Получение рабочей профессии "Оператор ЭВМ"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования

Минский государственный высший радиотехнический колледж

Отчёт по практике

на получение рабочей профессии «оператор ЭВМ»

Выполнила

Учащаяся группы 053

Кайзер Д.А

Нижний Тагил 2003

Содержание

Введение

Устройство компьютера

MS-Dos

Операционная оболочка Norton Commander

Операционная система Windows 98 (95, NT, 2000, XP)

Заключение

Литература

Введение

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в1971 г. произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том, вне всякого сомнения, знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до маститых ученых и инженеров. Этим машинам, не занимающим и половины поверхности обычного письменного стола, покоряются все новые и новые классы задач, которые ранее были доступны (а по экономическим соображениям часто и недоступны - слишком дорого тогда стоило машинное время мэйнфреймов и мини-ЭВМ) лишь системам, занимавшим не одну сотню квадратных метров. Наверное, никогда прежде человек не имел в своих руках инструмента, обладающего столь колоссальной мощью при столь микроскопических размерах.

1. Устройство компьютера

Обычно персональные компьютеры (ПК) IBM PC состоят из трех частей:

- системного блока;

- клавиатуры;

- дисплея.

Системный блок содержит все основные узлы компьютера:

- электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

- блок питания;

- накопители для гибких магнитных дисков;

- накопитель на жестком магнитном диске.

К системному блоку можно подключить ряд дополнительных устройств ввода - вывода. Кроме клавиатуры и монитора такими устройствами являются:

- принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

- мышь - устройство, облегчающее Enter информации в компьютер;

- стример - для хранения данных на магнитной ленте;

- модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;

- сканер - прибор для ввода рисунков и текстов в компьютер.

Процессор (ЦП) - устройство, выполняющее вычислительные операции и управляющее работой машины. Содержит устройство управления, выбирающее машинные команды из памяти и выполняющее их, и арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции. Работа всех электронных устройств машины координируется сигналами, вырабатываемыми ЦП. В современных ПК процессор представлен одной СБИС, содержащей свыше миллиона транзисторов. Процессор является основным компонентом любого ПК. В настоящее время наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию. В настоящее время выпускаются процессоры серии Pentium и 486. В то же время в России имеется достаточно большой парк машин на основе предшествующих серий, которые уже сняты с производства. Какую же информацию несёт в себе маркировка процессора? Рассмотрим, например, варианты 486SX-33,486DX2-50,486DX4-100. Первые три цифры указывают на серию. DX показывает наличие в процессоре специального блока для выполнения операций с плавающей точкой (сопроцессор), SX - на его отсутствие. Следующая цифра, если она имеется, говорит о том, во сколько раз частота работы ЦП больше, чем рабочая частота остального оборудования. Двойка свидетельствует об удвоении частоты, четвёрка - об утроении. Наконец, последние две или три цифры характеризуют рабочую частоту процессора. С процессором серии Pentium гораздо проще. Он характеризуется только своей рабочей частотой, например, Pentium-60 ,Pentium-90. В тех случаях, когда на компьютере приходиться вычислять много математических вычислений и основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами. Для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Но обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью, а компьютере имеются промежуточные звенья:

Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером. Некоторые могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в простоноречьи обычно называют шиной.

Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:

Параллельные (LPT1 - LPT4)

Асинхронные последовательные (COM1 - COM8)

Игровой порт

Микропроцессор лучше всего работает с 16-битовыми числами, которые могут принимать значения, не превышающие 65536 или 64К. Поскольку компьютер использует числовые адреса для отыскания своего пути через память, предполагается, что память не может содержать более 64К байт.

Как показал опыт, 64К байт слишком мало для серьезных применений компьютера; многие из наших компьютеров оборудованы памятью, емкость которой в десять раз больше - 640К. Поэтому возникает вопрос: как выполнять работу, используя такую большую память и, продолжая применять 16-битовые числа доступа к ней? Решение, которое было реализовано фирмой Intel, в семействе микропроцессоров 8086, заключается в применении так называемых сегментированных адресов. Сегментированные адреса составляются из двух 16-битовых слов, объединяемых таким способом, чтобы они могли определять адреса 1048576 (или приблизительно миллион) байтов памяти. Для того чтобы посмотреть, как это делается, нужно рассмотреть следующее: арифметику, которая используется при объединении двух слов сегментированного адреса, и способ обработки этих сегментированных адресов внутри микропроцессора. Арифметика включает так называемое "сложение со сдвигом", которое позволяет создавать 20-битовое двоичное число (которое может принимать значения до 1048578) из двух 16-битовых чисел. Предположим, что у нас имеется два 16-битовых слова, которые имеют шестнадцатеричные значения ABCD и 1234. Напомним, что каждая шестнадцатеричная цифра представляет четыре бита, поэтому четыре шестнадцатеричные цифры (ABCD или 1234) представляют 16 битов. Возьмем одно из этих двух чисел, скажем ABCD, и добавим 0 к его концу: ABCD0. Фактически это означает сдвиг числа на одну шестнадцатеричную позицию (или на четыре двоичные позиции) или умножение значения числа на шестнадцать. Теперь число состоит из пяти шестнадцатеричных цифр (или 20 битов) и принадлежит миллионному диапазону. Однако, к сожалению, оно не может быть использовано в качестве полного 20-битового адреса памяти, поскольку в конце этого числа стоит 0: это число может представлять только адреса, оканчивающиеся на 0, т.е. только каждый шестнадцатый байт. Для того чтобы завершить описание схемы сегментированной адресации, мы возьмем другое 16-битовое число (1234 в нашем примере) и добавим его к сдвинутому числу:

