Архитектура ПЭВМ. Программное обеспечение ПЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕМА: «АРХИТЕКТУРА ПЭВМ. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЭВМ»

1 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ЭВМ прошли длительный путь развития от первых механических машин до современных ЭВМ. Первые механические машины появились в 17 веке. Они работали на принципе перемещений и базировались на механических часах. Среди изобретателей первых вычислительных машин можно назвать французского изобретателя Блеза Паскаля (1623-1662), немецкого математика Г.В. Лейбница (1646-1717). Развитию вычислительной техники способствовали открытия в различных областях техники. Например, идея программного управления процессом ткачества, реализованная в машине Жаккарда. (1804) была впоследствии применена в ЭВМ.

В настоящее время производство компьютеров использует все последние достижения микроэлектроники. Благодаря этому быстро увеличивается скорость выполнения операций в ЭВМ, растут объемы постоянной и оперативной памяти, появляются новые устройства оперативного хранения информации - флэш-дисководы, вместо мониторов на основе электронно-лучевой трубке в широкий обиход вошли жидко-кристаллические мониторы. По назначению вычислительная техника становится основным средством хранения, передачи и обработки информации.

Персональные ЭВМ: назначение, принципы построения, структура, основные характеристики, стандартный комплект

В настоящее время к стандартному комплекту относят

- системный блок;

- монитор;

- клавиатуру;

- мышь.

До широкого использования ОС Windows, когда MS DOS была широко распространена мышь в состав базового комплекта не входила. Для ее использования требовалось установить ее драйвер. Корпуса системного блока выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Важным параметром корпуса является форм-фактор. Он должен совпадать с форм-фактором материнской платы. Основным форм-фактором сейчас является ATX.

Устройство системного блока показано на рис. 1.

Таблица - Расшифровка аббревиатур к схеме архитектуры компьютера

Аббревиатура	Расшифровка
PCI	Peripheral Component Interconnect
ISA	Industry Standard Architecture
EIDE	Enhanced Integrated Device Electronics
SCSI	Small Computer System Interface
USB	Universal Serial Bas
AGP	Advanced Graphic Port

Характеристика интерфейсов

PCI - это интерфейс локальной шины, связывающий процессор с оперативной памятью, к которой подключены внешние устройства. Частота шины 33 МГц, пропускная способность 132 Мбайт / с. Для 32 разрядной шины пропускная способность 264 Мбайт / с, а при частоте 66 МГц пропускная способность составляет 528 Мбайт / с. Поддерживает режим plug-and-play, т.е. самоустанавливающихся устройств. Суть этого режима состоит в том, что после подключения физического устройства происходит обмен данными между материнской платой и устройством. В его результате устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти. Установка таких устройств происходит с помощью мастеров установки.

ISA - стандарт связи всех устройств системного блока между собой и подключение новых устройств через стандартные разъемы. Пропускная способность шины по этому стандарту 5,5 Мбайт / с и применяется для медленных устройств типа модема или звуковых карт.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок - Структурная схема ПК

USB - универсальная последовательная магистраль. Стандарт определяет взаимодействие с периферийным оборудованием, имеющим последовательный интерфейс. Предусматривает подключение до 256 устройств. Стандарт обеспечивает отсутствие конфликтов между оборудованием. Его можно подключать или отключать, не выключая компьютер. К шине можно подключать клавиатуру, мышь, джойстик и т.д.

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессором, оперативной памятью, портом AGP, и шиной PCI.

«Южный мост» является функциональным контроллером и по существу выполняет функции контроллера дисков, клавиатуры, мыши, принтера, шины USB, модема и др.

AGP - видеоадаптер. Частота работы шины 33 МГц или 66 МГц, пропускная способность 1066 Мбайт / с .

SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс винчестеров (у меня Ultra IDI контроллер, управляющий 2 ж. дисками и 2 CD-дисками).

Шинные интерфейсы материнской платы.

PCI - это интерфейс локальной шины, связывающий процессор с оперативной памятью, к которой подключены внешние устройства. Частота шины 33 МГц, пропускная способность 132 Мбайт / с . Для 32 разрядной шины пропускная способность 264 Мбайт / с , а при частоте 66 МГц пропускная способность составляет 528 Мбайт / с . Поддерживает режим plug-and-play, т.е. самоустанавливающихся устройств. Суть этого режима состоит в том, что после подключения физического устройства происходит обмен данными между материнской платой и устройством. В его результате устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти. Установка таких устройств происходит с помощью мастеров установки.

ISA - стандарт связи всех устройств системного блока между собой и подключение новых устройств через стандартные разъемы. Пропускная способность шины по этому стандарту 5,5 Мбайт / с и применяется для медленных устройств типа модема или звуковых карт.

USB - универсальная последовательная магистраль. Стандарт определяет взаимодействие с периферийным оборудованием, имеющим последовательный интерфейс. Предусматривает подключение до 256 устройств. Стандарт обеспечивает отсутствие конфликтов между оборудованием. Его можно подключать или отключать, не выключая компьютер. К шине можно подключать клавиатуру, мышь, джойстик и т.д.

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессором, оперативной памятью, портом AGP, и шиной PCI.

«Южный мост» является функциональным контроллером и по существу выполняет функции контроллера дисков, клавиатуры, мыши, принтера, шины USB, модема и др.

AGP - видеоадаптер. Частота работы шины 33 МГц или 66 МГц, пропускная способность 1066 Мбайт / с .

SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс винчестеров (у меня Ultra IDI контроллер, управляющий 2 ж. дисками и 2 CD-дисками).

2 ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1 Состав материнской платы

Процессор. Используются семейства процессоров Intel, AMD, Cyrix.

