║ »» هفت مهارت استاندارد ICDL ║

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :
- مديريت منابع نرم افزاری و سخت افزاری يک سِستم کامپيوتری را برعهده دارد. پردازنده ، حافظه، فضای ذخيره سازی نمونه هائی از منابع اشاره شده می باشند .
- روشی پايدار و يکسان برای دستيابی و استفاده از سخت افزار بدو ن نياز از جزئيات عملکرد هر يک از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايد.
اولين وظيفه يک سيستم عامل، مديريت منابع سخت افزاری و نرم افزاری است . برنامه های متفاوت برای دستيابی به منابع سخت افزاری نظير: پردازنده ، حافظه، دستگاههای ورودی و خروجی، حافظه های جانبی، در رقابتی سخت شرکت خواهند کرد. سيستم های عامل بعنوان يک مدير عادل و مطمئن زمينه استفاده بهينه از منابع موجود را برای هر يک از برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايند.
وظيفه دوم يک سيستم عامل ارائه يک رابط ( اينترفيس ) يکسان برای ساير برنامه های کامپيوتری است . در اين حالت زمينه استفاده بيش از يک نوع کامپيوتر از سيستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغييرات در سخت افزار سيستم های کامپيوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چراکه سيستم عامل بعنوان ميانجی بين برنامه های کامپيوتری و سخت افزار ايفای وظيفه کرده و مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است .برنامه نويسان کامپيوتر نيز با استفاده از نقش سيستم عامل بعنوان يک ميانجی براحتی برنامه های خود را طراحی و پياده سازی کرده و در رابطه با اجرای برنامه های نوشته شده بر روی ساير کامپيوترهای مشابه نگرانی نخواهند داشت . ( حتی اگر ميزان حافظه موجود در دو کامپيوتر مشابه نباشد ) . در صورتيکه سخت افزار يک کامپيوتر بهبود و ارتقاء يابد، سيستم عامل اين تضمين را ايجاد خواهد کرد که برنامه ها، در ادامه بدون بروز اشکال قادر به ادامه حيات وسرويس دهی خود باشند. مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری برعهده سيستم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيستم عامل در اين راستا اولويت خواهد داشت . ويندوز 98 يکی از بهترين نمونه ها در اين زمينه است . سيستم عامل فوق بر روی سخت افزارهای متعدد توليد شده توسط توليدکنندگان متفاوت اجراء می گردد. ويندوز 98 قادر به مديريت و استفاده از هزاران نوع چاپگر ديسک و ساير تجهيزات جانبی است .

سيستم عامل ( Operating System ) با حروف اختصاري OS نرم افزاري است که مسئول کنترل و بکار گيري منابع سخت افزاري مانند حافظه ، واحد پردازش مرکزي ( CPU) فضاي ذخيره سازي ديسک و تجهيزات جانبي ميباشد. سيستم عامل مبنايي است که برنامه هاي کاربردي مانند برنامه هاي واژه پردازي و صفحه گسترده ها بر اساس آن ساخته ميشود. متداولترين سيستم عامل تا کنون Unix, Windows, OS/2 Mac OS, MS-DOS بوده اند.

MS-DOS - Microsoft Disk Operating System سيستم عامل تک کاربره با خط فرماني که در سال 1981 براي کامپيوترهاي شخصي آي بي ام و سازگار با آن توسط مایکروسافت منتشر شد. نسخه اصلي DOS توسط يک شرکت کوچک در سياتل به منظور کارهاي آزمايشگاهي ايجاد شده بود. از آنجا که مایکروسافت قرار بود سيستم عاملي براي IBM تهيه کند لذا آن نسخه را خريداري نمود و برنامه را تهيه کرد. مايکروسافت بعدها نگارشهاي بالاتري از MS-DOS ارائه نمود. MS-DOS تا مدتها يکي از گسترده ترين سيستمهاي عامل محسوب ميشد.

