سیستم‌عامل یا سامانهٔ عامل نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم‌افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند. سیستم‌عامل جزء ضروری‌ترین نرم‌افزارهای یک سیستم کامپیوتری است. سیستم‌عامل خدماتی به برنامه‌های کاربردی و کاربر ارائه می‌دهد. برنامه‌های کاربردی یا از طریق واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی[یادداشت ۱] و یا از طرق فراخوانی‌های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط‌ها، برنامه‌های کاربردی می‌توانند سرویسی را از سیستم‌عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم‌افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر با سیستم‌عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم‌عامل در نظر گرفته می‌شود. در سیستم‌های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس و سیستم‌های شبیه یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم‌عامل اجرا می‌شود پیاده‌سازی می‌شود. نمونه‌هایی از محبوب‌ترین سیستم‌عامل‌های نوین شامل: اندروید، بی‌اس‌دی، آی‌اواس، لینوکس، اواس ده، کیوان‌اکس، مایکروسافت ویندوز، ویندوز فون و زد/اواس می‌باشند.

انواع سیستم‌عامل

سیستم‌های بی‌درنگ

سیستم‌های بی‌درنگ یا زمان واقعی یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای است که معمولاً بعنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد. سیستم‌های کنترل آزمایش‌های علمی، تصویربرداری پزشکی، کنترل صنعتی و برخی از سیستم‌های نمایش از این دسته‌اند. هدف اصلی استفاده از سیستم‌های بی‌درنگ واکنش سریع و تضمین شده در برابر یک رویداد خارجی می‌باشد. در سیستم‌های بی‌درنگ معمولاً وسایل ذخیره‌سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم‌عامل‌های پیشرفته نیز در این سیستم‌ها وجود ندارند چرا که سیستم‌عامل کاربر را از سخت‌افزار جدا می‌کند و این جداسازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخ‌گویی می‌شود. سیستم‌هایی که در آن مهلت زمانی[یادداشت ۲] باید پاسخ داده شود را بی‌درنگ سخت و سیستم‌هایی که مهلت زمانی را پشتیبانی نمی‌کنند بی‌درنگ نرم می‌نامند. از کاربرد سیستم‌های بی‌درنگ سخت می‌توان به کنترل موتور یک خودرو (پاسخ با تأخیر می‌تواند نتایج فاجعه‌باری را به همراه داشته باشد) و در سیستم‌های بی‌درنگ نرم می‌توان به اسکن بارکد در پایانه فروشگاه (با اینکه سرعت پاسخ‌دهی باید سریع باشد اما به حادّی سیستم‌های سخت نمی‌باشد) اشاره کرد

سیستم‌های چند کاربره

سیستم‌های چند کاربره اجازه می‌دهند تا کاربران متعدد بصورت همزمان به یک سیستم کامپیوتری دسترسی داشته باشند. سیستم‌های اشتراک زمانی و کارساز وب را می‌توان بعنوان سیستم‌های چند کاربره طبقه‌بندی کرد. در سیستم‌های اشتراک زمانی تنها یک پردازنده قرار دارد که توسط مکانیزم‌های زمانبندی بین برنامه‌های مختلف کاربرها با سرعت زیاد سوئیچ می‌شود و بنابراین هر کاربر تصور می‌کند کل رایانه در اختیار اوست

سیستم‌عامل تک پردازنده

این نوع سیستم‌عامل‌ها، سیستم‌عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند. از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم‌عامل شبکه‌ای

سیستم عاملهایی مثل ناول نت که بیشترین استفاده و امکانات این سیستم عامل برای شبکه می‌باشد.

سیستم‌عامل توزیع شده

این سیستم‌عامل‌ها خود را مانند سیستم‌عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر برمی‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

دلایل ایجاد سیستم‌عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم‌عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید؛ که با توجه به نسخه‌های جدید سیستم عامل‌ها که به دلیل بهره‌مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده‌است. در حقیقت سیستم‌عامل واسط بین سخت‌افزار رایانه و کاربر می‌باشد.

وظایف سیستم‌عامل

سیستم‌عامل دو کار عمده انجام می‌دهد:

به طور کلی، وظایف سیستم‌عامل شامل موارد زیر است:

سیستم‌عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بیشتر بین سیستم‌عامل‌های مایکروسافت ویندوز، اپل مک اواس و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه ژوییه ۲۰۱۱ توسط وب‌گاه W3Schools به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون بیش از ۸۰ درصد کاربران اینترنت از سیستم‌عامل ویندوز استفاده می‌کنند.

آمار موجود که مربوط به اوت ۲۰۱۰ می‌باشد به شرح زیر است:

از سیستم‌عامل‌های مشهور کامپیوترهای شخصی می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

همچنین از سیستم‌عامل‌های موجود روی گوشی‌های تلفن همراه نسل جدید می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

تاریخچه سیستم عامل

در آغاز

اولین کامپیوترها فاقد سیستم‌عامل بودند. در اوایل سال ۱۹۶۴ فروشندگان کامپیوترهای تجاری ابزار کاملاً گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال رایانه تولید شده توسط UNI VAC.

در ابتدا سیستم‌عامل روی مین فریم‌ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم‌عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم‌ها و در ۱۹۶۰ عرضه شد. ابتدا کامپیوترها بسیار بزرگ و جاگیر بودند اما امروزه در کف یک دست جا می‌گیرند.

مین فریم‌ها

میکرو کامپیوترها 

میکروکامپیوترهای اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم‌عامل پیچیده که روی مین فریم‌ها توسعه یافته بود نداشتند.

سيستم عامل

 سيستم عامل بدون شک مهمترين  نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير  و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. 
تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا"  اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود  و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد. 
برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است .  صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

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، حافطه 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 صورتی که 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 سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم 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 های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

سیستم عامل چیست ؟

 سیستم عامل بدون شك مهمترین  نرم افزار در كامپیوتر است . پس از روشن كردن كامپیوتر اولین نرم افزاری كه مشاهده می گردد سیستم عامل بوده و آخرین نرم افزاری كه  قبل از خاموش كردن كامپیوتر مشاهده خواهد شد، نیز سیستم عامل است . سیستم عامل نرم افزاری است كه امكان اجرای تمامی برنامه های كامپیوتری را فراهم می آورد. سیستم عامل با سازماندهی ، مدیریت و كنترل منابع  سخت افزاری امكان استفاده بهینه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سیتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسیر  و در این راستا امكانات متعدد و ضروری جهت حیات سایر برنامه های كامپیوتری را فراهم می آورد.

تمام كامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمی كنند. مثلا"  اجاق های مایكرویو كه در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از كامپیوتر بوده كه از سیستم عامل استفاده نمیكنند. 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 كلید و نمایشگرهایLCD ، در اختیار سیستم گذاشته می گردند. ماهیت عملیات انجام شده در یك اجاق گاز مایكروویو بسیار محدود  و مختصر است، بنابراین همواره یك برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد.

برای سیستم های كامپیوتری كه دارای عملكردی بمراتب پیچیده تر از اجاق گاز مایكروویو می باشند، بهخدمت گرفتن یك سیستم عامل باعث افزایش كارآئی سیستم و تسهیل در امر پیاده سازی برنامه های كامپیوتری می گردد. تمام كامپیوترهای شخصی دارای سیستم عامل می باشند.
یكی از متداولترین سیستم های عامل ویندوز است . یونیكس یكی دیگر از سیستم های عامل مهم در این زمینه است .  صدها نوع سیستم عامل تاكنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سیستم های عامل مختص كامپیوترهای بزرگ، سیستم های روبوتیك، سیستم های كنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در این زمینه می باشند.

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

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

- روشی پایدار و یكسان برای دستیابی و استفاده  از سخت افزار را بدو ن نیاز از جزئیات عملكرد هر یك از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های كامپیوتری فراهم می نماید

اولین وظیفه یك 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 شركت خواهند كرد.  سیستم های عامل بعنوان یك مدیر عادل و مطمئن زمینه استفاده بهینه از منابع موجود را برای هر یك از برنامه های كامپیوتری فراهم می نمایند.

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

سیستم های عامل را از بعد نوع كامپیوترهائی كه قادر به كنترل آنها بوده و نوع برنامه های كاربردی كه 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 كنترل  ماشین آلات صنعتی ، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یك سیستم عامل بلادرنگ دارای امكانات محدود در رابطه با بخش رابط كاربر و برنامه های كاربردی مختص كاربران می باشند.  یكی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل ، مدیریت منابع موجود كامپیوتری بگونه ای است كه یك عملیات خاص در زمانی كه می بایست ، اجراء خواهند شد.

