה של ממשק משתמש אופי (CUI)
מערכת ההפעלה CUI היא מערכת הפעלה מבוססת טקסט, המשמשת לאינטראקציה עם התוכנה או הקבצים על ידי הקלדת פקודות לביצוע משימות ספציפיות. מערכת ההפעלה בשורת הפקודה משתמשת רק במקלדת להזנת פקודות. מערכות ההפעלה בשורת הפקודה כוללות DOS ו- יוניקס . מערכת ההפעלה המתקדמת בשורת הפקודה מהירה יותר ממערכת ההפעלה המתקדמת GUI.
מערכת הפעלה ממשק משתמש גרפי (GUI)
מערכת ההפעלה ממשק מצב גרפי היא מערכת הפעלה מבוססת עכבר (Windows Operating System, LINUX), בה משתמש מבצע את המשימות או הפעולות מבלי להקליד את הפקודות מהמקלדת. ניתן לפתוח או לסגור את הקבצים או האייקונים על ידי לחיצה עליהם באמצעות כפתור העכבר.
בנוסף לכך, העכבר והמקלדת משמשים לשליטה במערכות ההפעלה GUI למספר מטרות. רוב ה פרויקטים מבוססים משובצים מפותחים על מערכת הפעלה זו. מערכת ההפעלה המתקדמת של GUI איטית יותר ממערכת ההפעלה של שורת הפקודה.
מערכת הפעלה בזמן אמת
מערכות הפעלה בזמן אמת ידועות גם בשם מערכות הפעלה ריבוי משימות. מערכת ההפעלה הרגילה אחראית על ניהול משאבי החומרה של המחשב. ה- RTOS מבצע משימות אלה, אך הוא תוכנן במיוחד להפעלת יישומים בזמן מתוזמן או מדויק עם אמינות גבוהה.
מערכת הפעלה בזמן אמת מיועדת ליישומים בזמן אמת, כגון מערכות משובצות, רובוטים תעשייתיים, ציוד מחקר מדעי ואחרים. ישנם סוגים שונים של מערכות הפעלה בזמן אמת, כגון מערכות הפעלה רכות בזמן אמת ומערכות הפעלה קשות בזמן אמת.
דוגמאות ל- RTOS
- לינוקס
- VxWorks
- טרון
- Windows CE
מערכת קשה בזמן אמת
המערכת בזמן אמת הקשה היא מערכת קבועה בזמן בלבד. עבור מערכת הפעלה קשה בזמן אמת, סיום המשימות תוך מועד חשוב מאוד לביצועי המערכת היעילים.
לדוגמא, עבור קלט נתון, אם משתמש מצפה לפלט לאחר 10 שניות, על המערכת לעבד את נתוני הקלט ולתת את הפלט בדיוק לאחר 10 שניות. כאן, המועד האחרון הוא 10 שניות, ולכן המערכת לא צריכה לתת את הפלט לאחר 11 שניות או 9 שניות.
לכן משתמשים במערכות קשיחות בזמן אמת בצבא ובהגנה.
רַך מערכת בזמן אמת
במערכת רכה בזמן אמת, עמידה במועד האחרון אינה חובה לכל משימה. לכן מערכת רכה בזמן אמת יכולה להחמיץ את המועד האחרון בשנייה או שתיים. עם זאת, אם המערכת תחמיץ מועדים בכל פעם, הדבר יפגע בביצועי המערכת. מחשבים, מערכות שמע ווידאו הם דוגמאות למערכות רכות בזמן אמת. כיום, אנדרואידים נמצאים בשימוש נרחב עבור יישומים כמו פותחי שער אוטומטיים .
בנוסף, ישנם רבים אחרים סוגים שונים של מערכות ההפעלה במחשב יחד עם היתרונות והחסרונות שלהם. ניתן להסביר כמה סוגים באופן הבא:
מערכת הפעלה אצווה
לאנשים הפועלים במערכת ההפעלה האצווהית לא תהיה תקשורת ישירה עם המחשב. כל אדם מגדיר את משימתו על כל ציוד לא מקוון כגון כרטיסי ניקוב ואז מעמיס את המידע המוכן למחשב. על מנת לשפר את מהירות העיבוד, משימות שיש להן סוג דומה של פעולות מקובצות יחד והן מופעלות כקבוצה אחת.
מכונות אלה מבצעות את הפעולות באמצעות אופרטורים והמפעילים מבצעים פעולות מיון של תוכניות בעלות אותה פונקציונליות בקבוצות. זו אחת ממערכות ההפעלה המיושמות בהרחבה.