سيستم مديريت پايگاه داده ها (Database Management System ) با حروف اختصاري DBMS يک لايه نرم افزاري بين پايگاه داده ها و کاربر است. اين سيستم تمام درخواستهاي کاربر نسبت به پايگاه داده ها ( مثلاً پرس و جو و نوسازي ) را کنترل ميکند. بنابراين کاربر الزامي به پيگيري جزئيات فيزيکي محل فايلها و قالبها ، طراحي شاخص دهي و غيره نخواهد داشت. علاوه بر اين DBMS کنترل تمرکز يافته مربوط به حفاظت داده ها را نيز ميسر ميسازد. از معروفترين سيستمهاي مديريت پايگاه داده ميتوان به دي بيس، فاکس پرو، پارادکس، اکسس، اينفورميکس و اوراکل اشاره کرد .

DSS - Decision Support System مجموعه اي از برنامه ها و داده هاي مرتبط است که مدير را در تحليل و تصميم گيري ياري ميسازد. کمک اين گونه سيستمها در تصميم گيري بيش از سيستمهاي اطلاعات مديريت (MIS) يا سيستمهاي اطلاعاتي اجرايي (EIS) است. اين سيستمها داراي يک بانک اطلاعاتي ، متشکل از مجموعه دانش موجود درباره يک زبان ، که براي فرموله کردن مسائل و پرسش بکار ميرود و يک برنامه مدل سازي براي آزمايش تصميمات ممکن است.

سيستم عامل شبکه سر نام عبارت ( Network Operating System ) و مخفف آن NOS ميباشد. در شبکه هاي محلي معماري سرويس گيرنده سرويس دهنده NOS شامل دو بخش است. بزرگترين و پيچيده ترين بخش نرم افزار سيستم ، در حال اجرا بر روي سرويس دهنده است. اين نرم افزار سيستم ، اعمال بسياري شامل اطلاعات حسابهاي کاربردي و دستيابي به شبکه ، امنيت ، به اشتراک گذاري منابع ، اعمال سرپرستي ، نظارت بر UPS و توان مصرفي ، حفاظت داده ها و کشف و کنترل خطا را هماهنگ ميسازد. در شبکه هاي نظير به نظير بخشي از NOS بر روي هر PC يا ايستگاه کاري متصل به شبکه نصب و در بالاي سيستم عامل PC اجرا ميگردد.

مدت زمان انجام يک کار بوسيله کامپيوتر ، به عوامل متعددي بستگي دارد که اولين آنها ، سرعت پردازشگر ( Processor) کامپيوتر ميباشد. پردازشگر يک تراشه الکترونيکي در قلب کامپيوتر بوده و سرعت آن بر حسب واحد مگاهرتز (MHz ) سنجيده ميشود. هر چه مقدار اين پارامتر بيشتر باشد پردازشگر سريعتر خواهد بود و در نتيجه قادر خواهد بود محاسبات بيشتري را در هر ثانيه انجام دهد. سرعت پردازشگر به عنوان يکي از مشخصه هاي يک کامپيوتر به قدري در تعيين کارايي آن اهميت دارد که معمولاً به عنوان يکی از اجزاي تشکيل دهنده نام کامپیوتر از آن ياد ميکنند. تراشه پردازشگر و اجزاي الکترونيکي که آنرا پشتيباني ميکنند ، مجموعاً بعنوان واحد پردازش مرکزي يا CPU شناخته ميشود.

پایان فصل اول

حافظه با هدف ذخيره سازی اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپيوتر استفاده می گردد. از انواع متفاوتی حافظه درکامپيوتر استفاده می گردد .
RAM
ROM
Cache
Dynamic RAM
Static RAM
Flash Memory
Virtual Memory
Video Memory
BIOS
استفاده از حافظه صرفا" محدود به کامپيوترهای شخصی نبوده و در دستگاههای متفاوتی نظير : تلفن های سلولی، PDA ، راديوهای اتومبيل ، VCR ، تلويزيون و ... نيز در ابعاد وسيعی از آنها استفاده بعمل می آيد.هر يک از دستگاههای فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می نمايند.

