ما هي برامج النظام؟ التعريف والمفاهيم الأساسية

تُوفّر برامج النظام منصةً لتشغيل البرامج الأخرى، مثل أنظمة التشغيل، برامج مكافحة الفيروسات، وأدوات تهيئة الأقراص. غالبًا ما تُصمّم هذه البرامج من قِبل مُصنّعي أجهزة الكمبيوتر وتُكتب بلغات برمجة منخفضة المستوى للتفاعل مباشرةً مع المكونات المادية. تعمل برامج النظام كحلقة وصل بين المكونات المادية والمستخدمين.

{getToc} $title={محتويات المقال}

ما هي برامج النظام؟

برامج النظام هي البرامج التي تساعد جهاز الكمبيوتر على العمل بسلاسة. فهي تُدير مكونات الجهاز المادية وتُوفر الأساس لعمل البرامج الأخرى. ويشمل ذلك أنظمة التشغيل (ويندوز، ماك أو إس، لينكس)، وبرامج التشغيل التي تربط الأجهزة بالكمبيوتر، والأدوات المفيدة التي تُحافظ على عمل كل شيء بشكل سليم.

أمثلة على برامج النظام

برامج النظام هي نوع من برامج الكمبيوتر المصممة لتشغيل أجهزة الكمبيوتر وبرامج التطبيقات، وتشمل أمثلة برامج النظام أنظمة التشغيل مثل (macOS وLinux وMicrosoft Windows) ومحركات الألعاب ومحركات البحث (مثل Google وBing وYahoo!) والأتمتة الصناعية وبرامج علوم الحوسبة وتطبيقات البرامج كخدمة (SaaS).

• أنظمة التشغيل: ويندوز، لينكس، ماك أو إس، إلخ.
• برامج تشغيل الأجهزة: برامج تُمكّن الاتصال بين الأجهزة ونظام التشغيل.
• البرامج الثابتة: برامج مثبتة مسبقًا على مستوى منخفض تتحكم في الوظائف الأساسية للجهاز.
• برامج المرافق: أدوات لصيانة النظام وتحسينه.
• برامج تحميل الإقلاع: برامج تقوم بتهيئة نظام التشغيل أثناء بدء التشغيل.

أنواع برامج النظام

يُعدّ مصطلح "برمجيات النظام" مصطلحاً واسعاً يشمل أنواعاً عديدة من البرمجيات. وفيما يلي أهم هذه الأنواع.

أنظمة التشغيل

يُعد نظام التشغيل (OS) من أشهر أنواع برامج النظام، وهو برنامج التحكم الرئيسي في الحاسوب، حيث يُدير كيفية عمل مكوناته المادية وذاكرته وقدرته على المعالجة وتطبيقاته. وفيما يلي أهم وظائف أي نظام تشغيل:

• إدارة الملفات وجدولة العمليات: يقوم نظام التشغيل بتخصيص الموارد وتحديد أولويات البرامج التي يجب أن تحصل عليها وترتيب استخدامها. على سبيل المثال، قد يتطلب تطبيق محطة عمل صوتية رقمية مستوى معينًا من قوة المعالجة. يحدد نظام التشغيل مقدار الطاقة التي يحصل عليها التطبيق من وحدة المعالجة المركزية، ويدير تأثير هذا التخصيص على التطبيقات الأخرى. إذا كانت هناك عملية أكثر أهمية تجري في مكان آخر، فقد يضحي نظام التشغيل ببعض الطاقة التي طلبتها محطة العمل الصوتية الرقمية لضمان إمكانية إكمال العمليات الأخرى.
• إدارة المعالج والذاكرة: يقوم نظام التشغيل بتخصيص ذاكرة الكمبيوتر لعملية ما عند الحاجة، ثم يقوم بتحريرها عند الانتهاء.
• اكتشاف الأخطاء: يقوم نظام التشغيل باكتشاف الأخطاء في البرامج الأخرى للكمبيوتر وتتبعها وتصحيحها.
• الأمان: يستخدم نظام التشغيل كلمات المرور لحماية برامج الكمبيوتر وبياناته من الوصول غير المصرح به .
• التحكم والإدارة: يستخدم نظام التشغيل المترجمات والمجمعات والمفسرات للتحكم في البرامج الأخرى وإدارتها. تُعد معالجات اللغة هذه أجزاءً من برامج النظام التي تُترجم لغات البرمجة عالية المستوى (مثل جافا وبايثون وسي ++) إلى تعليمات لغة الآلة منخفضة المستوى، وهي عبارة عن سلسلة من الأصفار والآحاد التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية قراءتها.