Наиболее распространено семейство процессоров *86: Intel 80286, 386, 486, Pentium. Они все совместимы по принципу «сверху-вниз». Внутри процессоров располагаются регистры: данных, команд, адреса. Шины: команд, данных, адреса. Разрядностью процессора называют разрядность шины команд. Принята 32 разрядная шина команд и адреса и 64 разрядная шина данных. Напряжение питания процессора в современных машинах является пониженным (3, 3,3 В). Процессор работает на повышенной частоте, получающейся умножением частоты генератора материнской платы. Величина этого коэффициента называется коэффициентом внутреннего умножения тактовой частоты процессора. Он составляет величину 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и т.д. Частота работы современных процессоров превосходит 1 ГГц. Процессор имеет сверхоперативную кэш-память, размещенную на кристалле процессора. Обращение к кэш-памяти происходит гораздо быстрее, чем к оперативной. Принимая данные из оперативной памяти, процессор сначала помешает их в кэш-память. При поиске данных сначала процессор обращается к кэш-памяти, и если там он их не находит он обращается к оперативной памяти. Для процессоров Pentium 4 существуют модификации: Xeon, Pentium 4, Celeron.

ПЗУ BIOS. Помимо программ в схеме CMOS содержатся сведения о процессоре и дисках. Схема CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) питается от батарейки.

2.2 Монитор

обладает следующими основными характеристиками:

- частота регенерации изображения (количество смен изображения в секунду). 60 Гц недопустимо, 100 Гц - комфортно;

- размер экрана: 14, 15, 17, 19, 20, 21 дюйм по диагонали;

- размер минимального элемента изображения (пиксела): 0,28 мм - нормально, 0,43 мм - нежелательно;

- класс защиты монитора; ТСО-03 - нормально.

2.3 Клавиатура

Драйверы стандартной клавиатуры включены в BIOS. Работа клавиатуры состоит из следующих событий:

- при нажатии клавиши микросхема клавиатуры вырабатывает скан-код;

- скан-код поступает в порт клавиатуры, расположенный на материнской плате,

- порт вырабатывает сигнал прерывания №9;

- процессор, получив сигнал прерывания, прекращает текущую работу и по номеру прерывания обращается в область ОП, в которой находится вектор прерываний. Он представляет собой список адресов программ обработки прерываний;

- определив адрес программы, процессор переходит к ее выполнению. В результате вырабатывается код символа, соответствующий скан-коду;

- затем обработчик прерываний отправляет полученный код символа в буфер клавиатуры и прекращает свою работу;

- процессор возобновляет выполнение прерванной задачи;

- код символа из буфера клавиатуры считывается другой программой.

Клавиатура содержит некоторые служебные клавиши:

- Print Screen - печать экрана (MS-DOS) или размещение содержимого экрана в буфере обмена (Windows 2000);

- Scroll Lock - переключение режимов работы в некоторых программах;

- Pause/Break - приостановление/прерывание текущего процесса.

Группа клавиш дополнительной панели клавиатуры управляется клавишей Num Lock. Эта группа может быть цифровой или курсорной. Цифровое включение дополнительной панели может быть использовано для набора символов, не представленных на клавиатуре. Например, чтобы набрать символ § следует нажать клавишу Alt и набрать код 0167.

2.4 Мышь

Мышь является нестандартным устройством. Она использует стандартный порт подключения к компьютеру. Драйвер мыши загружается при загрузки ОС. Принцип действия мыши - событийный. Драйвер анализирует момент щелчка по клавише мыши и место расположения курсора. Эти сведения передаются работающей программе, которая выполняет команду, указанную пользователем.

2.5 Диски

Контроллер жестких дисков входит в чипсет. Емкость - несколько десятков гигабайт. Производительность дисков зависит от интерфейса. Интерфейс SCSI обеспечивает самую высокую скорость работы диска. Интерфес E-IDE (Enhanced - увеличивать, усиливать) дешевле, но помедленней. Важный параметр - среднее время доступа (12-18 мс). В моем компьютере установлен Ultra IDI контроллер, обслуживающий 2 жестких диска и два CD-диска.

Стандартом гибких дисков является диск 3,5^”, емкостью 1,44 Мбайт. Если убрать шторку запись станет невозможной.

Дисками большой емкости являются CD (Compact Disk). Cd диски бывают типа CD ROM (read only memory), CD R (recorder) для однократной записи, CD RW (rewrite) - для многократной записи. Важной характеристикой дисковода является его скорость. Единицей измерения скорости является 150 Кбайт / с.

2.6 Видеоадаптер (видеоконтроллер)

Совмещает функции видеоконтроллера, видеопамяти и видеопроцессора. Видеоадаптер SVGA (Super Video Graphic Adapter) обеспечивает воспроизведение 2²⁴ = 16,7 млн. цветов (True Color) и высокое видео разрешение вплоть до 1600*1280 точек.

Под видео ускорением понимается аппаратная обработка вычислительных операций.

2.7 Звуковая карта

Основной технической характеристикой звуковой карты является разрядность АЦП-ЦАП. Минимальное требование к ней 16 битный АЦП-ЦАП. Правило: 32 или 64. Важными параметрами частота дискретизации (частота записи параметров звука), количество каналов записи и воспроизведения звука.

2.8 Переферийные устройства ПК

К ним относят специальные клавиатуры, в том числе беспроводные, манипуляторы: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши. Для ввода графических данных используют сканеры, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Для вывода данных матричные, струйные, лазерные, светодиодные принтеры.

3 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЛОВОЙ И СИМВОЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

3.1 Позиционные системы счисления

Позиционные системы счисления позволяют записывать числа. Элементами ПСС являются символы. Например, в десятичной системе счисления используются символы 0, 1, … , 9. Пусть B основание ПСС, т.е. число, равное количеству символов. Для десятичной СС . В ПСС правильная десятичная дробь представляется в виде

,

где и - число знаков до и после запятой соответственно.

Пример.

Число .

Кроме десятичной применяются двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная СС. В двоичной СС используются символы и , в восьмеричной - , в шестнадцатеричной - .

Пример.

.

3.2 Представление числовой информации в ЭВМ

Для представления чисел в ЭВМ используется двоичная система счисления. Само число может представляться в различных форматах: как натуральное, как целое, с фиксированной запятой, с плавающей запятой, в двоично-десятичном формате и т.д.