مبانی اوليه حافظه

با اينکه می توان واژه " حافظه " را بر هر نوع وسيله ذخيره سازی الکترونيکی اطلاق کرد، ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سريع با قابليت ذخيره سازی موقت استفاده بعمل می آيد. در صورتيکه پردازنده مجبور باشد برای بازيابی اطلاعات مورد نياز خود بصورت دائم از هارد ديسک استفاده نمايد، قطعا" سرعت عمليات پردازنده ( با آن سرعت بالا) کند خواهد گرديد. زمانيکه اطلاعات مورد نياز پردازنده در حافظه ذخيره گردند، سرعت عمليات پردازنده از بعد دستيابی به داده های مورد نياز بيشتر خواهد گرديد. از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.
مجموعه متنوعی ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبی فوق به آنها دستيابی پيدا خواهد کرد. زمانيکه در سطح حافظه های دائمی نظير هارد و يا حافظه دستگاههائی نظير صفحه کليد، اطلاعاتی موجود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنان را داشته باشد ، می بايست اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرند. در ادامه پردازنده اطلاعات و داده های مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل های خاص عملياتی خود را در رجيسترها ذخيره می نمايد.
تمام عناصر سخت افزاری ( پردازنده، هارد ديسک ، حافظه و ...) و عناصر نرم افزاری ( سيستم عامل و...) بصورت يک گروه عملياتی بکمک يکديگر وظايف محوله را انجام می دهند . بدون شک در اين گروه " حافظه " دارای جايگاهی خاص است . از زمانيکه کامپيوتر روشن تا زمانيکه خاموش می گردد ، پردازنده بصورت پيوسته و دائم از حافظه استفاده می نمايد. بلافاصله پس از روشن نمودن کامپيوتر اطلاعات اوليه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعيت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می گردد ( عمليات سريع خواندن ، نوشتن ) .در مرحله بعد کامپيوتر BIOS را ازطريق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اوليه و ضروری در رابطه با دستگاههای ذخيره سازی، وضعيت درايوی که می بايست فرآيند بوت از آنجا آغاز گردد، امنيت و ... را مشخص می نمايد. در مرحله بعد سيستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استقرار خواهد يافت . بخش های مهم و حياتی سيستم عامل تا زمانيکه سيستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود. در ادامه و زمانيکه يک برنامه توسط کاربر فعال می گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار يک برنامه در حافظه و آغاز سرويس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فايل های مورد نياز برنامه فوق، در حافظه مستقر خواهند شد.و در نهايت زمانيکه به حيات يک برنامه خاتمه داده می شود (Close) و يا يک فايل ذخيره می گردد ، اطلاعات بر روی يک رسانه ذخيره سازی دائم ذخيره و نهايتا" حافظه از وجود برنامه و فايل های مرتبط ، پاکسازی ! می گردد.
همانگونه که اشاره گرديد در هر زمان که اطلاعاتی ، مورد نياز پردازنده باشد، می بايست اطلاعات درخواستی در حافظه RAM مستقر تا زمينه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جديد در حافظه يک سيکل کاملا" پيوسته بوده و در اکثر کامپيوترها سيکل فوق ممکن است در هر ثانيه ميليون ها مرتبه تکرار گردد.