-تك كاربره - تك كاره. همانگونه كه از عنوان این نوع سیستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند كه قادر به مدیریت كامپیوتر بصورتی باشند كه یك كاربر در هر لحظه قادر به انجام یك كار باشد. سیستم عاملPalm OS برای كامپیوترهایPDA نمونه ای مناسب از یك سیستم عامل مدرن تك كاربره و تك كاره است .

-تك كاربره - چندكاره. اكثر سیستم های عامل استفاده شده در كامپیوترهای شخصی از این نوع می باشند. ویندوز 98 وMacOS  نمونه هائی در این زمینه بوده كه امكان اجرای چندین برنامه بطور همزمان را برای یك كاربر فراهم می نمایند. مثلا" یك كاربر ویندوز 98 قادر به تایپ یك نامه با استفاده از یك واژه پرداز بوده و در همان زمان اقدام به دریافت یك فایل از اینترنت نموده و در همان وضعیت محتویات نامه الكترونیكی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال كرده باشد.

-چندكاربره. یك سیستم عامل چند كاربره ، امكان استفاده همزمان چندین كاربر از منابع موجود كامپیوتر را فراهم می آورند. منابع مورد نیاز هر یك از كاربران می بایست توسط سیستم عامل بهدرستی مدیریت تا  در صورت بروز اشكال در منابع تخصیص یافته به یك كاربر، بر روند استفاده سایر كاربران از منابع مورد نظر اختلالی ایجاد نگردد. یونیكس،VMS و سیستم های عامل كامپیوترهای بزرگ نظیرMVS نمونه هائی از سیستم های عامل چندكاربره می باشند.

در اینجا لازم است كه به تفاوت های موجود  سیستم های عامل " چند كاربر " و " تك كاربر"  در رابطه با امكانات شبكه ای اشاره گردد.  ویندوز 2000 و ناول قادر به حمایت از صدها و هزاران كاربر شبكه می باشند این نوع سیستم های عامل بعنوان سیستم عامل چند كاربره 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 كامپیوتر، لولین برنامه ای كه اجراء می گردد ، مجموعه دستوراتی می باشند كه در حافظهROM ذخیره و مسئول بررسی صحت عملكرد امكانات سخت افزاری موجود می باشند. برنامه فوق (POST) ، پردازنده ، حافظه و سایر عناصر سخت افزاری را بررسی خواهد كرد . پس از بررسی موفقیت آمیز برنامهPOST ، در ادامه درایوهای ( هارد ، فلاپی ) سیستم فعال خواهند شد. در اكثر كامپیوترها  ، پس از فعال شدن هارد دیسك ، اولین بخش سیستم عامل با نامBootstrap Loader فعال خواهد شد. برنامه فوق صرفا" دارای یك وظیفه اساسی است : انتقال ( استقرار ) سیستم عامل در حافظه اصلی و امكان اجرای آن . برنامه فوق عملیات متفاوتی را بمنظور استفرار سیستم عامل در حافظه انجام خواهد داد.

سیستم عامل دارای وظایف زیر است :

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

مدیریت پردازنده

مدیریت پردازنده دو وظیفه مهم اولیه زیر را دارد :

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

سیستم عامل با كنترل و زمانبندی مناسب پردازه ها زمینه استفاده از پردازنده را برای آنان ، فراهم  می نماید. در سیستم های " تك - كاره " ، سیستم زمانبندی بسیار روشن و مشخص است . در چنین مواردی،  سیستم عامل امكان اجرای برنامه را فراهم و صرفا" در زمانیكه كاربر 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 كننده وقفه درخواست برقراری یك ارتباط زنده با پردازنده برای اخذ سرویس  یا سایر مسائل بوجود آمده ، را می نمایند. در برخی حالات سیستم عامل پردازه ها  را با یك اولویت خاص زمانبندی می نماید . در چنین حالتی هر یك 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 تكمیل 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 ممكن عملیات و فعالیت جاری پردازنده به اتمام خواهد رسید. برخی از وقفه ها با توجه به اهمیت خود ( نظیر بروز اشكال 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 یك 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 زمانیكه پردازنده درگیر یك پردازه است ، ممكن است وقفه هائی از منابع متفاوت نرم افزاری  یا سخت افزاری محقق گردد. در چنین وضعیتی با توجه به اهمیت و جایگاه یك 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 " تك - كاره " ، 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 - كاره " عملیات بمراتب پیچیده تر خواهد بود. در چنین مواردی می بایست این اعتقاد بوجود آید كه چندین فعالیت بطور همزمان در حال انجام است . عملا" پردازنده در هر لحظه قادر به انجام یك فعالیت است و بدیهی است رسیدن به مرز اعتقادی فوق ( چندین فعالیت بطور همزمان ) مستلزم یك مدیریت قوی و طی مراحل پیچیده ای خواهد بود.  در چنین حالتی لازم است كه پردازنده در مدت زمان یك ثانیه هزاران مرتبه از یك پردازه به پردازه ه دیگر سوئیچ  تا امكان استفاده چندین پردازه از پردازنده را فراهم نماید . در ادامه نحوه انجام عملیات فوق ، تشریح می گردد :

·      پس از استفرار بیش از یك پردازه در حافظه ، پردازنده بر اساس یك زمانبندی خاص ، فرصت اجراء را به یكی از پردازه ها خو

سيسم های عامل در ابتدا می بايست محدوده های حافظه مورد نياز هر نوع نرم افزار و برنامه های خاص را فراهم نمايند. مثلا" فرض کنيد سيستمی دارای يک مگابايت حافظه اصلی باشد . سيستم عامل کامپيوتر فرضی ، نيازمند 300 کيلو بايت حافظه است . سيستم عامل در بخش انتهائی حافظه مستقر و بهمراه خود درايورهای مورد نياز یه منظور کنترل سخت افزار را نيز مستقر خواهد کرد. درايورهای مورد نظر به 200 کيلو بايت حافظه نياز خواهند داشت . بنابراين پس از استقرار سيستم عامل بطور کامل در حافظه ، 500 کيلو بايت حافظه باقيمانده و از آن برای پردازش برنامه های کاربردی استفاده خواهد شد. زمانيکه برنامه های کاربردی در حافظه مستقر می گردند ، سازماندهی آنها در حافظ بر اساس بلاک هائی خواهد بود که اندازه آنها توسط سيستم عامل مشخص خواهد شد. در صورتی که اندازه هر بلاک 2 کيلوبايت باشد ، هر يک از برنامه های کاربردی که در حافظه مستقر می گردنند ، تعداد زيادی  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 يا هشت بايت ايجاد خواهند شد. بلاک ها و محدو ده های فوق اين اطمينان را بوجود خواهند آورد که برنامه ها در محدوده های متداخل مستقر نخواهند شد.  پس از پر شدن فضای 500 کيلوبايت اختصاصی برای برنامه های کاربردی ، وضعيت سيستم به چه صورت تبديل خواهد گرديد؟

در اغلب کامپيوترها ، می توان ظرفيت حافظه را ارتقاء و افزايش داد. مثلا" می توان ميزان حافظه RAM موجود را از يک مگابايت به دو مگابايت ارتقاء داد. روش فوق يک راهکار فيزيکی برای افزايش حافظه بوده که در برخی موارد دارای چالش های خاص خود می باشد. در اين زمينه می بايست راهکارهای ديگر نيز مورد بررسی قرار گيرند. اغلب اطلاعات ذخيره شده توسط برنامه ها در حافظه ، در تمام لحظات مورد نياز نخواهد نبود. پردازنده در هر لحظه قادر به دستيابی به يک محل خاص از حافظه است . بنابراين اکثر حجم حافظه در اغلب اوقات  غير فابل استفاده است . از طرف ديگر با توجه به اينکه فضای ذخيره سازی حافظه ها ی جانبی نظير ديسک ها بمراتب ارزانتر نسبت به حافظه اصلی است ، می توان با استفاده از مکانيزمهائی اطلاعات موجود در حافظه اصلی را  خارج و آنها را موقتا"  بر روی هارد ديسک  ذخيره نمود.  بدين ترتيب فضای حافظه اصلی آزاد و در زمانيکه به اطلاعات ذخيره شده بر روی هارد ديسک نياز باشد ، مجددا" آنها را  در حافظه مستقر کرد. روش فوق " مديريتحافظه مجازی " ناميده می شود. 

حافطه های  ذخيره سازی ديسکی ، يکی از انواع متفاوت حافظه موجود بوده که می بايست توسط سيستم عامل مديريت گردد. حافطه های با سرعت بالای Cache ، حافظه اصلی و حافظه های جانبی نمونه های ديگر از حافظه  بوده که  توسط سيستم عامل مديريت گردند.