يتولى جزء من نظام التشغيل، يُعرف باسم النواة (Kernel)، إدارة المكونات المادية والتواصل مع البرامج بشكل مباشر. وعلى عكس أنواع برامج النظام الأخرى، يمكن لمستخدم الحاسوب التفاعل مع نظام التشغيل بشكل منتظم من خلال واجهة المستخدم الرسومية أو واجهة سطر الأوامر. تُعد أنظمة التشغيل مايكروسوفت ويندوز وماك أو إس ولينكس من أنظمة التشغيل واسعة الانتشار. تدعم هذه الأنظمة أنواعًا عديدة من المكونات المادية والبرامج، وتُتيح عادةً موارد النظام المادية للتطبيقات عبر واجهة برمجة تطبيقات موحدة . ولا تقتصر واجهات المستخدم الرسومية على أنظمة التشغيل فقط، بل تتضمن العديد من البرامج الحديثة واجهات مستخدم رسومية لتسهيل الاستخدام. تُعرف هذه البرامج ببرامج التطبيقات، وتعمل فوق نظام التشغيل وتدعم التفاعل المباشر للمستخدم.

نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS)

يُعدّ نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS)، المُثبّت كبرنامج ثابت على شريحة في اللوحة الأم للحاسوب، جزءًا لا يتجزأ من عملية الإقلاع. وبصفته الوسيط بين نظام التشغيل والأجهزة، يقوم هذا البرنامج بتشغيل الحاسوب، ثم يُهيّئ ويربط الأجهزة بنظام التشغيل. كما يقوم برنامج الإقلاع هذا بتحميل نظام التشغيل إلى الذاكرة الرئيسية للحاسوب، ويدير تدفق البيانات بين نظام التشغيل والأجهزة المتصلة (كالقرص الصلب، ولوحة المفاتيح، والفأرة، والطابعة، والماسح الضوئي، وغيرها) ويدير وظائف النظام الأخرى منخفضة المستوى، مثل ساعة النظام والوقت.

مترجم لغة البرمجة

برامج ترجمة لغات البرمجة هي برامج تقوم بترجمة التعليمات البرمجية المكتوبة بلغة برمجة معينة إلى لغة برمجة أخرى. فيما يلي أمثلة على برامج ترجمة لغات البرمجة.