به محل ذخيره کردن محاسباتي که توسط کامپيوتر انجام ميگيرد حافظه گويند. در کامپيوتر ها دو نوع متداول حافظه وجود دارد. در واقع حافظه اصلي کامپيوتر شامل دو بخش است : حافظه فقط خواندني (ROM) و حافظه با دسترسي تصادفي (RAM)

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترين نوع حافظه در دنيای کامپيوتر است . روش دستيابی به اين نوع از حافظه ها تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقيما" دستيابی پيدا کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخيره و صرفا" امکان دستيابی به آنها بصورت ترتيبی وجود خواهد داشت. ( نظير نوار کاست ) در صورتيکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر يک از سلول های حافظه به ترتيب بررسی شده تا داده مورد نظر پيدا گردد. حافظه های SAM در موارديکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتيبی خواهد بود مفيد می باشند ( نظير حافظه موجود بر روی کارت های گرافيک ). داده های ذخيره شده در حافظه RAM با هر اولويت دلخواه قابل دستيابی خواهند بود.

مبانی حافظه های RAM

حافظه RAM ، يک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از ميليون ها ترانزيستور و خازن تشکيل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگيری يک خازن و يک ترانزيستور می توان يک سلول را ايجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری يک بيت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بيت را که يک و يا صفر است ، در خود نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزيستور مشابه يک سوييچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخيره شده در خازن و يا تغيير وضعيت مربوط به آن ، فراهم می نمايد.خازن مشابه يک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخيره سازی مقدار" يک" در حافظه، ظرف فوق می بايست از الکترونها پر گردد. برای ذخيره سازی مقدار صفر، می بايست ظرف فوق خالی گردد.مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدين ترتيب پس از گذشت چندين ميلی ثانيه يک ظرف مملو از الکترون تخليه می گردد. بنابراين بمنظور اينکه حافظه بصورت پويا اطلاعات خود را نگهداری نمايد ، می بايست پردازنده و يا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخليه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار "يک" باشند.بدين منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنويسی می نمايد.عمليات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در يک ثانيه تکرار خواهد شد.علت نامگذاری DRAM بدين دليل است که اين نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پويا خواهند بود. فرآيند تکراری " بازخوانی / بازنويسی اطلاعات" در اين نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.
سلول های حافظه بر روی يک تراشه سيليکون و بصورت آرايه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط بيت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکيل می گردند. نقطه تلاقی يک سطر و ستون بيانگر آدرس سلول حافظه است .
حافظه های DRAM با ارسال يک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزيستور در هر بيت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعيتی خواهند شد که خازن می بايست به آن وضعيت تبديل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گيری می نمايد. در صورتيکه سطح فوق بيش از پنجاه درصد باشد مقدار "يک" خوانده شده و در غيراينصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عمليات فوق بسيار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانيه ( يک ميلياردم ثانيه ) اندازه گيری می گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت 70 نانوثانيه است ، 70 نانو ثانيه طول خواهد کشيد تا عمليات خواندن و بازنويسی هر سلول را انجام دهد.

سلول های حافظه در صورتيکه از روش هائی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمايند، بتنهائی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراين لازم است سلول های حافظه دارای يک زيرساخت کامل حمايتی از مدارات خاص ديگر باشند.مدارات فوق عمليات زير را انجام خواهند داد :
مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )
نگهداری وضعيت بازخوانی و باز نويسی داده ها ( شمارنده )
خواندن و برگرداندن سيگنال از يک سلول ( Sense amplifier)
اعلام خبر به يک سلول که می بايست شارژ گردد و يا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable)
ساير عمليات مربوط به "کنترل کننده حافظه" شامل مواردی نظير : مشخص نمودن نوع سرعت ، ميزان حافظه و بررسی خطاء است .
حافظه های SRAM دارای يک تکنولوژی کاملا" متفاوت می باشند. در اين نوع از حافظه ها از فليپ فلاپ برای ذخيره سازی هر بيت حافظه استفاده می گردد. يک فليپ فلاپ برای يک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزيستور استفاده می کند . حافظه های SRAM نيازمند بازخوانی / بازنويسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراين سرعت اين نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بيشتر است .با توجه به اينکه حافظه های SRAM از بخش های متعددی تشکيل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی يک تراشه بمراتب بيشتر از يک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود. در چنين مواردی ميزان حافظه بر روی يک تراشه کاهش پيدا کرده و همين امر می تواند باعث افزايش قيمت اين نوع از حافظه ها گردد. بنابراين حافظه های SRAM سريع و گران و حافظه های DRAM ارزان و کند می باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزايش سرعت پردازنده ( استفاده از Cache) و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در کامپيوتر استفاده می گردد.

