سیستم‌عامل را می‌توان جزء مهم‌ترین نرم‌افزار یک سیستم رایانه‌ای معرفی کرد. سیستم عامل، یک لایه از رابط کاربری گرافیکی است، که به عنوان یک پلتفرم بین کاربر و سخت افزار کامپیوتر عمل می کند. علاوه بر این، سیستم عامل بخش نرم افزار یک کامپیوتر را مدیریت می کند و اجرای برنامه‌ها را نیز کنترل می کند. از پرطرفدار‌ترین سیستم‌عامل‌های موجود می‌توان به سیستم‌عامل‌های اندروید، ویندوز، لینوکس، آی او اس، مک اواس و … اشاره کرد.

سیستم عامل توزیع شده

یک سیستم عامل توزیع شده گروهی از کامپیوترهای متمایز و شبکه ای را مدیریت می کند و آنها را یک کامپیوتر واحد جلوه می‌دهد، زیرا همه محاسبات توزیع شده اند.

سیستم عامل‌های تک وظیفه و چند وظیفه

یک سیستم تک‌کاره، تنها می‌تواند یک برنامه را در یک زمان اجرا کند، در حالی که یک سیستم عامل چند‌کاره اجازه می‌دهد تا بیش از یک برنامه به صورت همزمان اجرا شود. در سیستم عامل چندکاره، سیستم عامل زمان CPU  را برش می دهد و یک اسلات را به هر یک از برنامه ها اختصاص می دهد.سیستم عامل های شبیه یونیکس مانند لینوکس و همچنین غیر یونیکس مانند  AmigaOS از سیستم عامل چندکاره پشتیبانی می کنند.

سیستم عامل های جاسازی شده

برای استفاده در سیستم های کامپیوتری تعبیه شده طراحی شده اند. این سیستم عامل‌ها، از نظر طراحی بسیار کارآمد هستند و می توانند با منابع محدودی نیز کار کنند. نمونه‌ای از این سیستم عامل Windows CE می‌باشد.

سیستم عامل بی ‌درنگ

سیستم عاملی است که تضمین می کند رویدادها یا داده ها را در یک لحظه خاص از زمان پردازش کند. این سیستم عامل ممکن است تک یا چند وظیفه ای باشد. چنین سیستم رویداد محوری بین وظایف بر اساس اولویت‌ها یا رویداد‌ها سوئیچ می‌کند.

پنج مورد از رایج ترین سیستم عامل‌های مورد استفاده در کامپیوتر‌ها و گوشی‌های موبایل عبارتند از:

Microsoft Windows، Apple macOS، Linux، یونیکس ، ویندوز اکس پی، ویندوز ۱۰ و … برای اپل، اندروید،بلک بری، ویندوز موبایل و … برای گوشی‌های موبایل، اشاره کرد.

انواع ساختار سیستم عامل:

ساختار سیستم عامل یکی از عناصر اساسی در طراحی و عملکرد یک سیستم عامل است. ساختار سیستم عامل به ترتیبی است که عناصر مختلف آن با یکدیگر در ارتباط هستند و با همکاری یکپارچه عمل می‌کنند. در ادامه هر یک از این ساختارها را توضیح می دهیم.

ساختار یکپارچه (Monolithic System):

ساختار یکپارچه (که با نام ساختار ساده هم شناخته می‌شود) در سیستم عامل یکی از انواع ساختارهای سیستم عامل است و به معنای قرار دادن تمامی عملکردها و کد‌های مربوط به سیستم عامل در یک واحد بزرگ است. در این ساختار، تمامی اجزای سیستم عامل ،از جمله هسته  ، درایورها ، سرویس‌ها و برنامه‌ها، در داخل یک واحد سازماندهی شده قرار می‌گیرند. این نوع سیستم ساختار یا معماری مشخصی ندارد.

در ساختار یکپارچه، تمامی عملکردها و وظایف سیستم عامل به صورت مستقل توسط هسته اجرا می‌شوند. هسته سیستم عامل مسئولیت مدیریت منابع سخت‌افزاری، اجرای برنامه‌ها و ارتباط با سرویس‌ها و درایورها را برعهده دارد. درایورها نیز در داخل هسته سیستم عامل قرار می‌گیرند و مسئول ارتباط با سخت‌افزار و ارائه خدمات مورد نیاز است. همچنین، سرویس‌ها نیز در ساختار یکپارچه درون هسته سیستم عامل قرار می‌گیرند و وظیفه‌های خاص خود را انجام می‌دهند.

