مروری بر سیستم عامل های WIN NT وXINU و MINIX و UNIX

ویندوز NT نسبت به سیستمهای عامل OS/2 و UNIX و ویندوز 16 بیتی دارای برتری‌هایی است كه این خصوصیات و امكاناتی كه ویندوز NT دارد، با یك سیستم عامل یا بیشتر نیز قابل دسترسی است. ولی هیچ‌كدام از سیتم عاملها قابلیتهای ویندوز NT را ندارد. در این قسمت مهمترین خصوصیات NT را معرفی می‌كنیم و یكسری خصوصیات كلیدی NT را شرح می‌دهیم.

1- آدرس‌دهی 32 بیتی

در انیجا لازم است توضیحی در مورد اینكه آدرس چیست و نحوة آدرس‌دهی كه میكروسافت DOS چگونه است بدهیم. آدرس كلاً محل یك بایت از اطلاعات در حافظه كامپیوتر یا Mass storage می‌گویند. آدرس بر دو نوع است. آدرس می‌تواند فیزیكی و یا می‌تواند مجازی باشد.

1-1- آدرس‌دهی فیزیكی: به بایت دادة معین در محل فیزیكی معینی از حافظه یا دیسك اشاره می‌كنند.

2-1- آدرس‌دهی مجازی: به آدرس منطقی (نرم‌افزاری) اشاره می‌كند كه سیستم عامل به آدرس فیزیكی معینی اشاره می‌كند.

مطلب قابل توجه در انیجا این است كه ویندوزNT از بین دو آدرس‌دهی، از آدرس‌دهی مجازی استفاده می‌كند كه برای هر درخواست اصولاً چهار گیگابایت اختصاص داده می‌شود كه البته 2 گیگابایت آن برای سیستم عامل منظور می‌شود.

به دنبال پیشرفت مایكروسافت DOS به دلیل محدودیتهای حافظه، میكروپروسسورهایی از قبیل 8086 و 8088 شانزده بیتی كه یك فضای آدرس‌دهی بیست بیتی را عرضه می‌داشتند طراحی كردند. یعنی در واقع این میكروپروسسورهای می‌توانستند یك مگابایت از حافظه را به طور فیزیكی آدرس‌دهی كنند. با توجه به این كه بیست بیت به خوبی در كلمه (word) شانزده بیتی جای نمی‌گرفت مهندسین INTEL برای دستیابی به هر آدرس، طرحی به نام تقسیم حافظه ارائه دادند.

در این نوع آدرس‌دهی آمدند یك مگابایت را به 16 قسمت تقسیم كردند كه هر قسمت 64 كیلوبایتی با ghunk بود. این كار بدین دلیل بود كه برنامه‌نویسان اصولاً در پردازنده‌های 8 بیتی قدیمی مانند INTEL 8085 و ZILOG Z80 با آدرس‌دهی 64 kdyte آشنایی داشتند.

برای اینكه برنام‌نویسان بتوانند به هر آدرسی در داخل فضای آدرس یك مگابایتی دست پیدا كنند آدرس حافظه فیزیكی محاسبه شد. (قسمت در 16 ضرب كرده و سپس یك offset به آن اضافه می‌شود. نتیجه به بایت مورد نظر اشاره می‌كند.) بقیة پردازنده‌های 6 بیت مانند 68000 Motorola از آدرس‌دهی خطی استفاده می‌كردند كه هربیت از حافظه مستقیماً و بدون استفاده از offset & segment آدرس‌دهی می‌كرد. و علاوه بر تسهیلاتی مانند MS-DOS 5.0 و windows 3.1، طراحان زیادی طرحهای خود را برای آدرس‌دهی و بیش از 640 كیلوبایت حافظه پیشنهاد كردند. می‌توان از معروفترین نمونه‌ها  QEMM QUALAS’ 386 MAو QUARTERDECK’S را نام برد.