• المترجم: هو برنامج يترجم الشيفرة المكتوبة بلغة برمجة إلى لغة أخرى دون تغيير معناها. كما يُقال إن المترجم يجعل الشيفرة المستهدفة فعّالة ومُحسّنة من حيث الوقت والمساحة. يُنفّذ المترجم معظم العمليات التالية أثناء عملية الترجمة: المعالجة المسبقة، والتحليل المعجمي، والتحليل النحوي، والتحليل الدلالي (الترجمة الموجهة نحو بناء الجملة)، وتحويل البرامج المدخلة إلى تمثيل وسيط، وتحسين الشيفرة ، وتوليد الشيفرة. من أمثلة المترجمات: gcc (مترجم لغة C)، ++g (مترجم لغة ++C)، وjavac (مترجم لغة Java)، وغيرها. 
• المترجم الفوري: هو برنامج حاسوبي يُنفذ مباشرةً، أي أنه يُنفذ التعليمات المكتوبة بلغة برمجة أو لغة نصية. لا يتطلب المترجم الفوري ترجمة البرنامج مسبقًا إلى لغة الآلة. يقوم المترجم الفوري بترجمة التعليمات عالية المستوى إلى صيغة وسيطة، ثم تُنفذ. يتميز المترجم الفوري بالسرعة لأنه لا يحتاج إلى المرور بمرحلة الترجمة التي تُولد خلالها تعليمات الآلة. يستمر المترجم الفوري في ترجمة البرنامج حتى يواجه أول خطأ. عند حدوث خطأ، يتوقف عن التنفيذ، مما يُسهل عملية تصحيح الأخطاء. من أمثلة لغات البرمجة: Ruby، Python، PHP، وغيرها. 
• المُجمِّع: هو برنامج يُحوِّل لغة التجميع إلى لغة الآلة. يأخذ الأوامر والعمليات الأساسية ويُحوِّلها إلى رمز ثنائي خاص بنوع مُعالج مُحدد. تُنتج المُجمِّعات رمزًا تنفيذيًا يُشبه المُترجمات. مع ذلك، تُعد المُجمِّعات أبسط لأنها تُحوِّل فقط الرمز منخفض المستوى (لغة التجميع) إلى لغة الآلة. بما أن كل لغة تجميع مُصممة لمعالج مُحدد، فإن تجميع البرنامج يتم باستخدام مُطابقة بسيطة بين رمز التجميع ولغة الآلة. من ناحية أخرى، يجب على المُترجمات تحويل رمز المصدر العام عالي المستوى إلى لغة الآلة لمعالج مُحدد.

برامج تشغيل الأجهزة

برامج تشغيل الأجهزة هي نوع من برامج النظام التي تقلل الحاجة إلى استكشاف أخطاء النظام وإصلاحها. داخليًا، يتواصل نظام التشغيل مع مكونات الأجهزة. وتسهل برامج تشغيل الأجهزة إدارة هذا الاتصال وتنظيمه.

لتشغيل مكونات الجهاز، يأتي نظام التشغيل مزودًا بمجموعة متنوعة من برامج تشغيل الأجهزة. معظم برامج تشغيل الأجهزة، بما في ذلك برامج تشغيل الفأرة ولوحة المفاتيح وغيرها، مثبتة مسبقًا في نظام الكمبيوتر من قبل الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر.

البرامج الثابتة

هذه هي البرامج التشغيلية المثبتة على لوحات الأم للحاسوب، والتي تساعد نظام التشغيل على التمييز بين ذاكرة الفلاش، وذاكرة القراءة فقط (ROM)، القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM)، وشرائح الذاكرة. مع ذلك، فإن إدارة جميع وظائف الجهاز والتحكم بها هو الغرض الرئيسي لأي برنامج ثابت. ويستخدم هذا البرنامج شرائح غير متطايرة في عملية التثبيت الأولية.

يوجد نوعان رئيسيان من رقائق البرامج الثابتة:

• شريحة BIOS (نظام الإدخال/الإخراج الأساسي).
• رقائق UEFI (واجهة البرامج الثابتة الموسعة الموحدة).

أدوات التطوير

أدوات التطوير، مثل المترجمات والمصححات، هي أنواع من برامج النظام.

• المترجم: هو برنامج يقوم بتحويل الشفرة المصدرية المكتوبة بلغة برمجة عالية المستوى، مثل (Java) أو (++C)، إلى شفرة آلية منخفضة المستوى سهلة القراءة أو شفرة بايت (bytecode). إلى جانب دوره كمترجم، يتولى المترجم أيضًا مسؤولية الحفاظ على المنطق الأصلي للشفرة المصدرية وضمان صحة المخرجات النهائية.
• المصحح: هو تطبيق يُستخدم لإزالة الأخطاء البرمجية. يُستخدم المصحح عادةً خلال مرحلة اختبار البرمجيات في دورة حياة تطوير البرمجيات، ولكن ينبغي استخدامه في كل مرحلة. يُمكّن الاستخدام الشامل للمطورين من تحديد أكبر عدد ممكن من المشكلات وإصلاحها، مما يزيد من فرصهم في تقديم تطبيق عالي الجودة.