کاربردهای ساختار یکپارچه در سیستم عامل عبارتند از :

• سادگی: ساختار یکپارچه سیستم عامل ساده ترین ساختار ممکن است. اجزای سیستم عامل در یک واحد قرار دارند و هیچ تقسیم‌بندی یا مرزهای واضحی بین اجزا وجود ندارد.
• سرعت اجرا: در ساختار یکپارچه، تمامی عملکردها و وظایف در یک واحد بزرگ قرار دارند. این موضوع باعث می‌شود عملکرد سیستم عامل به صورت سریع و بهینه‌تری انجام شود.
• کاهش هزینه: ساختار یکپارچه کاهش هزینه‌ها در توسعه، نگهداری و مدیریت سیستم عامل را فراهم می‌کند. زیرا نیاز به مدیریت تعداد زیادی اجزا و تعامل پیچیده بین آن‌ها کمتر است.

به طور کلی، ساختار یکپارچه در سیستم عامل باعث سادگی، سرعت اجرا و کاهش هزینه‌ها می‌شود. با این حال، در سیستم‌های بزرگ و پیچیده، این ساختار ممکن است محدودیت‌هایی داشته باشد و ساختارهای لایه‌ای و میان‌لایه‌ای مورد استفاده قرار گیرند تا انعطاف‌پذیری و قابلیت توسعه بیشتری را فراهم کنند.

ساختار لایه ای(Layered System):

ساختار لایه‌ای در سیستم عامل به معنای تقسیم عملکرد سیستم عامل به لایه‌های مجزا است. هر لایه در این ساختار مسئولیت‌ها و وظایف خاص خود را دارد و با لایه‌های دیگر تعامل می‌کند. به این ترتیب، وظایف و عملکرد سیستم عامل به صورت سلسله مراتبی سازماندهی می‌شوند، که هر لایه مسئولیت‌های خود را بر عهده دارد و با لایه‌های مجاور خود تعامل دارد.

ساختار لایه‌ای از انواع ساختارهای سیستم عامل، به منظور جداسازی وظایف و ارتباط مرتب و منظم بین اجزای سیستم عامل استفاده می‌شود. هر لایه مستقل از لایه‌های دیگر عمل می‌کند و به صورت مستقل قابل توسعه و تغییر است. این ساختار امکان پیچیدگی کاهش می‌دهد و مدیریت سیستم عامل را آسان‌تر می‌کند.

هر لایه در ساختار لایه‌ای وظایف خاصی را بر عهده دارد. به عنوان مثال، لایه رابط کاربر مسئول ارتباط با کاربر و فراهم کردن رابط‌های گرافیکی یا خط فرمان است. لایه خدمات مسئول ارائه سرویس‌های عمومی سیستم عامل است مانند مدیریت فایل‌ها، شبکه، امنیت و مدیریت حافظه. لایه هسته قلب سیستم عامل است و وظایف پایه‌ای مانند مدیریت منابع سخت‌افزاری، اجرای فرآیندها، تخصیص حافظه و ارتباط با سرویس‌ها را برعهده دارد. و در نهایت، لایه درایورها برای کنترل و ارتباط با سخت‌افزارها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساختار لایه‌ای در سیستم عامل باعث جداسازی وظایف، کاهش پیچیدگی و افزایش قابلیت توسعه و پایداری سیستم عامل می‌شود. در ساختار لایه‌ای سیستم عامل، می‌توان پنج لایه اصلی را به شرح زیر توضیح داد:

لایه کاربر(User Layer):

این لایه مسئول تعامل با کاربر است و رابط کاربری را فراهم می‌کند. در این لایه، کاربر با سیستم عامل ارتباط برقرار می‌کند و اقدامات خود را مانند ورود به سیستم، اجرای برنامه‌ها و انجام عملیات مختلف انجام می‌دهد.

 لایه برنامه‌های کاربردی (Applications Layer):

در این لایه، برنامه‌های کاربردی و نرم‌افزارهای مختلف در سیستم عامل اجرا می‌شوند. این برنامه‌ها می‌توانند شامل برنامه‌های آفیس، مرورگر وب، برنامه‌های گرافیکی و غیره باشند.