كل این و طرحها حافظة مورد استفاده را بیش از حد 640 كیلوبایتی بسط داند، ولی مجبور كردن آنها به كار با یك موقعیت خاص PC و دنبالة درخواستها و تسهیلات نرم‌افزاری معمولاً یك هدر كردن زمان، پردازش خنثی‌كننده است. همیشه این‌طور به نظر می‌رسد كه حداقل یك درخواست مهم با یكی از تسهیلات با مدیریت حافظة شما سازگار نیست.

اولین پردازنده كه فضای آدرس‌دهی خطی را به كار برد و نیز با DOS سازگاری داشت INTEL 386 بودكه می‌بایست تقسیم‌بندی حافظه در كنار آن احتیاج به مدیریت شخص ثالث را حذف كرد كه در واقع فضای آدرس‌دهی 32 بیتی INTEL 386 با برنامه‌ها نوشته شده برای پردازنده‌های INTEL قبلی سازگاری نداشت.

این برنامه‌های ناسازگار، DOS و تمام برنامه‌های اجرا شده تحت DOS بودند. برایایجاد سازگاری با DOS و درخواستهای آن INTEL یك طریقة دیگر آدرس‌دهی را طرح كرد بنام Real Mode .

این نوع آدرس‌دهی با سایر نرم‌افزارهای قبل سازگاری داشت ولی متذسفانه در هنگام كار با این نوع آدرس‌دهی یعنی Real moed ، 386 و (486) بیش از یك 8086 خیلی سریع عمل نمی‌كند. DOS كه در مقابل محدودیتهای 8086 و 8088 نوشته شده بود، هنوز بسیار شبیه نسخه سریع حد خود در سال 1981 با تمام محدودیتهای آدرس‌دهی عمل می‌كنند.

دو طریق آدرس‌دهی حافظه:

Real Mode : یك طریقة آدرس‌دهی حافظه است كه از آدرس‌دهی نوع تقسیم‌بندی حافظه یعنی همان segment & offset استفاده می‌كنند. ماننده پردازندة INTEL 8086.

‍‍‍‍‍Protected Mode : یك طریقة دیگر آدرس‌دهی حافظه كه برای دستیابی به بایت حافظه به جای segment & offset از آدرس‌دهی خطی استفاده می‌كند. این نوع آدرس‌دهی مشخصات حفاظت سخت‌افزاری كه windows و windows NT آن را به كار گرفته‌اند، فعال می‌كند.

windows NT برای تهیه آدرس‌دهی 32 بیتی واقعی Trune 32-bit addressing از آدرس‌دهی خطی 386 و 186 و پنتوم (INTELS586) و  همچنین  پردازنده  pisk  همچنون  Mips  و DigtalAlpha   استفاده  می كند.  قابل  ذكر است  كه  دیگر  NT از  سازگار  بودن  با DOS و windos  16بیتی  صرفنظر می كند و دارای طرحی است بنام (viriul dos machine) كه در این  صورت  این  امكان  را به  ویندوز NT می دهد كه بتواند در خواستهای Dos و windows16 بیتی را اجرا كند (بعدا در مورد VDM صحبت خواهیم كرد ) .

مزیت های آدرس دهی 32 بیتی :

 1-توسعه نرم افزار با حذف قسمت بندی حافظ آسانتر و سریع تر می شود.

2- برنامه نویسان دیگر لآزم نیست حافظه مورد در خواستهایشان آشنا باشد .

3-كارسیستم باحذف سربارپردازشی كه موردلزوم مدیریت حافظه است بهبود می یابد.یعنی در  هیچ گونه نیازی به حافظه ثالثی ندارد.رهایی از مدیریت حافظه سازگاریهای   NT واقع ویندوز مختلف سخت افزار ونرم افزار را نیزحذفمی كندیعنی وضعیت استقرارنرم افزار می تواند ساده و 16 بیتی باشد WindowsیاDos  ابتدایی تر از

4- میزان برنامه قابل دسترسی و اندازه داده در آدرس دهی 32 بیتی زیاد می شود.