Единицы измерения данных

В основу единиц измерения объема данных положена двоичная система счисления.

Единицы измерения данных. Числа в ЭВМ передаются по проводам (шинам) или хранятся в ячейках памяти. На проводе может быть либо нулевой либо высокий потенциал, а ячейка памяти может находиться в одном из двух устойчивых состояниях. Аналогом этих состояний является двоичный разряд. Одному двоичному разряду присвоили новую единицу данных, которую назвали битом.

Остальные внесистемные единицы представлены в табл.

Таблица - Внесистемные единицы измерения объема данных

Наименование	Определение
байт	бит
Кбайт (килобайт)	байт
Мбайт (мегабайт)	Кбайт
Гбайт (гигабайт)	Мбайт
Тбайт	Гбайт

Представление символьной информации в ЭВМ. Для представления символьной информации в памяти компьютера используется ASCII (American Standard Cods for Information Interchange). Этот код состоит из 7 бит. С его помощью можно закодировать символов. Кодировка символов осуществляется числами натурального ряда от 0 до 127. Каждому символу соответствует свое число. Первые значения кодов от 0 до 31 используют для служебных символов. Если эти коды используются в символьном тексте программы, то они на экране не отображаются и считаются пробелами. Потом следуют знаки препинания, специальные символы и знаки операций, числа и т.д. Заглавные буквы латинского алфавита начинаются с 65 и заканчиваются 90, а строчные - с 97 по 122. Если под код символа отводится 8 бит, то еще 128 чисел могут быть использованы для кодирования, например, русского алфавита.

В ОС Windows 2000 используется универсальная система кодирования UNICODE символов. Для кодирования символов используется 16 двоичных разрядов. В эту систему кодирования можно поместить различных символов, что достаточно для размещения символов основных языков планеты.

Представление логической информации в ЭВМ. В Паскале код символа возвращается функцией ord. Под логический тип отводят 1 бит: ord (false) =0, ord(true) =1.

Поля переменной длины имеют размер от 0 до 256 байт.

Кодирование графических данных. Изображение на экране монитора формируется системой светящихся точек. Она называется растром. Каждая точка характеризуется координатами, цветом и яркостью. Для черно-белых изображений общепринята градация 256 оттенков серого цвета, для кодировки которой используется 1 байт.

Считается, что любой цвет можно получить смешением красного (Red), зеленого (Green) и голубого (Blue). Такой способ получения цвета называется RGB. Если для каждого цвета используется 8 бит для градации его интенсивности, то для задания цвета одной точки потребуется 24 бит, позволяющих получить 2²⁴ = 16777216 различных цветов. Это соответствует способности человеческого глаза различать цвета, поэтому такой способ представления графической информации называется полноцветным (True Color).

Если при кодировке цвета используется 16 разрядов, то способ называется High Color.

Если при кодировании цвета используют 8 бит, то метод кодирования называется индексным. Каждому номеру (индексу) ставится в соответствие свой образец цвета, который размещается в справочной таблице - палитре.

Кодировка звуковой информации. При воспроизведении звуков используется метод таблично-волнового синтеза. В специальных таблицах собраны в числовом виде основные параметры звучания всех основных инструментов.

Понятие программного обеспечения (ПО). Программные продукты условно разделяются на три класса:

- системное программное обеспечение;

- прикладные программы;

- инструментарий технологии программирования.

Системное программное обеспечение обеспечивает эффективную и надежную работу компьютера, создает эффективную операционную среду выполнения других программ, проводит диагностику аппаратуры, копирует, восстанавливает и архивирует файлы, обеспечивает интерфейс оператора.

К наиболее распространенным операционным системам относятся MS DOS, Windows 95, OS / 2, NetWare, Windows NT, Unix. В состав системного входят базовое и сервисное программное обеспечение. Базовое программное обеспечение включает в себя операционные систему, оболочку и сетевую систему. Сервисное программное обеспечение расширяет возможности базового и обеспечивает диагностику работы компьютера, вирусную защиту, архивацию файлов, обслуживание дисков и сети.

Операционные оболочки это программы, облегчающие общение пользователя с компьютером. Оболочки могут быть текстовые и графические. К популярным текстовым оболочкам операционной системы MS DOS относятся Norton Commander 5.0 (фирма Symantec), XTree Gold 4.0, Norton Navigator и др. Наиболее популярны графические оболочки Windows.

Программы, входящие в состав сервисного программного обеспечения называются утилитами, например Norton Utilities (корпорация Symantec).

К пакетам прикладных программ относят проблемно-ориентированные, автоматизированного проектирования, общего назначения, интегрированные пакеты (Microsoft Office), офисные, настольные издательские системы, программные средства мультимедиа. Проблемно-ориентированные включают в себя ППП автоматизированного бухгалтерского учета, финансовой деятельности, кадрового учета, управления материальными запасами и производством, банковские информационные системы и т.д. К прикладным программам общего назначения относят СУБД, текстовые и табличные процессоры, средства презентационной графики. К офисным ППП относят органайзеры, программы-переводчики, электронная почта.

4 ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА

Разработчик может создавать программы для себя или для распространения (продажи). В первом случае программы называют утилитарными, а во втором - программными продуктами. К программным продуктам следует относиться также как к любому виду промышленной продукции. Программный продукт должен быть обеспечен сопровождением. Сопровождение программного продукта - это внесение изменений, устранение ошибок, распространение новых версий, и т.д. Основными качественными характеристиками программных продуктов являются:

- алгоритмическая сложность;

- функциональные возможности;

- объем файлов программного продукта;

- требование к операционной системе;

- требуемый объем оперативной и дисковой памяти;

- тип процессора;

- наличие вычислительной сети и др.

Программный продукт должен быть надежным, эффективным, модифицируемым, и должен учитывать человеческий фактор.

Всякий программный продукт обладает своим жизненным циклом. Он включает в себя прогноз сбыта программного продукта и разработку требований к нему, создание программного продукта, его документирование, распространение его на рынке, сопровождение и снятие с продажи. Жизненный цикл измеряется в годах и составляет 2-3 года.

