بخش نقش سیستمعامل در معماری کامپیوتر
اهداف یادگیری
- آشنایی با معماری کلی کامپیوتر و اجزای اصلی آن
- درک جایگاه سیستمعامل در سلسله مراتب نرمافزاری و سختافزاری
- شناخت نقش سیستمعامل به عنوان رابط بین کاربر و سختافزار
- آشنایی با نحوه تعامل سیستمعامل با منابع سختافزاری مانند CPU، حافظه و دستگاههای ورودی/خروجی
برای درک بهتر نقش سیستمعامل، ابتدا لازم است با معماری کلی کامپیوتر آشنا شویم. یک کامپیوتر از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
- سختافزار (Hardware): شامل اجزای فیزیکی کامپیوتر مانند CPU، حافظه، هارد دیسک، صفحه کلید و ...
- نرمافزار (Software): شامل مجموعهای از دستورالعملها است که به سختافزار میگوید چه کاری انجام دهد.
سیستمعامل: پلی بین سختافزار و نرمافزارهای کاربردی
سیستمعامل به عنوان یک نرمافزار سیستمی، وظیفه مدیریت و کنترل منابع سختافزاری را بر عهده دارد و بستری را فراهم میکند تا نرمافزارهای کاربردی بتوانند به راحتی از این منابع استفاده کنند. به عبارت دیگر، سیستمعامل مانند پلی بین سختافزار و نرمافزارهای کاربردی عمل میکند.
تصویر بالا جایگاه سیستمعامل را در معماری کامپیوتر نشان میدهد.
وظایف اصلی سیستمعامل:
- مدیریت فرآیندها (Process Management)
- مدیریت حافظه (Memory Management)
- مدیریت فایل سیستم (File System Management)
- مدیریت دستگاههای ورودی/خروجی (I/O Management)
- مدیریت امنیت (Security Management)
مثال کاربردی
اجرای یک برنامه ویرایش متن مانند Microsoft Word
زمانی که شما Microsoft Word را اجرا میکنید، سیستمعامل وظایف زیر را انجام میدهد:
- اختصاص فضای کافی از حافظه به برنامه Word
- بارگذاری کد برنامه از هارد دیسک به حافظه
- ایجاد یک فرآیند جدید برای اجرای برنامه
- مدیریت ارتباط بین برنامه Word و دستگاههای ورودی مانند صفحه کلید و ماوس
- مدیریت ارتباط بین برنامه Word و دستگاههای خروجی مانند مانیتور و چاپگر
نکات کاربردی و مشاورهای
- برای درک عمیقتر نقش سیستمعامل، میتوانید به مطالعه جزئیات مربوط به هر یک از وظایف اصلی آن بپردازید.
- با بررسی معماری سیستمعاملهای مختلف مانند Windows، Linux و macOS، میتوانید درک بهتری از نحوه پیادهسازی این وظایف در عمل به دست آورید.
1. کدام وظیفه اصلی سیستمعامل در مدیریت منابع سختافزاری است؟
- A) اجرای برنامههای کاربردی
- B) تخصیص و مدیریت منابع
- C) طراحی رابط کاربری
- D) ذخیرهسازی دادهها
پاسخ صحیح: B
توضیح: سیستمعامل با مدیریت منابعی مانند CPU، حافظه و دستگاههای ورودی/خروجی، کارایی سیستم را بهینه میکند.
توضیح: سیستمعامل با مدیریت منابعی مانند CPU، حافظه و دستگاههای ورودی/خروجی، کارایی سیستم را بهینه میکند.
2. کدام لایه سیستمعامل مستقیماً با سختافزار ارتباط برقرار میکند؟
- A) هسته (Kernel)
- B) Shell
- C) رابط کاربری گرافیکی
- D) کتابخانههای سیستم
پاسخ صحیح: A
توضیح: هسته سیستمعامل مسئول مدیریت مستقیم منابع سختافزاری و انجام عملیات سطح پایین است.
توضیح: هسته سیستمعامل مسئول مدیریت مستقیم منابع سختافزاری و انجام عملیات سطح پایین است.
3. کدام الگوریتم برای زمانبندی CPU در سیستمعامل کارایی بهتری دارد؟
- A) First-Come, First-Served (FCFS)
- B) Round Robin
- C) Shortest Job Next (SJN)
- D) Priority Scheduling
پاسخ صحیح: C
توضیح: الگوریتم SJN با اولویت دادن به پردازههای کوتاهتر، زمان انتظار متوسط را کاهش میدهد.
توضیح: الگوریتم SJN با اولویت دادن به پردازههای کوتاهتر، زمان انتظار متوسط را کاهش میدهد.
4. هدف اصلی سیستمعامل در مدیریت حافظه چیست؟
- A) جلوگیری از دسترسی غیرمجاز
- B) تخصیص بهینه فضای حافظه
- C) افزایش سرعت پردازنده
- D) رمزگذاری دادهها
پاسخ صحیح: B
توضیح: سیستمعامل با تکنیکهایی مانند صفحهبندی و قطعهبندی، استفاده بهینه از حافظه فیزیکی را ممکن میسازد.
توضیح: سیستمعامل با تکنیکهایی مانند صفحهبندی و قطعهبندی، استفاده بهینه از حافظه فیزیکی را ممکن میسازد.
5. کدام مفهوم در سیستمعامل باعث ایزوله شدن پردازهها میشود؟
- A) چندبرنامهنویسی
- B) حفاظت حافظه
- C) زمانبندی
- D) وقفهها
پاسخ صحیح: B
توضیح: مکانیسم حفاظت حافظه از تداخل پردازهها در دسترسی به حافظه یکدیگر جلوگیری میکند.
توضیح: مکانیسم حفاظت حافظه از تداخل پردازهها در دسترسی به حافظه یکدیگر جلوگیری میکند.