      ویندوز NT از تركیب برنامه و سیستم با اندازه چهار گیگا با یت كه صدها برابر بزرگتر از حدودقابل اجرا روی بر نامه های DOS و ویندوز 16 بیتی  تشكیل شده است . فایلهای بزرگ كه توسط    ویندوز NT قابل پردازش می باشد  غیر ممكن است كه توسط DOS ویاwindos16 بیتی پردازش شوددر خواست كننده های  (در خواستهای ) پیچیده كه فایلهای بزرگ را پردازش میكنند فقط با ویندوز NT عمل می كندو آن هم فقط به دلیل آدرس دهی 32 بیتی است . در خواستهای پیچیده همچون رزرواسیون، مبادله دارایی وسیستمهای  پردازش طلبهای بیمه است

از دیگر خصوصیات كلیدی ویندوز NT ،حافظه مجازی و یا VM است كه در زیر توضیح می دهیم .

2-VIRTUAL MEMORY   (حافظه مجازی)

        هر در خواست در ویندوز NT میتواند به 4 گیگا بایت حافظه دست پیدا كند (به خاطر فضای 32 بیتی )   

كه البته از مقدار تصور شده برای هر در خواست بیشتر است . دو نوع حافظه اصلی كامپیوتر به شرح زیر است :

RAM :RAM  یا حافظه تصادفی (حافظه دسترسی تصادفی ) از نوع دیگر سریعتر است . مزیتهای آن به شرح زیر است :

     1-PC برای اینكه بتوانند یك بایت داده را در 70 بیلیونیم ثانیه دریافت و بعد ذخیره كننداز RAM  استفاده می كنند

2-برنامه ها به طور مستقیم می توانند به آدرس حافظه بروند و بایت مورد نظر خود را دریافت كنند درواقع بجای اینكه به بلاك مورد نظر در روی دیسك مراجعه كند و با یتها ی بلاك را بایت به بایت بخواند وبه بایت مورد نظر برسد می تواند به طور مستقیم به آدرس حافظه بروند . ترجیحا استفاده از   RAM  را پیشنهاد می كنند.

عیوب استفاده ازRAM :  

     1 -در هنگام قطع برق تمام اطلاعات ذخیره شده در RAMاز بین می رود.این نوع حافظه را VOLATL STORAGE نامیده میشود . در این جا قابل ذكر است كه در بسیاری از كامپیوتر هایی كه قابل حمل هستند

هنگامی كه كامپیوتر خاموش است مقداری برق به حافظه RAM كامپیوترمی رسدكه باعث می شود داده های  ذخیره شده در آن از بین نرود و در هنگام تمام شدن باطری آن اطلاعات در آن با تمام شدن باطری از بین می رود.

        2-عیب دیگر RAM ها در قیمت آن مشاهده می شودوآن نیزگران بودن قیمت RAMها است در واقع هر مگا بایت از RAM ها برای pc ها حدود 35  دلار فروخته می شود . از روی این قیمت می تواند تعداد  RAMهایی كه در یك pc  می توان نصب كردرا حدس زد .اصولا به pc های  kigh-end 8 مگا بایت RAM  وصل می شود و این مقدار را خیلی ها می توانند تا 20 مگابایت افزایش دهند و بعضی نیز این مقدار را به 64  مگابایت میرسانند .برای این امر به RAM با چگالی بالا تری نیاز است كه قیمت آن به ازای هر مگابایت افزایش می یابد ولی فضای فیزیكی كمتری را اشغال میكند نوع دیگر حافظه اصلی در كامپیوتر hard disk است كه در زیر شرح داده شده است :(نوع دیگر حافظه Mass storage  ها هستند كه روی hard disk سواری می شوند.

همان طور كه در بالا گرفته شده نوع دیگر حافظه اصلی Mass storage ها هستند كه بر رویhard disk سوار می شوندhard disk ها به مراتب كند تر از RAM ها هستند .

از نظر قابلیت ذخیره سازی hard disk ها از 40 مگا بایت تا حدود 2 گیگا بایت قابلیت ذخیره سازی دارند .

