ما هو برنامج تشغيل جهاز الكمبيوتر؟ فهم أساسيات الاتصال بالأجهزة

برامج تشغيل أجهزة الكمبيوتر هي مجموعة من البرامج التي تعمل كوسيط بين نظام تشغيل الحاسوب ومكوناته المادية. في هذه المقالة، سنتعرف على برامج تشغيل الأجهزة هذه، وأهدافها، وأنواعها، وكيفية عملها، وتفاعلها مع الأجهزة، ودورها في ضمان سلاسة عمل نظام الحاسوب.

{getToc} $title={محتويات المقال}

ما هو برنامج تشغيل جهاز الكمبيوتر؟

يشير برنامج تشغيل جهاز الكمبيوتر في مجال الحوسبة إلى نوع خاص من البرامج أو التطبيقات البرمجية التي تتحكم في جهاز مادي محدد، مما يُمكّن الأجهزة المادية المختلفة من التواصل مع نظام تشغيل الحاسوب. ويتواصل برنامج تشغيل الجهاز مع مكونات الحاسوب المادية عبر نظام فرعي للحاسوب أو ناقل بيانات متصل بالجهاز.

توفر برامج تشغيل الأجهزة واجهة برمجية للأجهزة المتصلة، مما يُمكّن نظام التشغيل والتطبيقات الأخرى من الوصول إلى وظائف ذلك الجهاز. على سبيل المثال، توجد برامج تشغيل للوحات المفاتيح والفأرات والطابعات.

هذه البرامج صغيرة الحجم، لكنها تُمكّن الحاسوب من التفاعل مع الأجهزة والعمل مع الشبكات والتخزين والرسومات.

تعتمد برامج تشغيل الأجهزة على نوع الجهاز وتختلف باختلاف نظام التشغيل. تتواصل هذه البرامج مع أجهزة الحاسوب عبر ناقل بيانات أو نظام اتصالات فرعي متصل بالجهاز.

تُعدّ برامج تشغيل الأجهزة ضرورية لعمل نظام الحاسوب بشكل سليم، فبدونها يتعطل عمل الجهاز، أي يفشل في أداء وظيفته. يستخدم معظم الناس مصطلح " برنامج التشغيل"، بينما قد يستخدم البعض مصطلح "برنامج تشغيل الأجهزة" ، والذي يُشير أيضاً إلى برنامج تشغيل الجهاز.

كيف تعمل برامج تشغيل الأجهزة؟

تعمل برامج تشغيل الأجهزة عادةً بصلاحيات عالية ضمن بيئة تشغيل نظام التشغيل. ترتبط بعض برامج تشغيل الأجهزة مباشرةً بنواة نظام التشغيل، وهي جزء أساسي منه يُدير موارد النظام ومكوناته المادية. تُتيح هذه البرامج اتصالاً وتحكماً أكثر كفاءةً في الأجهزة.

يبقى جزء من نظام التشغيل، مثل ويندوز أو لينكس أو ماك أو إس، مُقيماً في الذاكرة. هذا يعني أن جزءاً من نظام التشغيل يبقى مُحملاً في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) للحاسوب أثناء تشغيل النظام، ويتولى تنفيذ جميع التعليمات البرمجية الأخرى، بما في ذلك برامج تشغيل الأجهزة. تُمرر برامج تشغيل الأجهزة طلبات الوصول إلى الأجهزة والإجراءات من نظام التشغيل وتطبيقاته النشطة إلى الأجهزة المادية المعنية. كما تُرسل مخرجات أو رسائل حالة من الأجهزة المادية إلى نظام التشغيل، وبالتالي إلى التطبيقات.

لا تحتاج معظم البرامج إلى معرفة كيفية التعامل المباشر مع الأجهزة بفضل وظيفة برامج تشغيل الأجهزة. بدلاً من ذلك، يحتاج البرنامج وبرنامج التشغيل فقط إلى معرفة كيفية التفاعل مع بعضهما البعض.

في أغلب الأحيان، تُثبّت برامج التشغيل تلقائياً ولا تتطلب أي تدخل إضافي. مع ذلك، قد تتطلب بعض برامج التشغيل تحديثاً دورياً.

