Операционные системы

 
В работе любой программы можно  выделить три этапа: ввод информации, обработка информации и вывод  результатов. Ввод и вывод информации во всех программах происходит одинаково  с использованием одних и тех  же устройств. Поэтому имеет смысл  один раз написать программы ввода-вывода для каждого устройства и многократно  использовать, вместо того, чтобы писать их заново в каждой отдельной программе. Программы ввода-вывода являются неотъемлемой частью операционной системы. Это первая функция операционной системы –  обеспечить другие программы единым и стандартным доступом к устройствам  ввода-вывода информации.

 

Во время работы на компьютере вы можете запускать различные программы. Запуск других программ можно назвать  второй функцией операционной системы. Чтобы запустить программу, необходимо дать команду операционной системе: “Выполнить данную программу”. В ответ  вместо запуска программы вы можете получить: “Не могу выполнить программу  из-за нехватки памяти”. Так строится диалог между вами и компьютером, который сразу после загрузки компьютера осуществляется с помощью  операционной системы и который  может быть продолжен прикладными  программами при их запуске. Диалог между человеком и компьютером  — это третья функция операционной системы.

 

Во многих операционных системах вы можете выполнять несколько программ одновременно. Причем программы могут  взаимодействовать друг с другом. Как могут несколько программ выполняться на одном процессоре одновременно? Дело в том, что на выполнение каждой программы отводится  маленький отрезок времени, так  называемый квант, по истечении которого начинает выполняться следующая  программа, затем следующая и  так по кругу. Таким образом, создается  иллюзия, что все запущенные программы  работают параллельно. Одновременное  выполнение нескольких программ очень  удобно, например, можно копировать текст и рисунки из одной программы  в другую. Так вот, управление выполнением  одной или нескольких одновременно запущенных программ и обменом информацией  между ними — четвертая функция  операционной системы.

 

На одном диске может  быть записано множество программ, текстов, рисунков. Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой.

 

Файловая система –  общая структура, определяющая в  операционной системе наименование, сохранение и размещение файлов. Различными типами файловых систем являются системы NTFS, FAT и FAT32.

 

Существует несколько  видов файловых структур:

• Линейная структура. Элемент данных определяется порядковым номером элемента в списке. Пример: простой список чего-либо.
• Табличная структура. Элемент структуры определяется пересечением строки и столбца таблицы. Пример: таблица.
• Иерархическая структура. Элементы структуры определяются путем поиска, который ведется от вершины структуры к элементу. Такая структура имеет вид перевернутого дерева. Пример: город/номер школы/класс/номер в классном журнале.

Синонимом файловой системы  является понятие система управления файлами – совокупность средств  операционной системы, обеспечивающих доступ к информации на внешних носителях.

 

Чтобы обратиться к информации на диске (находящейся в файле), надо знать физический адрес первого  сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее кол-во кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно. Операционная система избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама. Для обеспечения доступа к файлам – файловая система ОС организует и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.

 

Элементы файловой структуры:

• стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Boot-сектор);
• таблица размещения файлов (например, FAT) – две копии;
• корневой каталог (Root-Directory);
• область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).

И так, ОС обладает следующими функциями:

• обеспечение программ единым и стандартным доступом к устройствам ввода-вывода информации. Создание файловой системы является важнейшей частью ввода-вывода информации;
• запуск различных программ — загрузка их в операционную систему;
• организация диалога между человеком и компьютером — пользовательский интерфейс;
• управление выполнением одной или нескольких одновременно запущенных программ и обмен информацией между ними (только для многозадачных ОС);
• сетевые операции.