از نظر قیمت هم  یك pc hard 200 مگابایتی تقریبا 400 دلار ویا به عبارتی دو دلار به ازای هر مگا بایت می باشد كه در مقایسه با قیمت RAM كه در حدود  قیمت یك مگا بایت RAM است . در هنگام قطع برق محتویات hard ها از بین نمی رود به این گونه حافظه Nonvolatile storage می شود .

استفاده از هر دو نوع حافظه برای pc ضروری به نظر می رسد.از RAM برای برنامه های اجرایی و ذخیره.

دادههای حساس هنگامی كه اجرا ضروریست استفاذه می شود واز hard disk   برای ذخیره طولانی اطلاعات در زمانی كه قیمت به ازای هر بایت مهم می باشد، استفاده میشود .

      در این جا یك سئوالی كه پیش می آید این است كه اگر به بیش از RAM قابل ذسترسی نیاز پیدا كردیم چه  می كنیم؟مثلآ فرض كنید كه یك برنامهspreed sheet به دو مگا بایت وRAM  ویك فایل spreed sheetكه به دو مگا بایت احتیاج دارد  داشته باشیم . این سئوال پیش می آید كه آیا فقط به همین 4 مگابایت  نیاز داریم ؟ خود سیستم عامل به مقداری زیاد RAM  احتاج دارد . پس ما میزان لازم RAM برای سیستم عامل و پردازنش speed sheet به طور همزمان در دست نداریم .

            در DOS برای فراخوانی برنامه و داده اگر RAM به مقداركافی نداشتیم مجبوربودیم یك RAM اضافه دیگر خریداری می كردیم وبه PC نصب می كردیم. ولی در ویندوز NT ما راه چاره ای داریم وآن این است كه امكان تبدیل قسمتی از hard  به فضای RAM وجود دارد.به طوری كه در خواستهایی بزرگتر از آن هستند كه در حافظه RAM جای بگیرند ، می توانیم اجرا كنیم . این خصوصیت ویندوزNT  را viriual Memory  نامگذاری كردند . بعدا به طرز كار VM تحت ویندوز NT وتوضیح وشرح آن خواهیم پرداخت .

        در هنگام نصب ویندوز NT (برای اولین )كاربران و یا مدیرسیستم موظف است كه برنامه راه اندازNT را چك كند تا به فضای قابل دسترسی پذیرRAM  وHARDدر سیستم عالملی پی ببرد.برپایه فضای دسترسی پذیر دیسك   RAM یك swap file  ایجاد میكنند كه اندازه آن حداكثر می تواند به اندازه RAM موجود در سیستم  باشد . در هنگام نصب ویندوز NT كاربر میتواند اندازهswap file  را تغییر بدهد . رابطه swap file  با حافظه مجازی از نظر اندازه مستقیم است . یعنی هر چه اندازه  swap file  بزرگ باشد ، حافظه مجازی  نیز  بزرگ میباشد. ولی قابل ذكر است كه بزرگی آن تا اندازه فضای ذخیره سازی فایل ثابت، اذامه خواهد داشت .

اندازه نهایی swap file را جابجایی وظرفیت كل دیسك مشخص می كند.در زیر توضیحی در مورد swap fileو این كه swap file چیست می دهیم .

SWAP FILE

swap file قسمتی از حافظه سخت است كه توسط مدیریت حافظه مجازی بكار می رود كه كارش در واقع نگهداری موقت بخشی از محتویات RAM است تا اینكه به سیستم این امكان داده شود كه  برنامه هلآیی كه از نظر اندازه از RAM قابل دسترسی بزرگترند ،را بتواند اجرا كند.