الغرض من برامج تشغيل الأجهزة

تُعدّ برامج تشغيل الأجهزة ضرورية لتمكين الحاسوب من التفاعل مع أجهزة محددة. فهي تُعرّف الرسائل والآليات التي من خلالها يستطيع الحاسوب (نظام التشغيل والتطبيقات) الوصول إلى الجهاز أو إرسال طلبات إليه لتنفيذها. كما أنها تتولى معالجة استجابات الجهاز ورسائله لإرسالها إلى الحاسوب.

تعمل برامج تشغيل الأجهزة بشكل أساسي كمترجم بين الأجهزة المادية ونظام التشغيل والتطبيقات المتصلة بها.

أنواع برامج تشغيل الأجهزة

تنتمي الأجهزة المادية عادةً إلى فئة محددة، مثل تقنية البلوتوث أو شبكات 802.11xx اللاسلكية. يبدأ إنشاء أي برنامج تشغيل لجهاز معين بالعمل ضمن إطار فئته. ضمن هذه الفئة، يندرج نوع معين من الأجهزة (مثل أجهزة الصوت بتقنية البلوتوث، أو لوحات المفاتيح، أو الفأرات) ضمن إطار برنامج تشغيل ذي صلة.

أخيرًا، بالنسبة لجهاز معين، ضمن إطاري فئته ونوعه، يتفاعل برنامج التشغيل الخاص به مع ذلك الجهاز باستخدام مجموعة الأوامر الأصلية وقدرات معالجة البيانات، كما هو مُعرّف ومنشور من قِبل الشركة المصنعة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبرامج تشغيل الأجهزة الوصول إلى الأجهزة المادية - الأجهزة الفعلية - أو الأجهزة الافتراضية التي تُحاكي الأجهزة في برنامج حاسوبي. يُطلق على النوع الأول اسم برامج التشغيل المادية، بينما يُطلق على النوع الثاني اسم برامج التشغيل الافتراضية.

توجد أنواع عديدة من برامج تشغيل الأجهزة، منها ما يلي:

• برامج تشغيل BIOS: تتولى هذه البرامج مسؤولية تشغيل الحاسوب، وإجراء اختبارات بدء التشغيل، وتوفير برامج التشغيل للأجهزة الأساسية. توجد برامج تشغيل BIOS في ذاكرة القراءة فقط.
• برامج تشغيل الكتل: توفر هذه البرامج وصولاً منظماً إلى الأجهزة، وتستخدم مخازن مؤقتة لنظام الملفات لتقليل عمليات الإدخال/الإخراج.
• برامج تشغيل الأحرف: توفر هذه البرامج وصولاً غير منظم إلى الأجهزة ذات الصلة، حيث يتم نقل البيانات من وإلى الأجهزة دون استخدام عناوين أجهزة محددة. كما توفر واجهات لأوامر التحكم في الإدخال/الإخراج، وتعيين الذاكرة، واستطلاع الأجهزة.
• برامج تشغيل نواة النظام: يتم تحميل هذه البرامج مع نظام التشغيل للأجهزة الأساسية مثل المعالجات، مما يُتيح اتصالاً وتحكماً أكثر كفاءة في الأجهزة. تعمل هذه البرامج على شكل طبقات، حيث تقوم برامج التشغيل ذات المستوى الأعلى بتصفية البيانات قبل تمريرها إلى برامج التشغيل ذات المستوى الأدنى.
• برامج تشغيل اللوحة الأم: تُتيح هذه البرامج عمليات الحاسوب الأساسية وتوصيل الأجهزة الطرفية في نظام التشغيل. وهي خاصة بنماذج شرائح معينة، وقد تحتاج إلى برامج تشغيل إضافية لتحقيق الأداء الكامل. برامج تشغيل مفتوحة المصدر. تتوفر هذه البرامج مجانًا بموجب ترخيص مفتوح المصدر. وهي غالبًا ما تكون شفافة، حيث أن شفرة المصدر متاحة للجميع، مما يتيح فحصها بحثًا عن أي برامج ضارة.
• برامج تشغيل مُصنِّعي المعدات الأصلية: تُنشئ شركات تصنيع المعدات الأصلية برامج التشغيل هذه. وهي برامج تشغيل احتكارية تُثبَّت بشكل منفصل لتمكين وظائف الأجهزة الإضافية.
• برامج تشغيل الأجهزة في وضع المستخدم: تعمل هذه البرامج في وضع المستخدم وتُدير الأجهزة الخارجية التي قد يتصل بها المستخدمون. في نظام ويندوز، تعمل هذه البرامج كوسيط بين التطبيقات وبرامج تشغيل وضع النواة.
• برامج تشغيل الأجهزة الافتراضية: تتحكم هذه البرامج في الأجهزة الافتراضية. تُحاكي برامج تشغيل الأجهزة الافتراضية مكونات الجهاز المضيف.