لایه مدیریت ورودی و خروجی(Input/Output Management Layer): 

این لایه مسئول مدیریت ارتباط بین سیستم و دستگاه‌های ورودی و خروجی است. این دستگاه‌ها می‌توانند شامل صفحه کلید، ماوس، نمایشگر، پرینتر و سایر دستگاه‌های ورودی و خروجی باشند.

لایه مدیریت حافظه(Memory Management Layer):

در این لایه، مدیریت حافظه سیستم عامل صورت می‌گیرد. این شامل تخصیص و آزادسازی حافظه برای برنامه‌ها، مدیریت حافظه اصلی و حافظه ثانویه، و نیز مدیریت حافظه مشترک بین برنامه‌ها است.

لایه زمان‌بندی پردازنده (Processor Scheduling Layer):

این لایه مسئول مدیریت و تخصیص منابع پردازشی، به ویژه پردازنده، برای برنامه‌ها و فرآیندهای مختلف است. با استفاده از الگوریتم‌های زمان‌بندی مناسب، این لایه تصمیم می‌گیرد کدام برنامه در چه زمانی بر روی پردازنده اجرا شود.

لایه سخت افزار(Hardware Layer):

این در ساختار لایه‌ای سیستم عامل، شامل سخت‌افزار و دستگاه‌های فیزیکی سیستم است. این لایه شامل اجزای سخت‌افزاری مانند پردازنده، حافظه، دیسک‌ها، کارت‌های گرافیک و دیگر دستگاه‌های مرتبط با سیستم است. لایه سخت‌افزار به عنوان زیرساخت فیزیکی سیستم عامل عمل می‌کند و وظایف مهمی از جمله ارتباط با دستگاه‌های ورودی و خروجی، مدیریت تخصیص منابع سخت‌افزاری، انجام عملیات‌های حافظه و دسترسی به ذخیره‌سازی داده‌ها را بر عهده دارد.

این لایه‌ها با همکاری و تعامل در ساختار لایه‌ای سیستم عامل، وظایف مختلف سیستم را بر عهده می‌گیرند و برای عملکرد صحیح و کارآمد سیستم عامل بسیار مهم هستند.

ساختار مدل مبتنی بر مشتری/خدمت گزار:

در این مدل، مشتری‌ها نیازهای خود را از طریق درخواست‌ها یا سوالاتی که به خدمت گزاران مطرح می‌کنند، بیان می‌کنند. مشتری معمولاً یک برنامه کاربردی یا سرویس است که نیاز به انجام یک عمل خاص یا دسترسی به منابع سیستم عامل دارد. این مشتری‌ها می‌توانند در یک سیستم تک کاربره یا شبکه‌ای واقع شده باشند.

از سوی دیگر، خدمت گزاران مسئولیت ارائه خدمات و پاسخ به درخواست‌های مشتری را دارند. این خدمت گزاران می‌توانند سرویس‌های سطح سیستم عامل مانند سرویس‌های فایل، شبکه، امنیت و … باشند. آن‌ها به درخواست‌ها و نیازهای مشتریان پاسخ می‌دهند و مشتریان را در دستیابی به منابع و خدمات مورد نیاز یاری می‌کنند.

در کل، ساختار مدل مبتنی بر مشتری/خدمت گزار از انواع ساختارهای سیستم عامل، بهبود قابلیت دسترسی و مدیریت منابع در سیستم عامل را فراهم می‌کند و ارتباط مشتریان و خدمت گزاران را بهبود می‌بخشد.

ماشین مجازی

ماشین مجازی یک تکنولوژی است که در سیستم عامل‌ها استفاده می‌شود و با مبحث انواع ساختارهای سیستم عامل مرتبط است. در واقع، ماشین مجازی یک نسخه مجازی از یک سیستم کامپیوتری است که به صورت نرم‌افزاری بر روی یک سیستم کامپیوتری فیزیکی اجرا می‌شود. این سیستم کامپیوتری مجازی (ماشین مجازی) دارای سخت‌افزار مجازی شبیه‌سازی شده است که امکان اجرای یک سیستم عامل کامل و برنامه‌های مختلف را بر روی آن ممکن می‌سازد.