יתרונות
- ניתן להתמודד בקלות עם כמות עצומה של עבודה בצורה חוזרת ונשנית
- משתמשים שונים יכולים לחלק בקלות את מערכות האצווה שלהם
- הזמן הלא פעיל במערכות אצווה זו הוא מינימלי ביותר
- את הזמן שנדרש לביצוע משימה יכול המעבד לדעת בקלות כאשר הם נטענים למכונה בפורמט תור
חסרונות
- מערכות הפעלה של אצווה הן יקרות במקצת
- תהליך איתור באגים הוא מסובך
- רק אנשים מנוסים צריכים להפעיל מערכת זו
סוגי מערכות הפעלה מבוזרים
מערכת הפעלה מבוזרת היא השיפור המודרני בתחום המחשבים. סוג זה של מערכת נעשה שימוש נרחב בכל רחבי העולם יחד עם קצב קיצוני. מחשבים מקושרים עצמאיים שונים יקיימו תקשורת על פניהם באמצעות מערכת הפעלה מבוזרת זו. כל מערכת אוטונומית מחזיקה יחידות עיבוד וזיכרון משלה. מערכות אלה מכונות גם מערכות משולבות באופן רופף ויש להן גדלים ופעולות שונות.
היתרון המכריע במערכת הפעלה מסוג זה הוא בכך שאנשים יכולים לקבל נגישות לתוכנה או למסמכים שאינם נמצאים במערכת ההפעלה הנוכחית, אך קיימים במערכות אחרות שיש להם חיבור בתוך המערכת הנוכחית. משמעות הדבר היא כי קיימת נגישות מרחוק פנימית למכשירים המחוברים למערכת.
“מהו מד מהדק ”
בהתאם לסידור הצמתים השונים, ישנם שונים סוגים של מערכת הפעלה מבוזרת ואלה:
עמית לעמית - מערכת זו כלולה בצמתים שיש להם משתתפים זהים בשיתוף נתונים. הפונקציונליות כולה משותפת בכל הצמתים. הצמתים שיש להם תקשורת עם אחרים מכונים כמשאבים משותפים. ניתן להשיג זאת באמצעות רשת.
לקוח / שרת - במערכות הלקוח / השרת, הבקשה אשר נשלחת על ידי הלקוח מסופקת על ידי מערכת השרתים. מערכת שרתים מחזיקה באפשרות לספק שירות למספר לקוחות בכל פעם רק כאשר ללקוח יש קשר עם שרת אחד בלבד. הלקוח והתקני השרת יקיימו את התקשורת שלהם דרך רשת ולכן הם נמצאים בסיווג של מערכות מבוזרות.
יתרונות
- שיתוף נתונים יכול להיעשות בצורה יעילה כאשר לכל הצמתים יש קשר זה עם זה
- תהליך הוספת צמתים נוספים הוא כה פשוט והתצורה ניתנת להרחבה על פי הדרישה
- כשל בצומת אחד אינו מפרק צמתים אחרים. כל שאר הצמתים יכולים ליצור תקשורת אחד עם השני
חסרונות
- מתן אבטחה משופרת לכל החיבורים והצמתים הוא מעט מסובך
- בזמן העברת הצמתים, חלק מהנתונים עלולים ללכת לאיבוד
- בהשוואה למערכת המשתמשים האישית, הנה ניהול מסד הנתונים מורכב למדי
- בזמן העברת הנתונים מכל הצמתים, עומס נתונים עשוי להתרחש
מערכת הפעלה עם חלוקת זמן
זה הנוהל שבו הוא מאפשר חיבורים לאנשים שונים הממוקמים במקומות שונים לשתף מערכת ספציפית בכל פעם. סוג זה של מערכת הפעלה מסומן כהרחבה הגיונית של תכנות רב-תכליתי. השם שיתוף זמן מתאים לכך שזמן המעבדים מתחלק בין אנשים שונים בו זמנית. הווריאציה העיקרית שנמצאת בין מערכות הפעלה אצוותיות למשותפות זמן היא ניצול המעבד וזמן התגובה.
במערכת האצווה, ההנחיה העיקרית היא לשפר את השימוש במעבדים ואילו במערכות הפעלה עם חלוקת זמן, ההנחיה היא להקטין את זמן התגובה.
משימות שונות מבוצעות על ידי מעבד על ידי מעבר לרוחב, ואילו מתגים אלה מתרחשים באופן קבוע כל כך. מסיבה זו, כל משתמש יכול לקבל תגובה מהירה.
לדוגמא, בשיטת העסקה, המעבד מפעיל כל תוכנית בודדת בפרק זמן קצר מאוד. לכן, כשיש אנשים 'n', כל אדם יכול לקבל את פרק הזמן שלו. כאשר הפקודה מוגשת, תהיה תגובה מהירה. מערכת הפעלה זו עובדת על תכנות רב-תכניתי ותזמון מעבד כדי להקצות לכל אדם פרק זמן מקביל. מערכות ההפעלה שפותחו בתחילה כמנה, משודרגות כעת למערכות המשותפות בזמן.