مديريت دستگاهها 
دستيابی سيستم عامل به  سخت افزارهای موجود از طريقه برنامه های خاصی با نام "درايور" انجام می گيرد. درايور مسئوليت ترجمه بين سيگنال های الکترونيکی زير سيستم های سخت افزاری و زبانهای برنامه نويسی سطح بالا و سيستم عامل و برنامه های کاربردی را برعهده خواهد داشت . مثلا" درايورها اطلاعاتی را که سيستم عامل بصورت يک فايل تعريف و در نظر می گيرد را اخذ و آنها را به مجموعه ای از بيت ها برای ذخيره سازی بر روی حافظه های حانبی و يا مجموعه ای از پالس ها برای ارسال بر روی چاپگر ، ترجمه خواهد کرد.

با توجه به ماهيت عملکرد عناصر سخت افزاری و وجود تنوع در اين زمينه ، درايورهای مربوطه نيز دارای روش های متعدد یه منظور انجام وظايف خود می باشند. اکثر درايورها در زمانيکه به خدمات دستگاه مورد نظر نياز باشد ، استفاده شده و دارای پردازش های يکسانی در زمينه سرويس دهی خواهند بود. سيستم عامل بلاک های با اولويت بالا را به درايورها اختصاص داده تا از اين طريق منابع سخت افزاری قادر به آزادسازی سريع یه منظور استفاده  در آينده باشند.

يکی از دلايلی که درايورها از سيستم عامل تفکيک شده اند ، ضرورت افزودن عمليات و خواسته ای حديد برای درايورها است . در چنين حالتی ضرورتی بر اصلاح و يا تغيير سيستم عامل نبوده و با اعمال تغييرات لازم در درايورها می توان همچنان از قابليت های آنها در کنار سيستم عامل موجود استفاده کرد.

مديريت عمليات ورودی و خروجی در کامپيوتر مستلزم استفاده و مديريت " صف ها " و " بافرها " است .  بافر ، مکان های خاصی برای ذخيره سازی اطلاعات بصورت مجموعه ای از بيت ها ی ارسالی توسط دستگاهها ( نظير صفحه کليد و يا يک پورت سريال ) و نگهداری اطلاعات فوق و ارسال آنها برای پردازنده در زمان مورد نظر و خواسته شده است .  عمليات فوق در موارديکه چندين پردازنده در وضعيت اجراء بوده و زمان پردازنده را بخود اختصاص داده اند ، بسيار حائز اهميت است . سيستم عامل با استفاده از يک بافر قادر به دريافت اطلاعات ارسالی توسط دستگاه مورد نظر است . ارسال اطلاعات ذخيره شده برای پردازنده پس از غير فعال شدن پردازه مربوطه ، متوقف خواهد شد. در صورتی که مجددا" پردازه به اطلاعات ورودی نياز داشته باشد ، دستگاه فعال و سيستم عامل دستوراتی را صادر  تا بافر اطلاعات مربوطه را ارسال دارد. فرآيند فوق اين امکان را به صفحه کليد يا مودم خواهد داد تا با سرعت مناسب خدمات خود را همچنان ادامه دهند ( ولواينکه پردازنده در آن زمان خاص مشغول باشد).

مديريت تمام منابع موجود در يک سيستم کامپيوتری ، يکی از مهمترين و گسترده ترين وظايف يک سيستم عامل است .

ارتباط سيستم با دنيای خارج

اينترفيس برنامه ها 
سيستم عامل در رابطه با اجرای برنامه های کامپيوتری خدمات فراوانی را ارائه می نمايد. برنامه نويسان و پياده کنندگان نرم افزار می توانند از امکانات فراهم شده توسط سيستم های عامل استفاده و بدون اينکه نگران و يا درگير جزئيات عمليات در سيستم باشند ، از خدمات مربوطه استفاده نمايند. برنامه نويسان با استفاده از  API)Application program interface) ، قادر به استفاده از خدمات ارائه شده توسط سيستم های عامل در رابطه با طراحی و پياده سازی نرم افزار می باشند. در ادامه یه منظور بررسی جايگاه API به بررسی مثالی پرداخته خواهد شد که هدف ايجاد يک فايل بر روی هارد ديسک برای ذخيره سازی اطلاعات است .

برنامه نويسی ، برنامه ای را نوشته که بکمک آن قادر به ذخيره سازی داده های ارسالی توسط يک دستگاه کنترل علمی است . سيستم عامل يک تابع  API با نام MakeFile را یه منظور ايجاد فايل در اختيار برنامه نويس قرار می دهد.  برنامه نويس در زمان نوشتن برنامه از دستوری مشابه زير استفاده می نمايد :

 MakeFile [1,%Name,2]

 دستورالعمل فوق به سيستم عامل خواهد گفت که فايلی را ايجاد که شيوه دستيابی به داده های آن بصورت تصادفی ( عدد يک بعنوان اولين پارامتر ) ، دارای نام مشخص شده توسط کاربر (Name%) و دارای طولی متغير است . ( عدد 2 ، بعنوان سومين پارامتر) سيستم عامل دستور فوق را بصورت زير انجام خواهد داد :

در چنين حالتی برنامه نويس از تابع فوق برای ايجاد و ذخيره سازی فايل استفاده نموده و ضرورتی بر نوشتن کدها ، نوع داده ها و کدهای پاسخ برای هر نوع هارد ديسک نخواهد بود. سيستم عامل از امکانات درايورها استفاده و درايورها مسئول برقراری ارتباط با منابع سخت افزاری خواهند بود. در چنين حالتی برنامه نويس بسادگی از تابع مورد نظر استفاده و ادامه عمليات توسط سيستم عامل انجام خواهد شد. امکانات ارائه شده توسط سيستم های عامل در قالب مجموعه ای از توابع و امکانات API يکی از موارد بسيار مهم استفاده از سيستم عامل از ديدگاه طراحان و پياده کنندگان نرم افزار است .

اينترفيس کاربر 
API يک روش يکسان برای برنامه های کامپيوتری یه منظور استفاده از منابع موجود در يک سيستم کامپيوتری را فراهم می نمايد. بخش رابط کاربر (UI) ، يک ساختار مناسب ارتباطی بين کاربر و کامپيوتر را فراهم می آورد.  اکثر سيستم های عامل از رابط های گرافيکی در اين زمينه استفاده می نمايند. بخش رابط کاربر هر سيستم عامل شامل يک و يا مجموعه ای از برنامه های کامپيوتری است که بصورت يک لايه در بالاترين سطح يک سيستم عامل و در ارتباط با کاربر مستقر می گردند. برخی از سيستم های عامل از رابط های گرافيکی ( نظير ويندوز ) و برخی ديگر از رابط های مبتنی بر متن ( نظير سيستم عامل DOS ) استفاده می نمايند.

سیستم عامل چیست ؟

در فرهنگ رایانه سیستم عامل (به انگلیسی: Operating System) اساسی‌ترین برنامه سیستمی است که مدیریت کلیه منابع سیستم را به عهده گرفته و بستری را فراهم می سازد که برنامه‌های کاربردی می‌توانند بر روی آن اجرا شوند.

دلایل ایجاد سیستم عامل:
یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده ، مقداری حافظه اصلی ، دیسک ها ، چاپگر ها ، صفحه کلید ، صفحه نمایش ، واسط های شبکه ای و دیگر دستگاه های ورودی و خروجی تشکیل شده است . این اجزا در کنار یکدیگر یک سیستم پیچیده را به وجود آورده اند . نوشتن برنامه هایی که تمامی این عناصر را مدیریت کرده و از آنها به طور صحیح ، بهینه و کارآمد استفاده نماید ، کار بسیار مشکلی است . اگر هر برنامه نویس مجبور باشد با مفاهیمی نظیر نحوه کار دستگاه های ورودی خروجی گوناگون آشنا باشد ، بسیاری از برنامه ها هرگز نوشته نخواهد شد . به همین دلیل ، از سالها قبل به وضوح مشخص بود که باید روش هایی یافت که برنامه نویسان را از پیچیدگی های سخت افزار دور نگه دارد . تلاش های گسترده ، منجر به ایجاد یک لایه نرم افزاری روی سخت افزار شد که همه اجزای سیستم را کنترل نموده و کار برنامه نویسان را راحت تر کند . به این لایه نرم افزاری سیستم عامل می گویند.

وظایف سیستم عامل:
سیستم عامل دو کار عمده انجام می‌دهد :
در نگرش پایین به بالا ، منابع منطقی ( مانند فایل ها ) و منابع فیزیکی ( مانند دستگاه های سخت افزاری ) رایانه را مدیریت و کنترل می‌کند .
در نگرش بالا به پایین ، وظیفه سیستم عامل این است که یک ماشین توسعه یافته ( Extended Machine ) یا ماشین مجازی ( Virtual Machine ) را به کاربران ارائه کند تا آنها بتوانند آسان تر برنامه نویسی نمایند و درگیر پیچیدگی های سخت افزاری رایانه نشوند .