Поскольку компьютерная техника обеспечивает легкость в копировании программ, то программный продукт как товар нуждается в защите. Защита программных продуктов осуществляется программными средствами и юридическими нормами.

Классификация видов ПО. К пакетам прикладных программ относят проблемно-ориентированные, автоматизированного проектирования, общего назначения, интегрированные пакеты (Microsoft Office), офисные, настольные издательские системы, программные средства мультимедиа. Проблемно-ориентированные включают в себя ППП автоматизированного бухгалтерского учета, финансовой деятельности, кадрового учета, управления материальными запасами и производством, банковские информационные системы и т.д. К прикладным программам общего назначения относят СУБД, текстовые и табличные процессоры, средства презентационной графики. К офисным ППП относят органайзеры, программы-переводчики, электронная почта. Инструментарий технологии программирования это программные продукты, на основе которых можно создавать другие программные продукты. Например, к ним можно отнести среду программирования Delphi. Язык программирования является объектно-ориентированным. Программный продукт оснащен высокопроизводительным компилятором, есть средства дружественного интерфейса - набор средств создания меню, библиотеки визуальных форм, возможности работы с базами данных.

Операционная система MS DOS, ее назначение и состав. В минимальный набор системного программного обеспечения входят

- операционная система MS DOS 6.22;

- текстовая оболочка операционной системы Norton Commander 5.0;

- утилиты Norton Utilities.

- графическая оболочка о.с. Windows;

О.С. - сумма программных средств, предназначенных для управления аппаратной частью ПК и прикладными программами.

О.с. не связана прямо ни с одним из языков программирования. Это автономная среда. Любая прикладная программа может работать на разных компьютерах с одинаковой о.с. Однако программа, созданная в одной о.с. не может работать в другой о.с.

Язык о.с. представляет собой сумму команд, выполняющих следующие функции:

- управление работой каждого устройства ПК и их взаимодействием;

- управление выполнением программ;

- интерфейс пользователя и компьютера.

Существует несколько видов о.с.: PC DOS (IBM), DR DOS (Digital Risearch). Однако наибольшее распространение получила MS DOS.

СОСТАВ О.С. MS DOS

MS DOS включает в себя следующие модули:

- BIOS - базовая система ввода-вывода;

- SB (System BootStrap) - системный загрузчик;

- IO.SYS - модуль расширения (EM) BIOS;

- MSDOS.SYS - базовый модуль (BM) ДОС;

- COMMAND.COM - файл командного процессора;

- файлы с расширением .COM, .EXE, .SYS - утилиты и драйверы;

- инструментальные средства программирования, редактирования и тестирования файлов ДОС: QBASIC, EDITOR, DEBAG.

SB, BIOS, EMBIOS, внешние драйверы являются машинозависимой частью о.с. Остальные файлы являются машинонезависимой частью о.с. Все части о.с., кроме BIOS, хранятся на дисках.

Система прерываний. Основной механизм функционирования MS DOS - система прерываний. Прерывание это прекращение выполнения программы и начало выполнения стандартных команд. Прерывания могут быть инициированы аппаратными средствами, логическими проблемами (деление на «0»), программами.

Каждое прерывание имеет номер, с которым связана специальная программа, обрабатывающая прерывание с этим номером. После ее работы управление передается исходной программе. Аппаратные прерывания имеют низшие номера. Их обрабатывает BIOS. Логические и программные прерывания обслуживает базовый модуль MSDOS.SYS.

Модульная структура MS DOS и характеристика ее компонентов.

BIOS - находится в ПЗУ и входит в состав компьютера. BIOS - составная часть любой операционной системы. Она тестирует аппаратную часть компьютера и при обнаружении неисправности выводит сообщения. Она управляет стандартными внешними устройствами: клавиатурой, дисплеем, дисководами, таймером, принтером. BOIS определяет очередность поиска программы-загрузчика о.с. в оперативную память. При ее нахождении она получает управление компьютером.

Программа-загрузчик SB (System BootStrap) - системный загрузчик предназначена для загрузки модуля расширения BIOS и базового модуля.

Помимо драйверов стандартных устройств в о.с. могут входить внешние драйверы. Они обслуживают внешние устройства, либо не входящие в стандартный набор, либо отличающиеся от стандартных по режиму эксплуатации.

EM BIOS, хранящаяся в файле IO.SYS, занимает 40 Кбайт. Файл IO.SYS содержит расширение базовой системы ввода / вывода и является интерфейсом между операционной системой и BIOS. Файл IO.SYS взаимодействует с файлом CONFIG.SYS. Сами драйверы, указанные в файле CONFIG.SYS, размещаются в файлах на диске. После загрузки о.с. отыскивается файл CONFIG.SYS и к операционной системе дополнительно подключаются драйверы устройств, указанных в CONFIG.SYS. EM BIOS запускает базовый модуль о.с.

Базовый модуль (файл MSDOS.SYS) располагается на системном диске вслед за файлом IO.SYS. Он занимает около 32 кбайт. Базовый модуль независим от аппаратной части и может быть заменяемым. Базовый модуль управляет ресурсами компьютера, файловой системой, обрабатывает логические и программные прерывания. С помощью базового модуля создаются файлы на диске, определяется величина занятого и свободного пространства на дисках, происходит управление работой оперативной памяти. Командный процессор (файл COMMAND.COM) имеет размер около 55 кбайт и обеспечивает интерфейс между машиной и оператором. Он состоит из резидентной и транзитной частей. Транзитная часть может вытесняться из оперативной памяти работающей программой. Транзитная часть хранится в виде файлов на диске. Командный процессор предназначается для:

- приема, анализа и выполнения команд с клавиатуры или командного файла;

- выполнения команд;

- загрузки программ для выполнения;

- обработки прерываний по завершении задачи.

Командный процессор, прежде всего, выполняет файл AUTOEXEC.BAT. Выводит на экран монитора приглашение. После ввода оператором команды к.п. анализирует ее. В случае резидентной сразу начинается выполнение команды. Для нерезидентной команды подключаются BIOS и MSDOS.SYS. Они загружают в оперативную память файл команды, которой сразу передается управление.