دنباله بحث :بعد از نصب ویندوز NT  و اجرای آن swap file به عنوان یك انباره موقت برای محتویات RAM بكار برده می شود. در زیر دو وظیفه مهم مدیر حافظه مجازی را بررسی می كنیم:

1-مدیریت  داده ذخیره شده بر روی دیسك وانتقال آدرس داده های روی پایه دیسك به فضای  آدرس دهی 32 بیتی ویندوز NT .در خواست میتواند عملیاتی را بر روی داده انجام دهد بدون اینكه توجه به  این داشته باشد كه داده از نظر فیزیكی دركجا قرارگرفته است.یعنی میتواند عملآیاتی را برروی داده درفضای حافظه مجازی انجام دهد

2-در ویندوز NT  هنگامی كه بخواهند از RAM بیشتر از آنچه كه در دسترس است استفاده كنند این مدیریت حافظه مجازی است كه قسمتی ازRAM رابه swap file منتقل می كندتا اینكه فضایی برای داده های لازم باز كند و در زمان لازم دوباره بهRAM بازگردانده می شود .برای جلوگیری از هدر رفتن زمان ،به جای اینكه داده ها بایت به بایت از RAM به ذیسك ویا از دیسك به RAM منتقل شوند ،این انتقال به این صورت است كه داده های به صورت4kilopages منتقل می شوند نه بایت به بایت.برنامه درخواستی لزومی نداردكه  چیزی در مورد پردازش swaping بداند swaping تكرار شونده روی پاسخ خرابی سیستم وهمچنین روی فعالیتهای سنگین دیسك تاثیر گذار است .

     برنامه ای كه یك فایل راروی فضای آدرس دهی مجازی ویندوزطNT مورد پردازش قرار می دهد(روی  هارد )از نظر سرعت خیلی كند تر از برنامه ای است كه از دادها در داخل RAM استفاده میكند .یعنی برنامه اولی از برنامه دومی كندتر اجرا می شود .مدیریت حافظه مجازی برای این طرحی كه در فایلهای داده ای  خیلی بزرگتر و سیستمهای چند برنامه ای از به وجود آمدنswaping ها خیلی ضروری جلو گیری كند ولی در واقع میزان كار به مقدار RAM قابل دسترس بستگی دارد یعنی هر چه مقدار RAM قابل دسترس بیشترباشد كار كلی بیشتراست ویندوز 16 بیتی هم نیز از حافظه مجازی استفاده می كند ولی در طرز كار آن در ویندوز NT پیچیده تر است .اندازه فضای swap حافظه مجازی در ویندوز 16 بیتی وابسته به مقدار RAMقابل دسترس است وتا  تقریبا اندازه 30 مگا بایت مجاز است .این نكته قابل ذكر است كه اگر كارتصمیم به حذف swap file ها با خاموش كردن حافظه مجازی بگیرد،و به این ترتیب در خواستهای بزرگتری را انجام دهد ،بهswap file این نیاز نیست .

       این حدود اندازه swap file در ویندوز 16 بیتی برایtop disk desk ها (desk top pc ) ها مناسب میباشد .اگر مقدار ram دسترس پذیر شما در حدود 32 مگا بایت یا بیشتر باشد ،كمترین مقدارswap فضای   یكdiskرا اشغال میكنددرحالی كه30مگابایت از فضایseap برای بسیاری تزدز خواستهایRAMبسیار كم  است .ولی ویندوز NT این خصوصیت را دارد كه شما هر مقدار swap  (زیاد وكم )كه نیازدارد ،اختصاص دهید . ولی این موضوع هم هست كه حافظه مجازی نمی تواند جوابگوی تمام مشكلات با شد .این امكان را می دهد (حافظه مجازی )كه با مقداریRAM محدود برنامه های بزرگ را پردازش كنیم ولی بدون توجه به سرعت  پردازش آن یعنی ممكن است سرعت پردازش خیلی كم باشد .در هنگام كار با ویندوز NTهنگامی كه حافظه  مجازی مشغول مبادلهdata بهhard ازRAM بهhard ویا بالعكس است.توجه داشته باشیدكه به محض پایین آمدن كارایی سیستم ،به RAM اضافه كنیم.البته ممكن است كه با اضافه كردن hard سریعتر به اصلاحاتی دست یابیم ولی مزایای بالا بردن مقدار دیسك سریعتر قابل مقایسه با اضافه كردن RAM  نمی باشد .از دیگر خصوصیات (خصوصیت سوم) در زیر توضیح داده می شود .