به طور کلی ، وظایف سیستم عامل شامل موارد زیر است :
* استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
* تخصیص و آزاد سازی منابع
* اداره صف ها و زمان بندی استفاده از منابع
* حساب داری ( Accounting ) میزان استفاده از منابع
* ایجاد امنیت ( security )
* ایجاد ، حذف و اداره فرایند ها
* ایجاد مکانیسم های ارتباط بین فرایند ها و همگام سازی آنها
* مدیریت فایل ها و پوشه ها
* مدیریت حافظه های اصلی و جانبی
* برقراری امکان دسترسی چندتایی ( Multiaccess ) و اجرای هم روند ( Concurrent ) فرایند ها
* به اشتراک گذاری منابع ( Resource Sharing )
* تعیین راهکار هایی برای اداره بن بست ( deadlock ) ها
* جلوگیری از شرایط رقابتی ( Race Condition ) و تداخل یا در هم قفل شدن ( Interlock ) فرایند ها
* جلوگیری از گرسنگی ( Starvation )

سیستم عامل های فعلی:
امروزه پرمصرف ترین سیستم عامل جهان ، ویندوز است که بر روی بیشتر رایانه‌های شخصی نصب شده ‌است.
نام چند ‌سیستم عامل معروف ج

سیستم‌های بی‌درنگ یا زمان واقعی یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای است که معمولاً بعنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد. سیستم‌های کنترل آزمایش‌های علمی، تصویربرداری پزشکی، کنترل صنعتی و برخی از سیستم‌های نمایش از این دسته‌اند. هدف اصلی استفاده از سیستم‌های بی‌درنگ واکنش سریع و تضمین شده در برابر یک رویداد خارجی می‌باشد. در سیستم‌های بی‌درنگ معمولاً وسایل ذخیره‌سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم‌عامل‌های پیشرفته نیز در این سیستم‌ها وجود ندارند چرا که سیستم‌عامل کاربر را از سخت‌افزار جدا می‌کند و این جداسازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخ‌گویی می‌شود. سیستم‌هایی که در آن مهلت زمانی[یادداشت ۲] باید پاسخ داده شود را بی‌درنگ سخت و سیستم‌هایی که مهلت زمانی را پشتیبانی نمی‌کنند بی‌درنگ نرم می‌نامند. از کاربرد سیستم‌های بی‌درنگ سخت می‌توان به کنترل موتور یک خودرو (پاسخ با تأخیر می‌تواند نتایج فاجعه‌باری را به همراه داشته باشد) و در سیستم‌های بی‌درنگ نرم می‌توان به اسکن بارکد در پایانه فروشگاه (با اینکه سرعت پاسخ‌دهی باید سریع باشد اما به حادّی سیستم‌های سخت نمی‌باشد) اشاره کرد

سیستم‌های چند کاربره

سیستم‌های چند کاربره اجازه می‌دهند تا کاربران متعدد بصورت همزمان به یک سیستم کامپیوتری دسترسی داشته باشند. سیستم‌های اشتراک زمانی و کارساز وب را می‌توان بعنوان سیستم‌های چند کاربره طبقه‌بندی کرد. در سیستم‌های اشتراک زمانی تنها یک پردازنده قرار دارد که توسط مکانیزم‌های زمانبندی بین برنامه‌های مختلف کاربرها با سرعت زیاد سوئیچ می‌شود و بنابراین هر کاربر تصور می‌کند کل رایانه در اختیار اوست

سیستم‌عامل تک پردازنده

این نوع سیستم‌عامل‌ها، سیستم‌عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند. از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم‌عامل شبکه‌ای

سیستم عاملهایی مثل ناول نت که بیشترین استفاده و امکانات این سیستم عامل برای شبکه می‌باشد.

سیستم‌عامل توزیع شده

این سیستم‌عامل‌ها خود را مانند سیستم‌عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر برمی‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

دلایل ایجاد سیستم‌عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم‌عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید؛ که با توجه به نسخه‌های جدید سیستم عامل‌ها که به دلیل بهره‌مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده‌است. در حقیقت سیستم‌عامل واسط بین سخت‌افزار رایانه و کاربر می‌باشد.

وظایف سیستم‌عامل

سیستم‌عامل دو کار عمده انجام می‌دهد:

به طور کلی، وظایف سیستم‌عامل شامل موارد زیر است:

سیستم‌عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بیشتر بین سیستم‌عامل‌های مایکروسافت ویندوز، اپل مک اواس و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه ژوییه ۲۰۱۱ توسط وب‌گاه W3Schools به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون بیش از ۸۰ درصد کاربران اینترنت از سیستم‌عامل ویندوز استفاده می‌کنند.

آمار موجود که مربوط به اوت ۲۰۱۰ می‌باشد به شرح زیر است:

از سیستم‌عامل‌های مشهور کامپیوترهای شخصی می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

همچنین از سیستم‌عامل‌های موجود روی گوشی‌های تلفن همراه نسل جدید می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

تاریخچه سیستم عامل

در آغاز

اولین کامپیوترها فاقد سیستم‌عامل بودند. در اوایل سال ۱۹۶۴ فروشندگان کامپیوترهای تجاری ابزار کاملاً گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال رایانه تولید شده توسط UNI VAC.

در ابتدا سیستم‌عامل روی مین فریم‌ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم‌عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم‌ها و در ۱۹۶۰ عرضه شد. ابتدا کامپیوترها بسیار بزرگ و جاگیر بودند اما امروزه در کف یک دست جا می‌گیرند.

مین فریم‌ها

میکرو کامپیوترها 

میکروکامپیوترهای اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم‌عامل پیچیده که روی مین فریم‌ها توسعه یافته بود نداشتند.

سيستم عامل

 سيستم عامل بدون شک مهمترين  نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير  و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. 
تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا"  اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود  و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد. 
برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است .  صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

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، حافطه 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 صورتی که 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 سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم 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 های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

در اينجا لازم است که به تفاوت های موجود  سيستم های عامل " چند کاربر " و " تک کاربر"  در رابطه با امکانات شبکه ای اشاره گردد.  ويندوز 2000 و ناول قادر به حمايت از صدها و هزاران کاربر شبکه می باشند اين نوع سيستم های عامل بعنوان سيستم عامل چند کاربره واقعی در نظر گرفته  نمی شوند.

در ادامه با توجه به شناخت مناسب بوجود آمده در دررابطه با انواع سيستم های عامل به عمليات و وظايف سيستم عامل اشاره می گردد.

وظايف سيستم عامل 
پس از روشن نمودن کامپيوتر، لولين برنامه ای که اجراء می گردد ، مجموعه دستوراتی می باشند که در حافظه ROM ذخيره و مسئول بررسی صحت عملکرد امکانات سخت افزاری موجود می باشند. برنامه فوق (POST) ، پردازنده ، حافظه و ساير عناصر سخت افزاری را بررسی خواهد کرد . پس از بررسی موفقيت آميز برنامه POST ، در ادامه درايوهای ( هارد ، فلاپی ) سيستم فعال خواهند شد. در اکثر کامپيوترها  ، پس از فعال شدن هارد ديسک ، اولين بخش سيستم عامل با نام Bootstrap Loader فعال خواهد شد. برنامه فوق صرفا" دارای يک وظيفه اساسی است : انتقال ( استقرار ) سيستم عامل در حافظه اصلی و امکان اجرای آن . برنامه فوق عمليات متفاوتی را یه منظور استفرار سيستم عامل در حافظه انجام خواهد داد.