Такое широко распространенное и ставшее стандартным для любого персонального компьютера устройство как мышь не поддерживается операционной системой. Для использования мыши следует подключить драйвер, который обычно поставляется вместе с этим устройством.

Другие устройства ввода/вывода (сканеры, плоттеры, стримеры и т.п.) также не поддерживаются DOS. Для этих устройств фирмы поставляют драйверы, которые надо подключить к операционной системе.

Несколько дополнительных терминов:

- внешняя команда - программа, обращающаяся к пользователю с простыми запросами или без них;

- внешний драйвер - программа, выполняющаяся без диалога, поставляющаяся отдельно от MS DOS, обычно поставляющаяся вместе с внешним устройством;

- утилита - полезные программы с интерфейсом в виде меню или запросов.

Таблица - Функции и местонахождение компонентов DOS

Компонент	Место нахождения	Функции на этапе
		загрузки DOS	функционирования DODS
BIOS	ПЗУ	Тестирование ПК, инициализация векторов прерывания нижнего уровня, считывание в память внесистемного загрузчика.	Управление стандартными ПУ.
NSB	Стартовый сектор жесткого диска	Считывание в память SB, запуск SB.
EM BIOS	Файл IO.SYS.	Установка ПУ в исходное состояние, подключение драйвера сжатых дисков DBLSPACE.BIN, конфигурирование DOS по указаниям в файле CONFIG.SYS, инициализация и переустановка векторов прерываний нижнего уровня, запуск BM DOS.	Организация интерфейса с BIOS, расширение возможностей BIOS.
Внешние драйверы устройств.	Отдельные файлы.		Управление нестандартными ПУ, управление стандартными ПУ нестандартным способом.
BM DOS	Файл MSDOS.SYS	Инициализация векторов прерываний верхнего уровня, считывание в память COMMAND.COM, запуск COMMAND.COM.	Управление аппаратной часть ПК и выполняемыми программами.
Командный процессор	Файл COMMAND.COM	Инициализация трех векторов прерываний, которые он обрабатывает, выполнение файла AUTOEXEC.BAT.	Прием команд DOS с клавиатуры, выполнение внутренних команд, загрузка программ в память для выполнения, обработка прерываний по завершении задачи.
Утилиты	Отдельные файлы.		Выполнение внешних команд DOS, реализация сервисных услуг в интерактивном режиме
Инструментальные средства	Отдельные файлы.		Разработка программ, подготовка текстовых документов.

5 РАЗМЕЩЕНИЕ MS DOS НА ДИСКЕ И В ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ. FAT

О.с. MS DOS постоянно хранится на жестком диске. Помимо этого ее надлежит хранить на гибком диске, называемым системном. Диск состоит из секторов, т.е. участков диска вдоль дорожек длиной 128, 256, 512, 1024 байт.

Структура системного диска:

- системный загрузчик, занимающий 0 сектор;

- с 1-го по 18-го секторов отведены для основной и дублирующей таблиц размещения файлов FAT (File Allocation Table), в которых хранятся номера кластеров, выделенных под каждый файл;

- с 19-го по 32-го секторов занимает главный каталог;

- вслед за главным каталогом располагается системная область, занимающая 77 Кбайт для двух модулей IO.sys и MSDOS.sys;

- затем располагается область пользователя, занимающая 55 Кбайт, в которой хранится файл COMMAND.COM.

Таким образом, все диски вплоть до 32 сектора совпадают. Кластер = сектору, т.е. составляет 512 байт. Дисковое пространство состоит из пронумерованных кластеров. Каждому кластеру соответствует своя ячейка FAT. Число ячеек FAT совпадает с количеством кластеров на диске. Каждая ячейка содержит номер какого-либо, либо символ окончания файла, свободного или поврежденного кластера.

В каталоге наряду с атрибутами файла хранится номер первого кластера файла. По этому номеру считывается первая часть файла. Следующая часть файла считывается с того кластера, номер которого хранится в ячейке FAT таблицы номером считанного кластера. И т.д. В ячейке FAT, номер которой совпадает с последним кластером файла хранится признак конца файла - символ FFFF. Из-за важности FAT-таблицы на диске содержится ее копия, которой можно воспользоваться при повреждении оригинала.

6 ЗАГРУЗКА MS DOS В ОПЕРАТИВНУЮ ПАМЯТЬ С ДИСКА

При включении компьютера в сеть управление получает BIOS. Она осуществляет тестирование всех основных частей компьютера и оперативной памяти. При положительном результате тестирования происходит поиск мета расположения системного загрузчика. Очередность обращения к дискам определяется при настройке о.с. Загрузчик отыскивается в нулевом секторе дисков. После обнаружения загрузчика ему передается управление. Он отыскивает файлы IO.SYS и MSDOS.SYS, которые загружаются им в оперативную память. Затем считываются и загружаются резидентные драйверы. Анализируется содержимое файла CONFIG.SYS, загружаются описанные в этом файле драйверы. Сначала загружаются драйверы, описанные параметром DEVICE, затем (только в MS-DOS версии 4.х и 5.0) резидентные программы, указанные операторами INSTALL. После этого считывается командный процессор и ему передается управление. Командный процессор состоит из резидентной и транзитной частей. (Его резидентная часть обрабатывает прерывания INT 22H, INT 23H, INT 24H.)

После этого загружается и выполняется файл Autoexec.bat. Он выполняет настройку операционной среды. Все команды этого программного файла выполняются автоматически сразу после загрузки о.с.

Уточнение. Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, головка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record). Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с жесткого диска помещается по адресу 7C00:0000, после чего ей передается управление. Главная загрузочная запись просматривает таблицу разделов и находит активный раздел. Если активных разделов несколько, на консоль выводится сообщение о необходимости выбора активного раздела для продолжения загрузки. После того как активный раздел найден, главная загрузочная запись считывает первый сектор раздела в оперативную память. Этот сектор содержит загрузочную запись (Boot Record), которой главная загрузочная запись и передает управление. Загрузочная запись активного раздела выполняет загрузку операционной системы, находящейся в активном разделе.