كيف تتفاعل برامج تشغيل الأجهزة مع الأجهزة المادية؟

لتمكين برامج تشغيل الأجهزة من التفاعل مع المكونات المادية، يمكن استخدام برنامج تشغيل الجهاز الافتراضي. كما توجد برامج تشغيل الأجهزة الافتراضية (VxD) التي تُدير الجهاز الافتراضي. في بعض الأحيان، نستخدم نفس المكون المادي افتراضيًا، وفي هذه الحالة يتحكم برنامج التشغيل الافتراضي في تدفق البيانات من التطبيقات المختلفة التي يستخدمها المستخدمون المختلفون إلى نفس المكون المادي. 

من الضروري أن يحتوي جهاز الكمبيوتر على برامج التشغيل اللازمة لجميع مكوناته لضمان تشغيل النظام بكفاءة. توفر الشركات المصنعة العديد من برامج التشغيل منذ البداية، كما يمكننا لاحقًا إضافة أي برنامج تشغيل مطلوب لنظامنا.

كيف تستخدم تقنية الويب برامج تشغيل الأجهزة؟

لا تستخدم التقنيات المستندة إلى الويب عادةً برامج تشغيل الأجهزة. فهي تعتمد في الغالب على نظام التشغيل ومتصفحات الويب للتحكم في الأجهزة. تُعد برامج تشغيل الأجهزة برامج منخفضة المستوى تتفاعل مباشرةً مع نظام التشغيل، الذي بدوره يتواصل مباشرةً مع الأجهزة. يوفر المتصفح طبقةً من التجريد للأجهزة لتطبيقات الويب. وبهذه الطريقة، عندما يرغب تطبيق ويب في الوصول إلى بعض الأجهزة، فإنه يستخدم واجهات برمجة التطبيقات (APIs) التي يوفرها المتصفح. تتواصل هذه الواجهات مع نظام التشغيل، الذي بدوره يتواصل مع الأجهزة عبر برامج تشغيل الأجهزة المناسبة. يتيح هذا الترتيب الطبقي لتطبيقات الويب العمل على مختلف الأجهزة دون الحاجة إلى معرفة تفاصيل برنامج التشغيل.

أمثلة على برامج تشغيل الأجهزة

فيما يلي بعض الأمثلة على برامج تشغيل الأجهزة:

1. برنامج تشغيل الطابعة

برنامج يستخدمه الحاسوب للتواصل مع الطابعة. يعمل هذا البرنامج كمترجم لأوامر الطباعة إلى لغة تفهمها الطابعة، وينقل التعليمات مثل حجم الورق وجودة الطباعة، كما ينقل رسائل الحالة من الطابعة إلى الحاسوب. تختلف إصدارات برامج تشغيل الطابعة باختلاف طراز الطابعة ونظام التشغيل.

2. برنامج تشغيل بطاقة الرسومات

يتحكم هذا البرنامج في تفاعل نظام التشغيل مع وحدة معالجة الرسومات (GPU). وهو مسؤول عن إخراج العرض، وتسريع الرسومات ثلاثية الأبعاد، وفك تشفير الفيديو، ويتضمن إدارة الطاقة. تعمل برامج تشغيل الرسومات على تحسين أداء الألعاب والتطبيقات كثيفة الرسومات، وتتضمن في الغالب لوحة تحكم تُستخدم لضبط إعدادات العرض.