سيستم عامل دارای وظايف زير است :

سيسم های عامل در ابتدا می بايست محدوده های حافظه مورد نياز هر نوع نرم افزار و برنامه های خاص را فراهم نمايند. مثلا" فرض کنيد سيستمی دارای يک مگابايت حافظه اصلی باشد . سيستم عامل کامپيوتر فرضی ، نيازمند 300 کيلو بايت حافظه است . سيستم عامل در بخش انتهائی حافظه مستقر و بهمراه خود درايورهای مورد نياز یه منظور کنترل سخت افزار را نيز مستقر خواهد کرد. درايورهای مورد نظر به 200 کيلو بايت حافظه نياز خواهند داشت . بنابراين پس از استقرار سيستم عامل بطور کامل در حافظه ، 500 کيلو بايت حافظه باقيمانده و از آن برای پردازش برنامه های کاربردی استفاده خواهد شد. زمانيکه برنامه های کاربردی در حافظه مستقر می گردند ، سازماندهی آنها در حافظ بر اساس بلاک هائی خواهد بود که اندازه آنها توسط سيستم عامل مشخص خواهد شد. در صورتی که اندازه هر بلاک 2 کيلوبايت باشد ، هر يک از برنامه های کاربردی که در حافظه مستقر می گردنند ، تعداد زيادی  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 يا هشت بايت ايجاد خواهند شد. بلاک ها و محدو ده های فوق اين اطمينان را بوجود خواهند آورد که برنامه ها در محدوده های متداخل مستقر نخواهند شد.  پس از پر شدن فضای 500 کيلوبايت اختصاصی برای برنامه های کاربردی ، وضعيت سيستم به چه صورت تبديل خواهد گرديد؟

در اغلب کامپيوترها ، می توان ظرفيت حافظه را ارتقاء و افزايش داد. مثلا" می توان ميزان حافظه RAM موجود را از يک مگابايت به دو مگابايت ارتقاء داد. روش فوق يک راهکار فيزيکی برای افزايش حافظه بوده که در برخی موارد دارای چالش های خاص خود می باشد. در اين زمينه می بايست راهکارهای ديگر نيز مورد بررسی قرار گيرند. اغلب اطلاعات ذخيره شده توسط برنامه ها در حافظه ، در تمام لحظات مورد نياز نخواهد نبود. پردازنده در هر لحظه قادر به دستيابی به يک محل خاص از حافظه است . بنابراين اکثر حجم حافظه در اغلب اوقات  غير فابل استفاده است . از طرف ديگر با توجه به اينکه فضای ذخيره سازی حافظه ها ی جانبی نظير ديسک ها بمراتب ارزانتر نسبت به حافظه اصلی است ، می توان با استفاده از مکانيزمهائی اطلاعات موجود در حافظه اصلی را  خارج و آنها را موقتا"  بر روی هارد ديسک  ذخيره نمود.  بدين ترتيب فضای حافظه اصلی آزاد و در زمانيکه به اطلاعات ذخيره شده بر روی هارد ديسک نياز باشد ، مجددا" آنها را  در حافظه مستقر کرد. روش فوق " مديريتحافظه مجازی " ناميده می شود. 

حافطه های  ذخيره سازی ديسکی ، يکی از انواع متفاوت حافظه موجود بوده که می بايست توسط سيستم عامل مديريت گردد. حافطه های با سرعت بالای Cache ، حافظه اصلی و حافظه های جانبی نمونه های ديگر از حافظه  بوده که  توسط سيستم عامل مديريت گردند.

مديريت دستگاهها 
دستيابی سيستم عامل به  سخت افزارهای موجود از طريقه برنامه های خاصی با نام "درايور" انجام می گيرد. درايور مسئوليت ترجمه بين سيگنال های الکترونيکی زير سيستم های سخت افزاری و زبانهای برنامه نويسی سطح بالا و سيستم عامل و برنامه های کاربردی را برعهده خواهد داشت . مثلا" درايورها اطلاعاتی را که سيستم عامل بصورت يک فايل تعريف و در نظر می گيرد را اخذ و آنها را به مجموعه ای از بيت ها برای ذخيره سازی بر روی حافظه های حانبی و يا مجموعه ای از پالس ها برای ارسال بر روی چاپگر ، ترجمه خواهد کرد.

با توجه به ماهيت عملکرد عناصر سخت افزاری و وجود تنوع در اين زمينه ، درايورهای مربوطه نيز دارای روش های متعدد یه منظور انجام وظايف خود می باشند. اکثر درايورها در زمانيکه به خدمات دستگاه مورد نظر نياز باشد ، استفاده شده و دارای پردازش های يکسانی در زمينه سرويس دهی خواهند بود. سيستم عامل بلاک های با اولويت بالا را به درايورها اختصاص داده تا از اين طريق منابع سخت افزاری قادر به آزادسازی سريع یه منظور استفاده  در آينده باشند.

يکی از دلايلی که درايورها از سيستم عامل تفکيک شده اند ، ضرورت افزودن عمليات و خواسته ای حديد برای درايورها است . در چنين حالتی ضرورتی بر اصلاح و يا تغيير سيستم عامل نبوده و با اعمال تغييرات لازم در درايورها می توان همچنان از قابليت های آنها در کنار سيستم عامل موجود استفاده کرد.

مديريت عمليات ورودی و خروجی در کامپيوتر مستلزم استفاده و مديريت " صف ها " و " بافرها " است .  بافر ، مکان های خاصی برای ذخيره سازی اطلاعات بصورت مجموعه ای از بيت ها ی ارسالی توسط دستگاهها ( نظير صفحه کليد و يا يک پورت سريال ) و نگهداری اطلاعات فوق و ارسال آنها برای پردازنده در زمان مورد نظر و خواسته شده است .  عمليات فوق در موارديکه چندين پردازنده در وضعيت اجراء بوده و زمان پردازنده را بخود اختصاص داده اند ، بسيار حائز اهميت است . سيستم عامل با استفاده از يک بافر قادر به دريافت اطلاعات ارسالی توسط دستگاه مورد نظر است . ارسال اطلاعات ذخيره شده برای پردازنده پس از غير فعال شدن پردازه مربوطه ، متوقف خواهد شد. در صورتی که مجددا" پردازه به اطلاعات ورودی نياز داشته باشد ، دستگاه فعال و سيستم عامل دستوراتی را صادر  تا بافر اطلاعات مربوطه را ارسال دارد. فرآيند فوق اين امکان را به صفحه کليد يا مودم خواهد داد تا با سرعت مناسب خدمات خود را همچنان ادامه دهند ( ولواينکه پردازنده در آن زمان خاص مشغول باشد).

مديريت تمام منابع موجود در يک سيستم کامپيوتری ، يکی از مهمترين و گسترده ترين وظايف يک سيستم عامل است .

ارتباط سيستم با دنيای خارج

اينترفيس برنامه ها 
سيستم عامل در رابطه با اجرای برنامه های کامپيوتری خدمات فراوانی را ارائه می نمايد. برنامه نويسان و پياده کنندگان نرم افزار می توانند از امکانات فراهم شده توسط سيستم های عامل استفاده و بدون اينکه نگران و يا درگير جزئيات عمليات در سيستم باشند ، از خدمات مربوطه استفاده نمايند. برنامه نويسان با استفاده از  API)Application program interface) ، قادر به استفاده از خدمات ارائه شده توسط سيستم های عامل در رابطه با طراحی و پياده سازی نرم افزار می باشند. در ادامه یه منظور بررسی جايگاه API به بررسی مثالی پرداخته خواهد شد که هدف ايجاد يک فايل بر روی هارد ديسک برای ذخيره سازی اطلاعات است .

برنامه نويسی ، برنامه ای را نوشته که بکمک آن قادر به ذخيره سازی داده های ارسالی توسط يک دستگاه کنترل علمی است . سيستم عامل يک تابع  API با نام MakeFile را یه منظور ايجاد فايل در اختيار برنامه نويس قرار می دهد.  برنامه نويس در زمان نوشتن برنامه از دستوری مشابه زير استفاده می نمايد :

 MakeFile [1,%Name,2]

 دستورالعمل فوق به سيستم عامل خواهد گفت که فايلی را ايجاد که شيوه دستيابی به داده های آن بصورت تصادفی ( عدد يک بعنوان اولين پارامتر ) ، دارای نام مشخص شده توسط کاربر (Name%) و دارای طولی متغير است . ( عدد 2 ، بعنوان سومين پارامتر) سيستم عامل دستور فوق را بصورت زير انجام خواهد داد :

در چنين حالتی برنامه نويس از تابع فوق برای ايجاد و ذخيره سازی فايل استفاده نموده و ضرورتی بر نوشتن کدها ، نوع داده ها و کدهای پاسخ برای هر نوع هارد ديسک نخواهد بود. سيستم عامل از امکانات درايورها استفاده و درايورها مسئول برقراری ارتباط با منابع سخت افزاری خواهند بود. در چنين حالتی برنامه نويس بسادگی از تابع مورد نظر استفاده و ادامه عمليات توسط سيستم عامل انجام خواهد شد. امکانات ارائه شده توسط سيستم های عامل در قالب مجموعه ای از توابع و امکانات API يکی از موارد بسيار مهم استفاده از سيستم عامل از ديدگاه طراحان و پياده کنندگان نرم افزار است .

اينترفيس کاربر 
API يک روش يکسان برای برنامه های کامپيوتری یه منظور استفاده از منابع موجود در يک سيستم کامپيوتری را فراهم می نمايد. بخش رابط کاربر (UI) ، يک ساختار مناسب ارتباطی بين کاربر و کامپيوتر را فراهم می آورد.  اکثر سيستم های عامل از رابط های گرافيکی در اين زمينه استفاده می نمايند. بخش رابط کاربر هر سيستم عامل شامل يک و يا مجموعه ای از برنامه های کامپيوتری است که بصورت يک لايه در بالاترين سطح يک سيستم عامل و در ارتباط با کاربر مستقر می گردند. برخی از سيستم های عامل از رابط های گرافيکی ( نظير ويندوز ) و برخی ديگر از رابط های مبتنی بر متن ( نظير سيستم عامل DOS ) استفاده می نمايند.