Таким образом, загрузка операционной системы с жесткого диска - двухступенчатый процесс.

7 РАЗМЕЩЕНИЕ MS DOS ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

Операционная система располагается в непосредственно адресуемой оперативной памяти, объем которой составляет 1024 Кбайт (2²⁰). Основная часть ядра о.с. занимает приблизительно 110 Кбайт, начиная с младших адресов. В области старших адресов располагается транзитная часть командного процессора. Она автоматически удаляется при нехватке памяти для прикладной программы. При объеме оперативной памяти в 640 Кбайт для прикладных программ остается приблизительно 530 Кбайт.

Непосредственно адресуемая память	Расширенная память
Обычная память (CMA)	Верхняя память (UMA)	Высокая память (HMA)
640 кбайт	384 кбайт	64 кбайт

1024 кбайт expanded (дополнительная) extended (расширенная) Распределение пространства оперативной памяти после загрузки операционной системы.

Старшая память	384 Кбайт	1024 Кбайт
Транзитная часть командного процессора COMMAND.COM		640 Кбайт. Основная память
Область пользователя
Резидентная часть командного процессора COMMAND.COM	110 Кбайт
Базовый модуль MSDOS.SYS
Модуль расширения IO.SYS
Таблица векторов прерываний

Общая схема работы DOS. На рис. 1.1 показаны функциональные связи программы с программно-аппаратным обеспечением IBM PC.

Рисунок 1 - Функциональные связи программы для MS-DOS с программно-аппаратным обеспечением ПЭВМ

Эти подсистемы общаются с аппаратурой через BIOS, драйверы или напрямую. Прикладное программное обеспечение может вызывать подсистемы DOS, работать с BIOS или непосредственно с аппаратурой. Обратите, однако, внимание на то, что прикладные программы могут обращаться к драйверам только через соответствующую подсистему DOS.

8 ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА

Для обращения к файловой системе прикладная программа должна использовать специально предназначенные для этого функции прерывания DOS. Эти функции выполняют все файловые операции - создание, удаление файлов и каталогов, буферизованная и не буферизованная запись или чтение, получение справочной информации о состоянии файловой системы и другие.

Информация на магнитных дисках хранится в файлах. Файл - это область на диске, где хранится информация. Файл имеет имя. Файлы бывают двоичными и текстовыми. Имя файла состоит из имени и расширения. Имя файла состоит не более чем из 8 символов. Расширение - необязательная часть имени файла. Однако многие программы осуществляют поиск файлов, используя их расширения. Имя и расширение разделяются точкой. Пример, .sys, .exe, .pas, .bat и т.д.

Файлы хранятся в каталогах. В одном каталоге может хранится несколько файлов. Имена каталогов составляются по тем же правилам, что и имена файлов, но без расширения и точки. Каталоги могут входить в состав других каталогов. Из всех каталогов выделяется корневой. Он содержит файлы и каталоги первого уровня. В каталогах первого уровня могут содержатся файлы и каталоги второго уровня и т.д. Каталог, в котором работает пользователь, называется текущим.

Полное имя файла может иметь следующий вид

A:\pos1\telex.doc.

Каталог и атрибуты файла

Каталог - специальный файл, в котором регистрируются другие файлы. В каталоге содержится описание файла: имя, атрибут, дата и время создания, размер, номер первого кластера файла. Остальные сведения о размещении файла располагаются в ФАТ. Отличие каталога от файла:

- каталог имеет атрибут Directory;

- каталогу сопоставляется нулевая длина;

- дата и время создания каталога не изменяются.

Корневой каталог именуется \. Он единственен, не может быть удален и формируется при форматировании дискеты.

В каталоге хранятся атрибуты файла. К ним относятся:

- archive - файлы, которые не подвергались резервному копированию и в которые можно писать и читать. После архивации программа резервного копирования осуществляет сбрасывание этого атрибута. Если файл меняется, то DOS восстанавливает атрибут A.;

- system - системные файлы, входящие в ОС MS DOS;

- hidden - скрытие имени файла для команды Dir;

- read only - только для чтения (файл нельзя удалить или изменить);

- directory - каталог;

- volume - метка тома.

Атрибут может быть комбинированным, например, RHSA.

Файлы имеют также свойство Normal (True, false). Если True, то файл без атрибутов.

При удалении файла происходит следующее:

- первый символ имени файла в каталоге помечается как удаленный;

- все элементы ФАТ файла помечаются как свободные;

- содержимое кластеров не меняется.

Маршрут - перечень каталогов, ведущих к файлу.

Полный маршрут - начинается с корневого каталога и обозначается символом \.

Неполный маршрут начинается с текущего каталога.

Каталог имеет два элемента:

- ссылка каталога на самого себя;

- наличие родительского каталога.

Стандартные расширения:

COM - файл с программой размером менее 64 кбайт;

EXE - файл с программой неограниченного размера;

BAT - текстовый файл с командами;

SYS - системный файл или файл с драйвером;

BIN - файл с драйвером;

TXT - текстовый файл;

DOC - файл с текстом;

BAK - резервная копия;

$$$ - временный файл, созданный программой.

Файлы с расширением COM, EXE, BAT называются исполняемыми.

Символы-заменители ? и *.

9 ЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ДИСКИ

Накопители на магнитных дисках нумеруются латинскими буквами A, B, C и т.д. В о.с. жесткий диск может быть разделен на участки, называемые разделами. На одном физическом диске могут быть разделы, принадлежащие разным операционным системам. Один из разделов - активный, операционная система загружается из активного раздела. Внутри каждого раздела можно создавать логические диски (C:, D:, E:, F: и т.д.). Первый из них является системным.

Если в компьютере достаточно оперативной памяти, то часть ее можно отвести под электронный диск. Работа с таким диском будет происходить значительно быстрее, однако вся информация на нем стирается при выключении компьютера. Для работы с электронным диском в файл CONFIG.SYS следует включить драйвер электронного диска. Разбиение жесткого диска на разделы, а разделы на логические диски осуществляется утилитой FDISK.