MS DOS

ОС MS DOS — это однопользовательская, однозадачная, несетевая 16-разрядная операционная система, ориентированная на использование на ПЭВМ с микропроцессором Intel 8086 (80286). Эта ОС позволяет полностью использовать возможности Intel 8086 и возможности Intel 80286. Максимальный объем физической памяти: 640 Кб. Максимальный объем памяти, доступный из прикладных программ – 640 Кб. Последние версии MS DOS (начиная с 5.0) могут использовать адресное пространство между 640Кб и 1Мб для размещения своих составных частей и некоторых драйверов, освобождая тем самым память в адресном пространстве 0-640 Кб для использования прикладными программами. DOS предоставляет все ресурсы PC для одной, активной в настоящий момент, программы. Значительно развита файловая система и процессор командного языка. Очень слабая поддержка интерактивных средств взаимодействия с пользователем. На диске может занимать, в зависимости от версии: 1-6 Мб (минимум, при котором можно работать — 100 Кб).

 

Требования к аппаратным средствам IBM PC:

• не хуже: 
  8086/10/640КбRAM/10HDD/CGA
• оптимально: 
  286/287/20/1RAM/80HDD/EGA

ИСТОРИЯ MS DOS

В октябре 1980 г. менеджеры  фирмы IBM занялись поисками ОС для своего 16-разрядного ПК, находящегося в стадии разработки. В тот период на ПЭВМ наиболее широко применялась ОС CP/M (Control Program for MicroComputers) фирмы Digital Research. Не достигнув приемлемых соглашений с Digital Research, фирма IBM обратилась к фирме Microsoft (Билл Гейтс). В тот момент у Microsoft не было соответствующей ОС, но ей была известна небольшая фирма (Seattle Computer Products), которая имела такую ОС. За $50000 Билл Гейтс приобрел права на неё. В дальнейшем эта ОС послужила основой для MS DOS. В ноябре 1980 года Microsoft и IBM подписали договор на разработку ОС для IBM PC. В феврале 1981 г. появилась первая версия PC/MS-DOS, которая работала на IBM PC. В августе 1981 г. — PC DOS 1.0 (эта версия была утверждена для применения на IBM PC).

ОБЗОР ВЕРСИЙ MS DOS

Версии 1.х:

Очень похожа на ОС CP/M (считалась стандартом в тот период). Поддерживался только односторонний формат дискет с объемом памяти 160 Кб (8 секторов,40 дорожек, размер сектора – 512 байт). Начиная с версии 1.25 (PC DOS 1.0), появившейся в мае 1982 г., введён двухсторонний формат дискет с объемом памяти 320 Кб.

 

Версии 2.х:

Версия 2.0 — Март, 1983 г.

Дополнительные возможности:

• работа с жесткими дисками (HDD);
• иерархическая структура файловой системы;
• средства перенаправления ввода/вывода (заимствованы у UNIX);
• концепция устанавливаемых драйверов периферийных устройств (используя файл CONFIG.SYS), что позволило оперативно адаптировать ОС к различным конфигурациям аппаратных средств;
• метки томов (носителей информации);
• атрибуты файлов;
• спулер принтера (специальная программа, позволяющая выводить информацию на принтер в фоновом режиме) — PRINT.com;
• формат дискет на 360 Кб (9 секторов, 40 дорожек, размер сектора 512 байт).

Версии 3.х:

Версия 3.05 — Август, 1984 г.

Дополнительные возможности:

• формат дискет на 1.2 Мб;
• дискеты 3.5" (формат 720 Кб начиная с версии 3.2);
• разбиение HDD на логические диски (размером до 32 Мб), что дало возможность использовать HDD большего, чем 32 Мб объёма;
• улучшена поддержка национальных наборов символов; слабая поддержка компьютерных сетей (начиная с версии 3.1);
• команды (программы): LABEL, ATTRIB, XCOPY, REPLACE (начиная с версии 3.3).

Версии 4.х:

Версия 4.0 — Ноябрь, 1988 г. Несмотря на нововведения MS DOS версий 4.х  не получили широкого распространения.

Дополнительные возможности:

• поддержка графических видеоадаптеров EGA,VGA;
• объем логических дисков — более 32 Мб;
• поддержка стандарта LIM/EMS (драйвер EMM386.sys, доступ к дополнительной памяти ОЗУ на IBM PC AT-386 и выше), что позволило отдельные части MS DOS загружать в дополнительную память;
• программа-оболочка Dos-Shell.