سیستم عامل چیست ؟

در فرهنگ رایانه سیستم عامل (به انگلیسی: Operating System) اساسی‌ترین برنامه سیستمی است که مدیریت کلیه منابع سیستم را به عهده گرفته و بستری را فراهم می سازد که برنامه‌های کاربردی می‌توانند بر روی آن اجرا شوند.

دلایل ایجاد سیستم عامل:
یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده ، مقداری حافظه اصلی ، دیسک ها ، چاپگر ها ، صفحه کلید ، صفحه نمایش ، واسط های شبکه ای و دیگر دستگاه های ورودی و خروجی تشکیل شده است . این اجزا در کنار یکدیگر یک سیستم پیچیده را به وجود آورده اند . نوشتن برنامه هایی که تمامی این عناصر را مدیریت کرده و از آنها به طور صحیح ، بهینه و کارآمد استفاده نماید ، کار بسیار مشکلی است . اگر هر برنامه نویس مجبور باشد با مفاهیمی نظیر نحوه کار دستگاه های ورودی خروجی گوناگون آشنا باشد ، بسیاری از برنامه ها هرگز نوشته نخواهد شد . به همین دلیل ، از سالها قبل به وضوح مشخص بود که باید روش هایی یافت که برنامه نویسان را از پیچیدگی های سخت افزار دور نگه دارد . تلاش های گسترده ، منجر به ایجاد یک لایه نرم افزاری روی سخت افزار شد که همه اجزای سیستم را کنترل نموده و کار برنامه نویسان را راحت تر کند . به این لایه نرم افزاری سیستم عامل می گویند.

وظایف سیستم عامل:
سیستم عامل دو کار عمده انجام می‌دهد :
در نگرش پایین به بالا ، منابع منطقی ( مانند فایل ها ) و منابع فیزیکی ( مانند دستگاه های سخت افزاری ) رایانه را مدیریت و کنترل می‌کند .
در نگرش بالا به پایین ، وظیفه سیستم عامل این است که یک ماشین توسعه یافته ( Extended Machine ) یا ماشین مجازی ( Virtual Machine ) را به کاربران ارائه کند تا آنها بتوانند آسان تر برنامه نویسی نمایند و درگیر پیچیدگی های سخت افزاری رایانه نشوند .

به طور کلی ، وظایف سیستم عامل شامل موارد زیر است :
* استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
* تخصیص و آزاد سازی منابع
* اداره صف ها و زمان بندی استفاده از منابع
* حساب داری ( Accounting ) میزان استفاده از منابع
* ایجاد امنیت ( security )
* ایجاد ، حذف و اداره فرایند ها
* ایجاد مکانیسم های ارتباط بین فرایند ها و همگام سازی آنها
* مدیریت فایل ها و پوشه ها
* مدیریت حافظه های اصلی و جانبی
* برقراری امکان دسترسی چندتایی ( Multiaccess ) و اجرای هم روند ( Concurrent ) فرایند ها
* به اشتراک گذاری منابع ( Resource Sharing )
* تعیین راهکار هایی برای اداره بن بست ( deadlock ) ها
* جلوگیری از شرایط رقابتی ( Race Condition ) و تداخل یا در هم قفل شدن ( Interlock ) فرایند ها
* جلوگیری از گرسنگی ( Starvation )

سیستم عامل های فعلی:
امروزه پرمصرف ترین سیستم عامل جهان ، ویندوز است که بر روی بیشتر رایانه‌های شخصی نصب شده ‌است.
نام چند ‌سیستم عامل معروف جهان در زیر آمده است :

* یونیکس
* لینوکس
* سولاریس (سیستم عامل)
* بی اس دی
* مک او اس
* ام وی اس.
* ویلز (سیستم عامل)
* ویندوز اکس‌پی
* ویندوز 7
* ویندوز ان‌تی
* ویندوز سی‌ئی
* پالم (سیستم عامل)
* سیمبیان (سیستم عامل)

انواع سیستم عامل:

سیستم عامل تک پردازنده:
این نوع سیستم عامل ها ، سیستم عامل های نسل چهارم ( نسل فعلی ) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند .

سیستم عامل شبکه ای:
این نوع سیستم عامل ها ، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزار های سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود .

سیستم عامل توزیع شده:
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند ، اما در عمل از چندین پردازنده اجرا می شوند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر بر می گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

سیستم عامل بی درنگ:
از این نوع سیستم‌های عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم‌های صنعتی استفاده می‌گردد. یک سیستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه‌های کاربردی مختص کاربران هستند. یکی از بخش‌های مهم این نوع سیستم‌های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری بگونه‌ای است که یک عملیات خاص در زمانی که می‌بایست، اجراء خواهند شد , مهم‌تر اینکه مدیریت منابع بگونه ایست که این عمل در هر بار وقوع, مقدار زمان یکسانی بگیرد.

سیستم عامل چیست ؟

 سیستم عامل بدون شك مهمترین  نرم افزار در كامپیوتر است . پس از روشن كردن كامپیوتر اولین نرم افزاری كه مشاهده می گردد سیستم عامل بوده و آخرین نرم افزاری كه  قبل از خاموش كردن كامپیوتر مشاهده خواهد شد، نیز سیستم عامل است . سیستم عامل نرم افزاری است كه امكان اجرای تمامی برنامه های كامپیوتری را فراهم می آورد. سیستم عامل با سازماندهی ، مدیریت و كنترل منابع  سخت افزاری امكان استفاده بهینه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سیتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسیر  و در این راستا امكانات متعدد و ضروری جهت حیات سایر برنامه های كامپیوتری را فراهم می آورد.

تمام كامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمی كنند. مثلا"  اجاق های مایكرویو كه در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از كامپیوتر بوده كه از سیستم عامل استفاده نمیكنند. 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 كلید و نمایشگرهایLCD ، در اختیار سیستم گذاشته می گردند. ماهیت عملیات انجام شده در یك اجاق گاز مایكروویو بسیار محدود  و مختصر است، بنابراین همواره یك برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد.

برای سیستم های كامپیوتری كه دارای عملكردی بمراتب پیچیده تر از اجاق گاز مایكروویو می باشند، بهخدمت گرفتن یك سیستم عامل باعث افزایش كارآئی سیستم و تسهیل در امر پیاده سازی برنامه های كامپیوتری می گردد. تمام كامپیوترهای شخصی دارای سیستم عامل می باشند.
یكی از متداولترین سیستم های عامل ویندوز است . یونیكس یكی دیگر از سیستم های عامل مهم در این زمینه است .  صدها نوع سیستم عامل تاكنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سیستم های عامل مختص كامپیوترهای بزرگ، سیستم های روبوتیك، سیستم های كنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در این زمینه می باشند.

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

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

- روشی پایدار و یكسان برای دستیابی و استفاده  از سخت افزار را بدو ن نیاز از جزئیات عملكرد هر یك از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های كامپیوتری فراهم می نماید

اولین وظیفه یك 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 شركت خواهند كرد.  سیستم های عامل بعنوان یك مدیر عادل و مطمئن زمینه استفاده بهینه از منابع موجود را برای هر یك از برنامه های كامپیوتری فراهم می نمایند.

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

سیستم های عامل را از بعد نوع كامپیوترهائی كه قادر به كنترل آنها بوده و نوع برنامه های كاربردی كه 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 كنترل  ماشین آلات صنعتی ، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یك سیستم عامل بلادرنگ دارای امكانات محدود در رابطه با بخش رابط كاربر و برنامه های كاربردی مختص كاربران می باشند.  یكی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل ، مدیریت منابع موجود كامپیوتری بگونه ای است كه یك عملیات خاص در زمانی كه می بایست ، اجراء خواهند شد.

-تك كاربره - تك كاره. همانگونه كه از عنوان این نوع سیستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند كه قادر به مدیریت كامپیوتر بصورتی باشند كه یك كاربر در هر لحظه قادر به انجام یك كار باشد. سیستم عاملPalm OS برای كامپیوترهایPDA نمونه ای مناسب از یك سیستم عامل مدرن تك كاربره و تك كاره است .

-تك كاربره - چندكاره. اكثر سیستم های عامل استفاده شده در كامپیوترهای شخصی از این نوع می باشند. ویندوز 98 وMacOS  نمونه هائی در این زمینه بوده كه امكان اجرای چندین برنامه بطور همزمان را برای یك كاربر فراهم می نمایند. مثلا" یك كاربر ویندوز 98 قادر به تایپ یك نامه با استفاده از یك واژه پرداز بوده و در همان زمان اقدام به دریافت یك فایل از اینترنت نموده و در همان وضعیت محتویات نامه الكترونیكی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال كرده باشد.