برامج مساعدة

تتفاعل برامج النظام وبرامج التطبيقات من خلال برامج مساعدة. يُصمم برنامج المساعدة، وهو منتج تابع لجهة خارجية، لتقليل مشاكل الصيانة واكتشاف عيوب نظام الحاسوب. وهو مُضمن مع نظام تشغيل حاسوبك.

فيما يلي بعض السمات الخاصة ببرامج الأدوات المساعدة:

• يستفيد المستخدمون من الحماية من التهديدات والعدوى.
• WinRAR و WinZip هما برنامجان يساعدان في تقليل حجم القرص.
• يساعد في تقسيم القرص ويعمل كخدمة لإدارة أقراص نظام التشغيل ويندوز.
• يسهل على المستخدمين نسخ البيانات القديمة احتياطياً ويحسن أمان النظام.
• يعمل كأداة لإلغاء تجزئة القرص لتنظيم الملفات المتناثرة على محرك الأقراص.
• يساعد في استعادة البيانات المفقودة.

استخدامات برامج النظام

فيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة لبرامج النظام:

• أنظمة التشغيل: نظام التشغيل هو نوع من برامج النظام التي تدير موارد أجهزة وبرامج الحاسوب، وتوفر خدمات مشتركة لبرامج الحاسوب. تُستخدم أنظمة التشغيل في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الحواسيب الشخصية وصولًا إلى الخوادم والحواسيب العملاقة والأنظمة المدمجة .
• برامج تشغيل الأجهزة: هي نوع من برامج النظام التي تسمح لأنظمة التشغيل بالتواصل مع الأجهزة المادية مثل الطابعات والماسحات الضوئية وبطاقات الرسومات. بدون برامج تشغيل الأجهزة، لن تتمكن أنظمة التشغيل من التفاعل مع الأجهزة المادية، مما يجعلها عديمة الفائدة.
• البرامج الثابتة: البرامج الثابتة هي نوع من برامج النظام التي توفر تحكمًا منخفض المستوى في أجهزة الأجهزة مثل البرامج الثابتة لنظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS)، والبرامج الثابتة للأنظمة المدمجة، والبرامج الثابتة لأجهزة الشبكة مثل أجهزة التوجيه والمحولات.
• أدوات النظام: هي نوع من برامج النظام التي تُنفّذ مهام الصيانة الدورية مثل تنظيف القرص، وإلغاء تجزئته، وفحص مكافحة الفيروسات، ونسخ النظام احتياطيًا. تُساعد هذه الأدوات على ضمان تشغيل نظام الحاسوب بكفاءة وأمان.
• أدوات البرمجة: هي نوع من برامج النظام التي يستخدمها المطورون لإنشاء تطبيقات البرامج وتصحيح أخطائها وتحسينها. تشمل هذه الأدوات المترجمات، وأدوات تصحيح الأخطاء، وبيئات التطوير المتكاملة (IDEs)، وأدوات تحليل الأداء.

الميزات الرئيسية لبرامج النظام 

أهم ميزات برامج النظام هي كما يلي.

• إدارة الذاكرة: يقوم نظام التشغيل بإدارة الذاكرة. يتتبع نظام التشغيل الذاكرة الرئيسية ويخصصها عندما يطلبها أحد العمليات. 
• إدارة المعالج: يقوم نظام التشغيل بإدارة العمليات. يقوم بتخصيص الذاكرة الرئيسية (RAM) لعملية ما، ثم يقوم بإلغاء تخصيصها عندما لا تعود هناك حاجة إليها. 
• إدارة الملفات: يقوم نظام التشغيل بإدارة الملفات. يقوم بتخصيص الموارد وإلغاء تخصيصها ويحدد من يحصل على هذه الموارد. 
• الأمان: يمنع الوصول غير المصرح به إلى البرامج والبيانات باستخدام كلمات المرور. 
• أدوات الكشف عن الأخطاء: إنتاج ملفات التفريغ، والتتبعات، ورسائل الخطأ، وغيرها من أساليب تصحيح الأخطاء والكشف عنها . 
• الجدولة: يقوم نظام التشغيل بجدولة العملية من خلال خوارزميات الجدولة الخاصة به.