Версия 5.0:

Версия 5.0 – Июль, 1991 г.

Дополнительные возможности:

• эффективное использование ОЗУ;
• дополнительные сервисные программы;
• возможность загрузки ядра MS DOS, в HMA – память (High Memory Area) на IBM PC AT-286 и выше;
• возможность загрузки драйверов периферийных устройств в UMB-память на IBM PC AT-386 и выше;
• для прикладных программ отводится до 640 Кб адресного пространства (0-640 Кб) ОЗУ;
• поддержка HDD до 2 Гб;
• формат 2.88 Мб для дискет 3.5".

Версия 6.0:

Версия 6.0 — Март, 1993 г.

Дополнительные возможности:

• эффективное использование ОЗУ;
• дополнительные сервисные программы;
• программные средства для оптимизации файловой системы на логических дисках (DEFRAG);
• изъяты команды (программы), утратившие актуальность;
• специальная программа MEMMAKER — оптимизация расположения резидентных программ в ОЗУ;
• мультиконфигурационные файлы CONFIG.sys (возможность выбора варианта конфигурации из меню);
• слабая система защиты от вирусов, увеличение доступного дискового пространства (DoubleSpace);
• средства регулирования энергопотребления PC (Laptop, Notebook).

Версия 6.2:

Версия 6.2 — Октябрь, 1993 г.

Все улучшения — в области  повышения надежности работы с данными  на уровне файловой системы.

Дополнительные возможности:

• повышена эффективность существующих команд;
• кэширование CD-ROM (программа SMARTDRV);
• отказ от DoubleSpace без потери информации (позволяет вернуть логический диск в исходное состояние);
• выявление и обход физических дефектов HDD и FDD (SCANDISK), выявление и устранение дефектов в файловой системе (SCANDISK), в том числе и "сжатых" DoubleSpace;
• пошаговое выполнение любого *.bat-файла, в том числе и Autoexec.bat.

ОСНОВНЫЕ СОСТАВНЫЕ  ЧАСТИ MS DOS

MS DOS состоит из следующих  компонентов:

• блок начальной загрузки (размещается в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты)
• модуль взаимодействия с BIOS (IO.sys для версии 5.0 и выше)
• модуль обработки прерываний (MSDOS.sys для версии 5.0 и выше)
• командный процессор (COMMAND.com)
• внешние команды (программы) MS DOS
• драйверы устройств
• файл Config.sys
• файл Autoexec.bat

Блок начальной загрузки, IO.sys, MSDOS.sys образуют ядро MS DOS.

 

Блок начальной  загрузки

размещается:

— в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты,

— в 1-м секторе HDD-диска, в  разделе, отведенном под DOS;

просматривает корневой каталог  системного диска,

проверяет, являются ли первые два файла файлами IO.sys и MSDOS.sys. Если да – загружает их в ОЗУ и передает управление MS DOS. Если НЕТ – появляется сообщение на экране о нажатии какой-либо клавиши пользователем.

 

IO.sys:

Это резидентный модуль (всегда находится в ОЗУ после загрузки, пока включен PC). Взаимодействует с BIOS. Расширяет возможности BIOS или  изменяет ее свойства (где необходимо) с помощью дополнительных драйверов.

 

MSDOS.sys:

Это резидентный модуль. Обеспечивает интерфейс высокого уровня для прикладных программ, содержит программные средства для управления файлами, устройствами ввода-вывода, обработка  исключительных ситуаций (ошибок) и  др. Прикладная программа вызывает функции этого модуля через механизм прерываний (программные прерывания), передавая/принимая информацию к/от MS DOS через регистры CPU и/или области памяти ОЗУ. MSDOS.sys переводит запрос прикладной программы в один или несколько вызовов (IO.sys + BIOS).