-

سیستم‌عامل یا سامانهٔ عامل نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم‌افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند. سیستم‌عامل جزء ضروری‌ترین نرم‌افزارهای یک سیستم کامپیوتری است. سیستم‌عامل خدماتی به برنامه‌های کاربردی و کاربر ارائه می‌دهد. برنامه‌های کاربردی یا از طریق واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی[یادداشت ۱] و یا از طرق فراخوانی‌های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط‌ها، برنامه‌های کاربردی می‌توانند سرویسی را از سیستم‌عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم‌افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر با سیستم‌عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم‌عامل در نظر گرفته می‌شود. در سیستم‌های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس و سیستم‌های شبیه یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم‌عامل اجرا می‌شود پیاده‌سازی می‌شود. نمونه‌هایی از محبوب‌ترین سیستم‌عامل‌های نوین شامل: اندروید، بی‌اس‌دی، آی‌اواس، لینوکس، اواس ده، کیوان‌اکس، مایکروسافت ویندوز، ویندوز فون و زد/اواس می‌باشند.

انواع سیستم‌عامل

سیستم‌های بی‌درنگ

سیستم‌های بی‌درنگ یا زمان واقعی یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای است که معمولاً بعنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد. سیستم‌های کنترل آزمایش‌های علمی، تصویربرداری پزشکی، کنترل صنعتی و برخی از سیستم‌های نمایش از این دسته‌اند. هدف اصلی استفاده از سیستم‌های بی‌درنگ واکنش سریع و تضمین شده در برابر یک رویداد خارجی می‌باشد. در سیستم‌های بی‌درنگ معمولاً وسایل ذخیره‌سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم‌عامل‌های پیشرفته نیز در این سیستم‌ها وجود ندارند چرا که سیستم‌عامل کاربر را از سخت‌افزار جدا می‌کند و این جداسازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخ‌گویی می‌شود. سیستم‌هایی که در آن مهلت زمانی[یادداشت ۲] باید پاسخ داده شود را بی‌درنگ سخت و سیستم‌هایی که مهلت زمانی را پشتیبانی نمی‌کنند بی‌درنگ نرم می‌نامند. از کاربرد سیستم‌های بی‌درنگ سخت می‌توان به کنترل موتور یک خودرو (پاسخ با تأخیر می‌تواند نتایج فاجعه‌باری را به همراه داشته باشد) و در سیستم‌های بی‌درنگ نرم می‌توان به اسکن بارکد در پایانه فروشگاه (با اینکه سرعت پاسخ‌دهی باید سریع باشد اما به حادّی سیستم‌های سخت نمی‌باشد) اشاره کرد

سیستم‌های چند کاربره

سیستم‌های چند کاربره اجازه می‌دهند تا کاربران متعدد بصورت همزمان به یک سیستم کامپیوتری دسترسی داشته باشند. سیستم‌های اشتراک زمانی و کارساز وب را می‌توان بعنوان سیستم‌های چند کاربره طبقه‌بندی کرد. در سیستم‌های اشتراک زمانی تنها یک پردازنده قرار دارد که توسط مکانیزم‌های زمانبندی بین برنامه‌های مختلف کاربرها با سرعت زیاد سوئیچ می‌شود و بنابراین هر کاربر تصور می‌کند کل رایانه در اختیار اوست

سیستم‌عامل تک پردازنده

این نوع سیستم‌عامل‌ها، سیستم‌عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند. از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم‌عامل شبکه‌ای

سیستم عاملهایی مثل ناول نت که بیشترین استفاده و امکانات این سیستم عامل برای شبکه می‌باشد.

سیستم‌عامل توزیع شده

این سیستم‌عامل‌ها خود را مانند سیستم‌عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر برمی‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

دلایل ایجاد سیستم‌عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم‌عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید؛ که با توجه به نسخه‌های جدید سیستم عامل‌ها که به دلیل بهره‌مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده‌است. در حقیقت سیستم‌عامل واسط بین سخت‌افزار رایانه و کاربر می‌باشد.

وظایف سیستم‌عامل

سیستم‌عامل دو کار عمده انجام می‌دهد:

به طور کلی، وظایف سیستم‌عامل شامل موارد زیر است:

سیستم‌عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بیشتر بین سیستم‌عامل‌های مایکروسافت ویندوز، اپل مک اواس و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه ژوییه ۲۰۱۱ توسط وب‌گاه W3Schools به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون بیش از ۸۰ درصد کاربران اینترنت از سیستم‌عامل ویندوز استفاده می‌کنند.

آمار موجود که مربوط به اوت ۲۰۱۰ می‌باشد به شرح زیر است:

از سیستم‌عامل‌های مشهور کامپیوترهای شخصی می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

همچنین از سیستم‌عامل‌های موجود روی گوشی‌های تلفن همراه نسل جدید می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

تاریخچه سیستم عامل

در آغاز

اولین کامپیوترها فاقد سیستم‌عامل بودند. در اوایل سال ۱۹۶۴ فروشندگان کامپیوترهای تجاری ابزار کاملاً گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال رایانه تولید شده توسط UNI VAC.

در ابتدا سیستم‌عامل روی مین فریم‌ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم‌عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم‌ها و در ۱۹۶۰ عرضه شد. ابتدا کامپیوترها بسیار بزرگ و جاگیر بودند اما امروزه در کف یک دست جا می‌گیرند.

مین فریم‌ها

میکرو کامپیوترها 

میکروکامپیوترهای اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم‌عامل پیچیده که روی مین فریم‌ها توسعه یافته بود نداشتند.

سيستم عامل

 سيستم عامل بدون شک مهمترين  نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير  و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. 
تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا"  اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود  و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد. 
برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است .  صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

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، حافطه 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 صورتی که 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 سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم 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 های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

تک کا

سیستم‌عامل یا سامانهٔ عامل نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم‌افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند. سیستم‌عامل جزء ضروری‌ترین نرم‌افزارهای یک سیستم کامپیوتری است. سیستم‌عامل خدماتی به برنامه‌های کاربردی و کاربر ارائه می‌دهد. برنامه‌های کاربردی یا از طریق واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی[یادداشت ۱] و یا از طرق فراخوانی‌های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط‌ها، برنامه‌های کاربردی می‌توانند سرویسی را از سیستم‌عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم‌افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر با سیستم‌عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم‌عامل در نظر گرفته می‌شود. در سیستم‌های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس و سیستم‌های شبیه یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم‌عامل اجرا می‌شود پیاده‌سازی می‌شود. نمونه‌هایی از محبوب‌ترین سیستم‌عامل‌های نوین شامل: اندروید، بی‌اس‌دی، آی‌اواس، لینوکس، اواس ده، کیوان‌اکس، مایکروسافت ویندوز، ویندوز فون و زد/اواس می‌باشند.

انواع سیستم‌عامل

سیستم‌های بی‌درنگ

سیستم‌های بی‌درنگ یا زمان واقعی یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای است که معمولاً بعنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد. سیستم‌های کنترل آزمایش‌های علمی، تصویربرداری پزشکی، کنترل صنعتی و برخی از سیستم‌های نمایش از این دسته‌اند. هدف اصلی استفاده از سیستم‌های بی‌درنگ واکنش سریع و تضمین شده در برابر یک رویداد خارجی می‌باشد. در سیستم‌های بی‌درنگ معمولاً وسایل ذخیره‌سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم‌عامل‌های پیشرفته نیز در این سیستم‌ها وجود ندارند چرا که سیستم‌عامل کاربر را از سخت‌افزار جدا می‌کند و این جداسازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخ‌گویی می‌شود. سیستم‌هایی که در آن مهلت زمانی[یادداشت ۲] باید پاسخ داده شود را بی‌درنگ سخت و سیستم‌هایی که مهلت زمانی را پشتیبانی نمی‌کنند بی‌درنگ نرم می‌نامند. از کاربرد سیستم‌های بی‌درنگ سخت می‌توان به کنترل موتور یک خودرو (پاسخ با تأخیر می‌تواند نتایج فاجعه‌باری را به همراه داشته باشد) و در سیستم‌های بی‌درنگ نرم می‌توان به اسکن بارکد در پایانه فروشگاه (با اینکه سرعت پاسخ‌دهی باید سریع باشد اما به حادّی سیستم‌های سخت نمی‌باشد) اشاره کرد

سیستم‌های چند کاربره

سیستم‌های چند کاربره اجازه می‌دهند تا کاربران متعدد بصورت همزمان به یک سیستم کامپیوتری دسترسی داشته باشند. سیستم‌های اشتراک زمانی و کارساز وب را می‌توان بعنوان سیستم‌های چند کاربره طبقه‌بندی کرد. در سیستم‌های اشتراک زمانی تنها یک پردازنده قرار دارد که توسط مکانیزم‌های زمانبندی بین برنامه‌های مختلف کاربرها با سرعت زیاد سوئیچ می‌شود و بنابراین هر کاربر تصور می‌کند کل رایانه در اختیار اوست

سیستم‌عامل تک پردازنده

این نوع سیستم‌عامل‌ها، سیستم‌عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند. از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم‌عامل شبکه‌ای

سیستم عاملهایی مثل ناول نت که بیشترین استفاده و امکانات این سیستم عامل برای شبکه می‌باشد.