כמה מהיתרונות והחסרונות של מערכות הפעלה עם חלוקת זמן הם:
יתרונות
- תגובה מהירה
- מבטל שכפול תוכנה
- זמן מעבה מינימלי של מעבד
חסרונות
- אמינות היא הדאגה העיקרית
- הן הנתונים והן התוכניות אמורים לספק אבטחה משופרת
- תקשורת נתונים היא הבעיה
סוגי מערכות הפעלה מרובי משתמשים
זוהי שיטה של מערכת ההפעלה בה היא מאפשרת למשתמשים שונים להתחבר ולתפקד במערכת הפעלה אחת. אנשים מתקשרים איתו באמצעות מחשבים או מסופים המספקים נגישות דרך רשת או מכשירים כמו מדפסות. מערכת הפעלה מסוג זה צריכה לקיים תקשורת משופרת עם כל המשתמשים בגישה מאוזנת. הסיבה לכך היא שכאשר סיבוך של אדם אחד עולה, הוא לא אמור להשפיע על משתמשים אחרים שנמצאים ברצף.
מאפיינים
- חוסר נראות - זה מתרחש בקצה התחתון כמו עיצוב הדיסק ואחרים
- עיבוד נתונים בקצה האחורי - כאשר אין סיכוי לעיבוד נתונים מהחזית, הדבר מאפשר עיבוד נתונים בקצה האחורי
- שיתוף משאבים - ניתן לשתף מכשירים שונים כמו דיסקים קשיחים, מנהלי התקנים או מדפסות, וכן ניתן לשתף קבצים או מסמכים
- עיבוד מרובה
יש בעיקר שלושה סוגים של מערכת הפעלה מרובת משתמשים ואלה מוסברים כדלקמן:
מערכת הפעלה מבוזרת
זה מבחר של מכשירים שונים הממוקמים על מערכות מחשב שונות המתקשרים, מתפקדים ומתאמים עם המערכת היחידה העקבית לאדם. ובאמצעות מערכת רשת, המשתמשים יכולים ליצור תקשורת. כאן, המשאבים משותפים בגישה לפיה ניתן לנהל בקשות שונות ולבסוף ניתן להבטיח כל בקשה מוגדרת. יישומים ניידים ובנקאות דיגיטלית הם דוגמאות המופעלות באמצעות מערכת הפעלה מבוזרת.
מערכת פרוסות זמן
כאן, לכל משתמש בודד מוקצה פרק זמן קצר של מעבד, כלומר לכל פונקציונליות מוקצב פרק זמן כלשהו. קטעי זמן אלה נראים מינימליים. המשימה שיש להפעיל נקבעת על ידי המכשיר הפנימי בשם מתזמן. זה קובע ומפעיל את הפונקציונליות על סמך סדרי עדיפויות שהוקצו.
בקרב האנשים המחוברים, מערכת ההפעלה מעבדת בקשות משתמשים. זו הפונקציונליות הבלעדית במערכת ההפעלה פרוסת הזמן שאינה זמינה באף אחת אחרת. למשל, מסגרות ראשיות.
מערכת מרובת מעבדים
כאן, במקביל, המערכת משתמשת במספר מעבדים. מכיוון שהמעבדים כולה עובדים כתוצאה מכך, הזמן שנדרש להשלמת המשימה מהיר מזה של מערכת הפעלה מסוג משתמש יחיד. התרחיש הכללי ביותר מסוג זה הוא מערכת ההפעלה Windows שבה היא יכולה לעבד משימות מרובות בו זמנית כמו השמעת מוסיקה, עבודה עם Excel, מסמך word, גלישה ועוד רבים אחרים. ניתן לבצע מספר רב יותר של יישומים מבלי להפריע ליעילותם של אחרים.
יתרונות
היתרונות של מערכת הפעלה מרובת משתמשים הם
- הפצת משאבים קלה
- גיבוי נתונים קיצוני
- משמש בספריות
- מבטל כל סוג של הפרעה
- מהירות ויעילות משופרת
- מיושם ביישומים בזמן אמת
חסרונות
החסרונות של מערכת הפעלה מרובת משתמשים הם
- מכיוון שמחשבים מרובים פועלים במערכת אחת, הדבר עשוי לאפשר לווירוס למערכת בקלות
- פרטיות וסודיות הופכים לבעיה
- יצירת מספר חשבונות במערכת אחת עשויה להיות מסוכנת ומסובכת לפעמים
מלבד אלה, קיימים סוגים רבים אחרים של מערכות הפעלה ואלה:
- מערכת הפעלה ברשת
- מערכת ריבוי משימות
- מערכת הפעלה מקובצת
- מערכת הפעלה בזמן אמת
- מערכת הפעלה לינוקס
- Mac OS
אז זה הכל על הרעיון המפורט של סוגים שונים של מערכות הפעלה. עברנו את המושגים עבודה במערכת הפעלה, ארכיטקטורה, סוגים, יתרונות וחסרונות. לכן, הנה שאלה מאוד פשוטה לכל הקוראים הנלהבים: מה הם היתרונות של מערכת ההפעלה לינוקס על פני Windows ?