چرا باید از سیستم عامل ویندوز استفاده کنیم؟

ویژگی‌هایی مانند رابط گرافیکی کاربرپسند، پشتیبانی از برنامه‌های کاربردی متنوع، قابلیت اتصال به اینترنت و شبکه‌های مختلف، تطابق با سخت‌افزارهای گوناگون و پشتیبانی از بازی‌های رایانه ای باعث شده تا ویندوز انتخاب اکثر کاربران برای سیستم عامل رایانه شخصی شود. امروزه بسیاری از شرکت‌ها، سازمان‌ها و نهادهای دولتی نیز از این سیستم عامل استفاده می‌کنند.

کاربرد ویندوز چیست؟

• کنترل و مدیریت سخت‌افزار کامپیوتر: ویندوز وظیفه کنترل تمام قطعات سخت‌افزاری مانند پردازنده، حافظه و دستگاه‌های ورودی/خروجی رایانه را بر عهده دارد.
• اجرای برنامه‌ها و نرم‌افزارها : به عنوان یک پلتفرم، اجازه اجرای برنامه‌های کاربردی مختلف را می‌دهد.
• اتصال به شبکه و اینترنت : قابلیت‌های شبکه‌ سازی و اتصال به اینترنت را برای کاربران فراهم می‌کند.
• رابط کاربری: ویندوز با رابط گرافیکی کاربرپسند خود، امکان برقراری ارتباط بین انسان و رایانه را فراهم می‌آورد.
• ذخیره‌سازی اطلاعات : امکان ذخیره‌سازی اطلاعات در دستگاه‌های مختلف نظیر هارددیسک های داخلی و خارجی و یا حافظه های فلش مموری را برای کاربران فراهم می نماید

معروف ترین سیستم عامل های کامپیوتر

سیستم عامل از زمان پیدایش تا کنون همواره در حال تحول و پیشرفت های متعددی بوده است و بر امکانات آن افزوده می شود. از مهم ترین و معروف ترین سیستم عامل ها می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• یونیکس
• گنو/لینوکس
• مک اواس
• ویندوز اکس‌پی
• ویندوز ویستا
• ویندوز ۷
• ویندوز ۸
• ویندوز ۱۰
• سولاریس
• داس
• ویلز
• پالم

سیستم عامل گوشی موبایل

امروزه گوشی های موبایل دیگر نقش یک وسیله جهت مکالمه را ایفا نمی کنند بلکه به کامپیوتر های کوچک و قابل حملی تبدیل شده اند که دارای سیستم عامل های مختص به خود می باشند و هرروزه در حال پیشرفت هستند، برخی از سیستم عامل های معروف موبایل شامل موارد ذیل می باشد:

• ویندوز موبایل: یک سیستم عامل شامل دستورات اساسی و قابل اجرا توسط بسیاری از رایانه های جیبی و تلفن های هوشمند.
• ویندوز فون: تولید شرکت مایکروسافت و جایگزین ویندوز مویابل.
• سیمبین: تولید شرکت نوکیا مخصوص گوشی های نوکیا.
• بادا: تولید شرکت سامسونگ و مخصوص گوشی های سامسونگ.
• بلک بری: تولید شرکت بلک بری برای استفاده در گوشی های موبایل ساخت این شرکت.
• می‌گو: سیستم عامل متن باز براساس لینکو.
• پالم: توسط شرکت پالم جهت استفاده آسان تر کاربر از نمایشگر لمسی و ارتباط با کارت گرافیک.
• تایزن: سیستم عامل متن باز براساس لینکوس.
• یوآی‌کیو: این سیستم عامل به علت دارا بودن انعطاف بسیار امکان ساخت گوشی ها در شکل های مختلف را تنها بایک کد امکان پذیر ساخته است.

نتیجه گیری

سیستم عامل مهم‌ترین نرم افزاری است که روی کامپیوتر اجرا می شود. حافظه و فرآیندهای کامپیوتر و همچنین تمامی نرم افزارها و سخت افزارهای آن را مدیریت می کند. همچنین به شما این امکان را می‌دهد که بدون اینکه بدانید چگونه به زبان کامپیوتر صحبت کنید، با کامپیوتر ارتباط برقرار کنید. بدون سیستم عامل، کامپیوتر بی فایده است.