سیستم‌عامل توزیع شده

این سیستم‌عامل‌ها خود را مانند سیستم‌عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر برمی‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

دلایل ایجاد سیستم‌عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم‌عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید؛ که با توجه به نسخه‌های جدید سیستم عامل‌ها که به دلیل بهره‌مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده‌است. در حقیقت سیستم‌عامل واسط بین سخت‌افزار رایانه و کاربر می‌باشد.

وظایف سیستم‌عامل

سیستم‌عامل دو کار عمده انجام می‌دهد:

به طور کلی، وظایف سیستم‌عامل شامل موارد زیر است:

سیستم‌عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بیشتر بین سیستم‌عامل‌های مایکروسافت ویندوز، اپل مک اواس و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه ژوییه ۲۰۱۱ توسط وب‌گاه W3Schools به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون بیش از ۸۰ درصد کاربران اینترنت از سیستم‌عامل ویندوز استفاده می‌کنند.

آمار موجود که مربوط به اوت ۲۰۱۰ می‌باشد به شرح زیر است:

از سیستم‌عامل‌های مشهور کامپیوترهای شخصی می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

همچنین از سیستم‌عامل‌های موجود روی گوشی‌های تلفن همراه نسل جدید می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

تاریخچه سیستم عامل

در آغاز

اولین کامپیوترها فاقد سیستم‌عامل بودند. در اوایل سال ۱۹۶۴ فروشندگان کامپیوترهای تجاری ابزار کاملاً گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال رایانه تولید شده توسط UNI VAC.

در ابتدا سیستم‌عامل روی مین فریم‌ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم‌عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم‌ها و در ۱۹۶۰ عرضه شد. ابتدا کامپیوترها بسیار بزرگ و جاگیر بودند اما امروزه در کف یک دست جا می‌گیرند.

مین فریم‌ها

میکرو کامپیوترها 

میکروکامپیوترهای اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم‌عامل پیچیده که روی مین فریم‌ها توسعه یافته بود نداشتند.

سيستم عامل

 سيستم عامل بدون شک مهمترين  نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير  و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. 
تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا"  اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود  و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد. 
برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است .  صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

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، حافطه 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 صورتی که 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 سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم 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 های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

تک کا

سیستم‌عامل یا سامانهٔ عامل نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم‌افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند. سیستم‌عامل جزء ضروری‌ترین نرم‌افزارهای یک سیستم کامپیوتری است. سیستم‌عامل خدماتی به برنامه‌های کاربردی و کاربر ارائه می‌دهد. برنامه‌های کاربردی یا از طریق واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی[یادداشت ۱] و یا از طرق فراخوانی‌های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط‌ها، برنامه‌های کاربردی می‌توانند سرویسی را از سیستم‌عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم‌افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر با سیستم‌عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم‌عامل در نظر گرفته می‌شود. در سیستم‌های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس و سیستم‌های شبیه یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم‌عامل اجرا می‌شود پیاده‌سازی می‌شود. نمونه‌هایی از محبوب‌ترین سیستم‌عامل‌های نوین شامل: اندروید، بی‌اس‌دی، آی‌اواس، لینوکس، اواس ده، کیوان‌اکس، مایکروسافت ویندوز، ویندوز فون و زد/اواس می‌باشند.

انواع سیستم‌عامل

سیستم‌های بی‌درنگ

سیستم‌های بی‌درنگ یا زمان واقعی یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای است که معمولاً بعنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد. سیستم‌های کنترل آزمایش‌های علمی، تصویربرداری پزشکی، کنترل صنعتی و برخی از سیستم‌های نمایش از این دسته‌اند. هدف اصلی استفاده از سیستم‌های بی‌درنگ واکنش سریع و تضمین شده در برابر یک رویداد خارجی می‌باشد. در سیستم‌های بی‌درنگ معمولاً وسایل ذخیره‌سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم‌عامل‌های پیشرفته نیز در این سیستم‌ها وجود ندارند چرا که سیستم‌عامل کاربر را از سخت‌افزار جدا می‌کند و این جداسازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخ‌گویی می‌شود. سیستم‌هایی که در آن مهلت زمانی[یادداشت ۲] باید پاسخ داده شود را بی‌درنگ سخت و سیستم‌هایی که مهلت زمانی را پشتیبانی نمی‌کنند بی‌درنگ نرم می‌نامند. از کاربرد سیستم‌های بی‌درنگ سخت می‌توان به کنترل موتور یک خودرو (پاسخ با تأخیر می‌تواند نتایج فاجعه‌باری را به همراه داشته باشد) و در سیستم‌های بی‌درنگ نرم می‌توان به اسکن بارکد در پایانه فروشگاه (با اینکه سرعت پاسخ‌دهی باید سریع باشد اما به حادّی سیستم‌های سخت نمی‌باشد) اشاره کرد

سیستم‌های چند کاربره

سیستم‌های چند کاربره اجازه می‌دهند تا کاربران متعدد بصورت همزمان به یک سیستم کامپیوتری دسترسی داشته باشند. سیستم‌های اشتراک زمانی و کارساز وب را می‌توان بعنوان سیستم‌های چند کاربره طبقه‌بندی کرد. در سیستم‌های اشتراک زمانی تنها یک پردازنده قرار دارد که توسط مکانیزم‌های زمانبندی بین برنامه‌های مختلف کاربرها با سرعت زیاد سوئیچ می‌شود و بنابراین هر کاربر تصور می‌کند کل رایانه در اختیار اوست

سیستم‌عامل تک پردازنده

این نوع سیستم‌عامل‌ها، سیستم‌عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند. از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم‌عامل شبکه‌ای

سیستم عاملهایی مثل ناول نت که بیشترین استفاده و امکانات این سیستم عامل برای شبکه می‌باشد.

سیستم‌عامل توزیع شده

این سیستم‌عامل‌ها خود را مانند سیستم‌عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر برمی‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

دلایل ایجاد سیستم‌عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم‌عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید؛ که با توجه به نسخه‌های جدید سیستم عامل‌ها که به دلیل بهره‌مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده‌است. در حقیقت سیستم‌عامل واسط بین سخت‌افزار رایانه و کاربر می‌باشد.

وظایف سیستم‌عامل

سیستم‌عامل دو کار عمده انجام می‌دهد:

به طور کلی، وظایف سیستم‌عامل شامل موارد زیر است:

سیستم‌عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بیشتر بین سیستم‌عامل‌های مایکروسافت ویندوز، اپل مک اواس و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه ژوییه ۲۰۱۱ توسط وب‌گاه W3Schools به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون بیش از ۸۰ درصد کاربران اینترنت از سیستم‌عامل ویندوز استفاده می‌کنند.

آمار موجود که مربوط به اوت ۲۰۱۰ می‌باشد به شرح زیر است:

از سیستم‌عامل‌های مشهور کامپیوترهای شخصی می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

همچنین از سیستم‌عامل‌های موجود روی گوشی‌های تلفن همراه نسل جدید می‌توان به اسامی زیر اشاره کرد:

تاریخچه سیستم عامل

در آغاز

اولین کامپیوترها فاقد سیستم‌عامل بودند. در اوایل سال ۱۹۶۴ فروشندگان کامپیوترهای تجاری ابزار کاملاً گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال رایانه تولید شده توسط UNI VAC.

در ابتدا سیستم‌عامل روی مین فریم‌ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم‌عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم‌ها و در ۱۹۶۰ عرضه شد. ابتدا کامپیوترها بسیار بزرگ و جاگیر بودند اما امروزه در کف یک دست جا می‌گیرند.

مین فریم‌ها

میکرو کامپیوترها 

میکروکامپیوترهای اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم‌عامل پیچیده که روی مین فریم‌ها توسعه یافته بود نداشتند.

سيستم عامل

 سيستم عامل بدون شک مهمترين  نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که  قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع  سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير  و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. 
تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا"  اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود  و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد. 
برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است .  صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

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، حافطه 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 صورتی که 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 سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم 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 های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

تک کا