RAM سر نام عبارت (Random Access Memory ) به مفهوم حافظه با دستيابي مستقيم يا دستيابي تصادفي ، محلي است که دستورالعمل ها و داده هاي برنامه در آن ذخيره ميشوند. بطوري که مستقيماً براي واحد پردازش مرکزي (CPU) قابل دستيابي باشند. RAM حافظه خواندني / نوشتني نيز ناميده ميشود. لازم به ذکر است که با قطع ناگهاني برق تمام اطلاعات اين حافظه از بين خواهد رفت .

حافظه ROM يک نوع مدار مجتمع (IC) است که در زمان ساخت داده هائی در آن ذخيره می گردد. اين نوع از حافظه ها علاوه بر استفاده در کامپيوترهای شخصی در ساير دستگاههای الکترونيکی نيز بخدمت گرفته می شوند. حافظه های ROM از لحاظ تکنولوژی استفاده شده، دارای انواع زير می باشند:
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
Flash Memory
هر يک از مدل های فوق دارای ويژگی های منحصربفرد خود می باشند . حافظه های فوق در موارد زيردارای ويژگی مشابه می باشند:
داده های ذخيره شده در اين نوع تراشه ها " غير فرار " بوده و پس از خاموش شدن منبع تامين انرژی اطلاعات خود را از دست نمی دهند.
داده های ذخيره شده در اين نوع از حافظه ها غير قابل تغيير بوده و يا اعمال تغييرات در آنها مستلزم انجام عمليات خاصی است.

مبانی حافظه های ROM

حافظه ROM از تراشه هائی شامل شبکه ای از سطر و ستون تشکيل شده است ( نظير حافظه RAM) ، هر سطر وستون در يک نقطه يکديگر را قطع می نمايند. تراشه های ROM دارای تفاوت اساسی با تراشه های RAM می باشند. حافظه RAM از " ترانزيستور " بمنظور فعال و يا غيرفعال نمودن دستيابی به يک " خازن " در نقاط برخورد سطر و ستون ، استفاده می نمايند.در صورتيکه تراشه های ROM از يک " ديود" (Diode) استفاده می نمايد. در صورتيکه خطوط مربوطه "يک" باشند برای اتصال از ديود استفاده شده و اگر مقدار "صفر" باشد خطوط به يکديگر متصل نخواهند شد. ديود، صرفا" امکان حرکت " جريان " را در يک جهت ايجاد کرده و دارای يک نقطه آستانه خاص است . اين نقطه اصطلاحا" (Forward breakover) ناميده می شود. نقطه فوق ميزان جريان مورد نياز برای عبور توسط ديود را مشخص می کند. در تراشه ای مبتنی بر سيليکون نظير پردازنده ها و حافظه ، ولتاژ Forward breakover تقريبا" معادل شش دهم ولت است .با بهره گيری از ويژگی منحصر بفرد ديود، يک تراشه ROM قادر به ارسال يک شارژ بالاتر از Forward breakover و پايين تر از ستون متناسب با سطر انتخابی ground شده در يک سلول خاص است .در صورتيکه ديود در سلول مورد نظر ارائه گردد، شارژ هدايت شده (از طريق Ground ) و با توجه به سيستم باينری ( صفر و يک )، سلول يک خوانده می شود ( مقدار آن 1 خواهد بود) در صورتيکه مقدار سلول صفر باشد در محل برخورد سطر و ستون ديودی وجود نداشته و شارژ در ستون ، به سطر مورد نظر منتقل نخواهد شد.