3. برنامج تشغيل بطاقة واجهة الشبكة (NIC)

يُمكّن هذا النظام من التواصل مع محول الشبكة. فهو يُهيئ حزم البيانات للإرسال والاستقبال عبر الشبكة، ويُهيئ خصائص الشبكة مثل السرعة ووضع الإرسال والاستقبال المتزامن، ويُثبّت البروتوكولات اللازمة للاتصال السلكي أو اللاسلكي. كما تتضمن برامج تشغيل بطاقة الشبكة ميزات مثل خاصية التنبيه عبر الشبكة المحلية (Wake-on-LAN) وتصفية الحزم.

4. برنامج تشغيل الصوت

يُطوّر هذا البرنامج التفاعل بين نظام التشغيل وبطاقة الصوت أو شريحة الصوت. فهو يُنظّم مدخلات ومخرجات الصوت، وإدارة تدفقات الصوت المتعددة، والمؤثرات الصوتية. كما أنه مسؤول عن التحكم في مستوى الصوت. تتضمن العديد من برامج تشغيل الصوت أيضًا أدوات لضبط مُعادل الصوت، والصوت المحيطي، وتحسين أداء الميكروفون.

5. برنامج تشغيل وحدة تحكم USB

يُمكّن هذا النظام أنظمة التشغيل من التواصل بسلاسة مع منافذ USB من خلال اكتشاف الأجهزة، وإدارة بروتوكولات تدفق البيانات، والتحكم في طاقة أجهزة USB ، ودعم مجموعة واسعة من معايير USB، مثل 2.0 و3.0، وغيرها. يُعدّ هذا النوع من الوظائف بالغ الأهمية لتمكين اكتشاف أجهزة USB واستخدامها، مثل الفأرة ولوحة المفاتيح ومحركات الأقراص الخارجية.

لماذا تُعدّ برامج تشغيل الأجهزة بالغة الأهمية للأمن السيبراني؟

برامج تشغيل الأجهزة ليست مجرد متطلبات تقنية، بل هي مكونات حساسة أمنياً تعمل بالقرب من طبقة الأجهزة. ونظراً لتمتعها بصلاحيات وصول مميزة إلى نواة النظام، فإن برنامج التشغيل المخترق قادر على تجاوز إجراءات الأمان التقليدية .

• توسيع سطح الهجوم: بإمكان الجهات الخبيثة إدخال ثغرات أمنية في برامج التشغيل القديمة أو سيئة التوقيع، مما يمنحها إمكانية الوصول إلى مستوى النواة.
• تثبيت الروتكيت: يستغل مجرمو الإنترنت ثغرات برامج التشغيل لتثبيت برامج التجسس الخفية، التي تخفي البرامج الضارة وتتجنب اكتشاف برامج مكافحة الفيروسات.
• التحكم غير المصرح به في الأجهزة: يمكن لبرنامج تشغيل مخترق التلاعب بوظائف الأجهزة، على سبيل المثال، تسجيل ضغطات المفاتيح أو تعطيل محولات الشبكة.
• انتحال التوقيع الرقمي: قد يقوم المهاجمون بتزوير أو إساءة استخدام الشهادات الرقمية الشرعية لخداع الأنظمة وتثبيت برامج تشغيل غير آمنة.

الخلاصة

برنامج تشغيل جهاز الكمبيوتر هو برنامج أساسي يمكّن نظام التشغيل من التفاعل مع أجهزة محددة. فهو يُسهّل عملية ربط تعليمات نظام التشغيل بالأجهزة، أو العكس. باختصار، برنامج التشغيل هو برنامج يساعد في ترجمة تعليمات نظام التشغيل إلى الأجهزة المتوافقة، أو العكس، مما يُمكّن الجهاز من العمل بسلاسة تامة، مثل طباعة المستندات أو تشغيل الصوت.

تُصنّف برامج تشغيل الأجهزة عمومًا إلى فئتين: برامج تشغيل وضع النواة، التي تُشكّل جزءًا من نظام التشغيل، وبرامج تشغيل وضع المستخدم للأجهزة التي يُضيفها المستخدم. تسمح برامج تشغيل الأجهزة الافتراضية بمشاركة الأجهزة المادية بين تطبيقات متعددة. يُعدّ تثبيت برامج تشغيل الأجهزة أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء الفعال والكفاءة للنظام، ولضمان توافق جميع مكونات الأجهزة وعملها بشكل سليم.