10 ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК

Это принтер, мышь и клавиатура. DOS может обслуживать три параллельных порта LPT1, LPT2, LPT3, четыре последовательных порта COM1-COM4, фиктивное устройство NUL и устройство CON -консоль (клавиатура и дисплей).

Интерфейс передачи данных последовательного порта называется RS-232. Через последовательный порт информация передается по битам, а через параллельный порт - по байтам, т.е. символами. С дисками обмен информацией происходит секторами по 512 байт.

Диски. На рисунке показано, как могут быть подключены к машине AT несколько различных дисководов:

Рисунок

Диски CD ROM (Compact-Disk, Read-Only Memory) - это диски, которые по своему формату и технологии записи информации напоминают компакт-диски для записи звука. Они имеют диаметр 120 миллиметров и могут содержать порядка 600 мегабайтов информации. Эта информация записывается один раз и впоследствии может только читаться, как из постоянного запоминающего устройства.

WORM-диски (CD-R) (Write Once, Read Many) предназначены для однократной записи и многократного считывания данных. Эти диски наилучшим образом подходят для архивного хранения информации, например, содержимого обширных баз данных.

Стираемые диски (CD-RW) могут многократно использоваться для записи и чтения информации. Это самые дорогостоящие дисковые накопители.

Основной недостаток лазерных накопителей - относительно невысокое быстродействие по сравнению с традиционными накопителями на жестких дисках. Однако этот недостаток постепенно преодолевается и, по-видимому, оптические накопители скоро получат широкое распространение, особенно для работы с большими архивами и базами данных.

Для работы с оптическими накопителями используются специальное программное обеспечение.

11 НАСТРОЙКА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ФАЙЛА КОНФИГУРАЦИИ CONFIG.SYS

вычислительный техника операционный система

Файл конфигурации CONFIG.SYS предназначен для загрузки в оперативную память компьютера драйверов устройств, подключенных к нему (памяти, клавиатуры, принтера, мыши и т.д.). При его отсутствии параметры конфигурации операционной системы устанавливаются по умолчанию.

Файл CONFIG.SYS является текстовым и создается в любом редакторе. Каждая его команда занимает отдельную строку и имеет следующий формат

Имя команды = Значение.

Наиболее часто используются следующие команды

1. BREAK=ON или OFF - установка режима проверки одновременного нажатия клавиш <Ctrl><Break> или <Ctrl><C>. Если ON, то при одновременном нажатии клавиш операции с диском прерываются.

2. BUFFERS=Число - число буферов, формируемых в оперативной памяти, для промежуточного хранения информации при работе с дисками. Это увеличивает скорость обмена информацией между диcком и оперативной памятью. Пример. BUFFERS=40

3. DEVICE=<путь_файла_драйвера>_<параметры> - подключение драйвера устройства. Например: DEVICE=c:\dos\smartdrv.sys 120

В этом примере подключается драйвер smartdrv.sys, который находится в каталоге dos на диске C:. В качестве параметра инициализации драйверу передается число 120. (Параметры считываются драйвером один раз в процессе инициализации драйвера.)

После загрузки драйвер становится как бы частью операционной системы. Все обращения к драйверу DOS выполняет с использованием заголовка драйвера.

4. DEVICEHIGH=Имя драйвера [параметры] - загрузка драйвера устройства в верхнюю память. Пример. DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS - установка драйвера управления расширенной (Extended) памятью. DEVICEHIGH=C:\MOUSE\MOUSE.SYS - установка в область верхней памяти драйвера мыши.

5. DOS=Параметры - устанавливает режим использования области высокой памяти и верхней памяти. Пример. DOS=HIGH, UMB.

6. FILES=Число - максимальное число одновременно открываемых файлов (>20).

7. LASTDRIVE - установка количества букв логических дисков.

Стандартные драйверы BIOS обеспечивают работу компьютера стандартной конфигурации: монитор, диски, клавиатура, порты.

Загружаемые драйверы позволяют подключить мышь, дисковод для лазерных дисков, принтер, драйвер-русификатор для клавиатуры с латинским шрифтом.

В состав MS DOS 6.22 входят следующие драйверы:

ANSI.SYS - поддерживает эмуляцию терминала ANSI.

DISPLAY.SYS -поддерживает переключение кодовых страниц для монитора.

HIMEM.SYS - управляет использованием расширенной памяти.

EMM386.EXE - организует дополнительную память и обеспечивает доступ к верхней памяти.

Пример 1.

1. DEVICE=HIMEM.SYS

DEVICE=DISPLAY.SYS CON=(EGA,,1)

COUNTRY=007,866,CONTRY.SYS

DEVICE=VIDE-CDD.SYS/D:MSCD001

2. Вариант файла COFIG.SYS

device=C:\OPTi933\CDSETUP.SYS /T:X - драйвер звуковой карты.

DEVICE=C:\WIN95\HIMEM.SYS - установка драйвера управления расширенной памятью

rem DEVICE=C:\MOUSE\MOUSE.COM

DOS=HIGH

FILES=50

device=C:\WIN95\COMMAND\display.sys con=(ega,,1) - установка драйвера монитора.

Country=007,866,C:\WIN95\COMMAND\country.sys - код страны, кодовая страница, и файл удобного формата выдачи информации о дате и времени.

Пример 2.

DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS - установка драйвера управления расширенной памятью.

DEVICE=C:\DOS\EMM386.SYS - доступ к блокам UMB верхней памяти.

DEVICE=C:\DOS\MOUSE.SYS - установка драйвера мыши в верхней памяти.

DOS=HIGH, UMB - размещение операционной системы в области верхней памяти и обеспечение к блокам UMB верхней памяти.

NUMLOCK=OFF - отключение режима ввода с клавиатуры прописных букв.

BUFFERS=40

FILES=40

BREAK=OFF - прерывание работы программы при одновременном нажатии клавиш <Ctrl>+<C> или <Ctrl>+<BREAK>.