مزايا وعيوب برامج النظام

مزايا برامج النظام

• إدارة الموارد: يقوم برنامج النظام بإدارة وتخصيص الموارد مثل الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية وأجهزة الإدخال/الإخراج للبرامج المختلفة.
• تحسين الأداء: يعمل برنامج النظام على تحسين أداء الكمبيوتر وتقليل عبء العمل على المستخدم.
• الأمان: يوفر برنامج النظام ميزات أمان مثل جدران الحماية ، والحماية من الفيروسات، وضوابط الوصول لحماية الكمبيوتر من الهجمات الخبيثة.
• التوافق: يضمن برنامج النظام التوافق بين مكونات الأجهزة والبرامج المختلفة، مما يسهل على المستخدمين العمل مع مجموعة واسعة من الأجهزة والبرامج.
• سهولة الاستخدام: يوفر برنامج النظام واجهة سهلة الاستخدام وبيئة رسومية، مما يسهل على المستخدمين التفاعل مع الكمبيوتر والتحكم فيه.
• الموثوقية: يساعد برنامج النظام على ضمان استقرار وموثوقية الكمبيوتر، مما يقلل من خطر الأعطال والمشاكل التقنية.
• زيادة الوظائف: يوفر برنامج النظام مجموعة من الأدوات والمرافق لأداء مهام متنوعة، مما يزيد من وظائف الكمبيوتر وتعدد استخداماته.

عيوب برامج النظام

• التعقيد: يمكن أن تكون برامج النظام معقدة ويصعب فهمها، خاصة بالنسبة للمستخدمين غير التقنيين.
• التكلفة: قد تكون بعض برامج النظام، مثل أنظمة التشغيل وبرامج الأمان، باهظة الثمن.
• الحمل الزائد للنظام: يمكن أن يؤدي استخدام برامج النظام إلى زيادة الحمل الزائد للنظام، مما قد يؤدي إلى إبطاء أداء الكمبيوتر وتقليل كفاءته.
• نقاط الضعف: يمكن أن تكون برامج النظام، وخاصة نظام التشغيل، عرضة للتهديدات الأمنية والفيروسات، مما قد يؤدي إلى المساس بأمان واستقرار الكمبيوتر.
• التحديثات: قد تستغرق عملية الترقية إلى إصدار أحدث من برامج النظام وقتًا طويلاً وقد تتسبب في مشاكل التوافق مع البرامج والأجهزة الحالية.
• محدودية إمكانية التخصيص: قد تحتوي بعض برامج النظام على خيارات محدودة للتخصيص، مما يجعل من الصعب على المستخدمين تخصيص تجربة الحوسبة الخاصة بهم.
• الاعتمادية: قد تعتمد برامج وأجهزة أخرى على برامج النظام، مما يجعل استبدالها أو ترقيتها أمرًا صعبًا دون تعطيل الأنظمة الأخرى.

الخلاصة

تعدّ برامج النظام جزءًا أساسيًا من جهاز الكمبيوتر، حيث تدير المهام الرئيسية في الخلفية. وتشمل نظام التشغيل، وبرامج التشغيل، والأدوات المساعدة التي تُمكّن مكونات الجهاز من التواصل مع البرامج. باختصار، هي بمثابة فريق الدعم الفني الذي يضمن أداء جهاز الكمبيوتر، مما يُتيح لك تشغيل التطبيقات بسلاسة.