Ввод/вывод для дисков в операционной системе MS-DOS буферизован. Это означает, что данные не сразу записываются на диск, а накапливаются в специальном массиве (буфере). По мере заполнения буфер сбрасывается на диск. При чтении информация заполняет весь входной буфер, независимо от количества байтов, которые программа читает из файла. В дальнейшем, если программе потребуются данные, которые уже были считаны с диска и записаны во входной буфер, она получит данные непосредственно из этого буфера. Обращения к диску при этом не будет.

Буферизация сокращает затраты времени на ввод/вывод, особенно в тех случаях, когда программе периодически требуется одни и те же участки файлов. При копировании файлов буферизация сокращает время на перемещение головок от исходного файла к результирующему и обратно, причем эффект получается тем больше, чем больше размер используемого буфера.

Операционная система MS-DOS имеет несколько буферов. Их количество зависит от оператора BUFFERS, находящегося в файле CONFIG.SYS. Этот оператор позволяет определить от 2 до 99 буферов. Если файл CONFIG.SYS не содержит оператора BUFFERS, по умолчанию используются два буфера.

При увеличении количества буферов увеличивается вероятность того, что нужная часть файла уже считана и находится в оперативной памяти. Однако необходимо учитывать, что для хранения буферов расходуется основная оперативная память. Кроме того, с ростом количества буферов увеличивается время, необходимое операционной системе на анализ состояния буферов, что может привести к снижению производительности. Значительное снижение скорости работы наступает при количестве буферов порядка 50.

Обычно для машин класса AT с диском размером 20-40 мегабайтов рекомендуется использовать 32 буфера, однако для каждого конкретного случая может потребоваться подбор этого параметра для оптимизации производительности системы.

Если ваша программа интенсивно использует обращение к каталогам файловой системы, вы можете использовать утилиту MS-DOS FASTOPEN, которая запоминает в оперативной памяти расположение на диске файлов и каталогов, уменьшая интенсивность обращения к диску. Например, при использовании следующей команды в оперативной памяти будет храниться информация о расположении максимально о 100 файлах и каталогах:

FASTOPEN c: = 100

В операционной системе MS-DOS версии 4.0 вы можете указать для утилиты FASTOPEN опцию /X. Эта опция вызывает размещение информации о файлах и каталогах в дополнительной (expanded) памяти. Для этой версии операционной системы вызов утилиты FASTOPEN лучше всего выполнять через оператор INSTALL файла CONFIG.SYS:

INSTALL=C:\DOS\FASTOPEN d: =(n,m) .. [/X]

В приведенной выше строке используются следующие обозначения.

d:	обозначение диска;
n	количество файлов или каталогов, для которых необходимо запомнить расположение, может иметь значение от 1 до 999, по умолчанию используется 34;
m	количество буферов для фрагментированных файлов, может иметь значение от 1 до 999, по умолчанию используется 34;
/X	задает расположение буферов в дополнительной памяти.

12 НАСТРОЙКА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ФАЙЛА КОНФИГУРАЦИИ ATOEXEC.BAT

Файл AUTOEXEC.BAT является командным файлом, осуществляющим настройку операционной системы. В нем используются следующие команды, предназначенные для этого.

CLS - очистка экрана.

ECHO [любые символы] - подавление или вывод сообщений на экран.

Пример.

ECHO Добро пожаловать в среду MS DOS! - вывод на экран сообщения

ECHO OFF - подавление вывода на экран всех стоящих после нее команд в файле AUTOEXEC.BAT.

ECHO ON - разрешает вывод на экран всех стоящих после нее команд.

@ - запрет на индикацию одной команды, следующей за символом.

PATH Путь1;[Путь2;…] - установка каталогов, в которых происходит поиск файлов, указанных в командной строке.

PROMPT [параметры] - установка формата приглашения в командной строке.

Пример. PROMPT $p$g - в приглашении будет указан путь к активному каталогу и символ >.

SET Имя=Значение - устанавливает имя и значение переменной окружения.

Пример.

SET TEMP=D:\TEMP - переменная TEMP будет использована для указания на каталог для хранения временных файлов. При этом каталог должен быть заранее создан.

SMARTDRV - команда ускорения доступа к жесткому диску.

VSAFE - команда слежения за появлением вирусов.

Пример.

@ECHO OFF

CLS

REM Установка пути поиска и формы приглашения

PATH C:DOS;C:\NORTON;C:\NU;

PROMPT $P$G

REM Проверка всех дисков на наличие вируса

AIDTEST */F/G

REM Установка проверки безошибочности копирования

VERIFY ON

REM Запуск нижеследующих программ

SMARTDRV

NC

Мой файл

SET BLASTER=A220 I5 D1 T4

SET SOUND16=C:\OPTi933

@ECHO OFF

PROMPT $p$g

PATH C:\WIN95;C:\WIN95\COMMAND;C:\SOFT\ARC;C:\NC;C:\MOUSE

SET PATH=C:\OPTI933;%PATH%

SET TEMP=C:\TMP

SET TMP=C:\TMP

mode con codepage prepare=((866) C:\WIN95\COMMAND\ega3.cpi)

mode con codepage select=866

keyb ru,,C:\WIN95\COMMAND\keybrd3.sys

C:\MOUSE\MOUSE.COM

rem NC

win

MODE CON CP PREPARE=((866) EGA.CPI)

MODE CON CP SELECT=866

KEYB RU,,KEYBRD3.SYS

MSCDEX/D:MSCD001

MOUSE.COM

Основные команды MS DOS

Работа с о.с. осуществляется с помощью команд. Команда инициирует работу программы в машинных кодах. Ввод команды происходит в командной строке с соблюдением правил или как говорят формата. Командная строка это строка экрана, начинающаяся с приглашения о.с. Формат команды соответствует следующим правилам:

- команда имеет имя (без типа) и параметры, отделенные от нее пробелом и уточняющие ее действие;

- параметры команды разделяются друг от друга символом \;

- параметрами могут быть имена дисковода или файла, тип файла, латинские буквы, цифры, символы.