ABCD0

+ 1234

ACF04

Когда мы объединяем два 16-битовых слова таким способом, мы получаем 20-битовое число, которое может принимать любое значение от 0 до 1048577. И это та арифметическая схема, которая обеспечивает способность PC работать с миллионом байтов памяти, используя 16-битовые числа. Две части этой схемы адресации называются частью сегмента и частью смещения. В нашем примере ABCD есть значение сегмента, а 1234 есть значение смещения. Часть сегмента определяет адрес памяти, кратный 16, т.е. адрес, в последней позиции которого имеется шестнадцатеричный 0. Адреса памяти, которые кратны 16, называются границами параграфов или параграфами сегментов. Часть смещения сегментированного адреса определяет некоторое точное местоположение байта, следующее за местоположением параграфа сегмента. Поскольку 16-битовое слово смещения может варьироваться от 0 до 65535 (или 64К), то часть смещения сегментированного адреса позволяет нам работать с 64К байтами памяти, используя один и тот же адрес сегмента. Представим стандартный способ записи сегментированных адресов, который вы часто будете встречать при изучении технических материалов, относящихся к PC. Сегментированный адрес обычно записывается в следующем виде: ABCD:1234. Первым указывается адрес сегмента, затем следует двоеточие и адрес смещения. Если вы работаете с языком ассемблера или используете программу DEBUG, то такую запись мы будем встречать очень часто. Если вы взглянете на листинг программы DEBUG, представленный в разделе "Таблица векторов прерываний", то вы увидите такую запись в правом столбце. Почти всегда, когда мы говорим об адресах внутри памяти нашего компьютера, мы обращаемся к ним в их сегментированной форме. Но иногда нам нужно взглянуть на них в их конечной форме, когда две части сегментированного адреса объединены; когда это требуется сделать, я буду называть соответствующие адреса абсолютными адресами, чтобы не возникало путаницы. В нашем примере объединения частей ABCD и 1234 результирующим абсолютным адресом является ACF04. Часть сегмента сегментированного адреса полностью обрабатывается набором из четырех специальных регистров сегментов, Каждый из этих четырех регистров предназначен для локализации параграфа сегмента. Регистр сегмента кода CS указывает, где находится код программы. Регистр сегмента данных DS определяет местоположение основных данных программы. Регистр дополнительного сегмента ES дополняет сегмент данных DS так, что данные можно сдвигать между двумя отдельными частями памяти. И, наконец, регистр сегмента стека SS предоставляет информацию о базовом адресе стека компьютера. Детальная адресация осуществляется посредством обработки адреса смещения. В то время как часть сегмента сегментированного адреса может использоваться только когда она загружается в один из этих четырех регистров, адреса смещения могут использоваться намного более гибко. Наши программы могут получать смещения адресов из различных регистров (таких как универсальные регистры AX, BX и т.д. или индексные регистры SI и DI). Смещения могут также указываться в фактических командах программы на машинном языке, либо вычисляться посредством объединения содержимого регистров и команд машинного языка. Существует большая гибкость в способе обработки адресов смещений. Когда программа выполняется в компьютере, она должна отыскивать свой путь, как среди частей программы, так и среди соответствующих данных. По упрощенной терминологии, каждая программа использует регистр сегмента кода CS для определения местоположения частей программы и регистр сегмента данных DS для обнаружения данных. Во время выполнения программы эти регистры можно трактовать как фиксированные или изменяемые. Если какой-либо из них фиксируется (т.е. не изменяется программой во время ее выполнения), то соответствующая компонента (код программы или данные) не может использовать более 64К памяти, адресуемой данным единственным значением сегмента. Однако если какой-либо из регистров может динамически изменяться во время работы программы, то для соответствующей компоненты такое ограничение на ее размер снимается. Если фиксируются оба регистра, то мы имеем модель малой памяти, которая ограничивает программу объемом в 64К для кода и в 64К для данных; если могут изменяться оба регистра, то мы имеем большую модель, без ограничений. Между этими моделями имеются еще две модели: когда один из регистров фиксируется, а другой может меняться. Преимущества наличия возможностей изменения регистров сегментов (нет ограничений в 64К) очевидны; плата за эти преимущества не столь очевидна, однако, она вполне реальна. Когда программа осмеливается манипулировать регистрами сегментов, требуется дополнительная работа по загрузке (что замедляет функционирование) и дополнительная степень управления памятью (что может усложнить логику программы). Между скоростью, размером и простотой, с одной стороны, необходим компромисс.

Часть памяти нашего компьютера с самыми младшими адресами отводится для некоторых важных применений, которые определяют функционирование компьютера. В специальном применении младшей области памяти можно выделить три области. Первая - эта таблица векторов прерываний, которая определяет местоположение подпрограмм обработки прерывания. Первые 1024 байтов памяти специально отводятся для таблиц векторов прерываний, предусматривается место для 256 различных прерываний - несколько больше, чем обычно используется. Эти таблицы занимают область памяти с абсолютными адресами от 0 до 400 (шестнадцатеричное). (Более детально вы можете ознакомиться с этим в разделе "Таблица векторов прерываний".) Вторая область используется в качестве рабочего места для подпрограмм ROM-BIOS. Поскольку ROM-BIOS управляет основной деятельностью компьютера и составляющих его компонент, то для хранения его собственных записей требуется определенная область памяти. Такой областью является область данных ROM-BIOS, одна из наиболее интересных частей компьютерной памяти. Среди всего того многого, что хранится в области данных ROM-BIOS, имеется буфер, в котором хранится информация о клавишах, нажатых до того, как наши программы готовы принять такую информацию, а также информация об объеме имеющейся памяти в компьютере и индикатор режима использования экрана, речь о котором пойдет в следующей главе (если вы внимательно рассмотрите программу ALL-CHAR в приложении А, то вы обнаружите подпрограмму, проверяющую и использующую режим вывода на экран). Для области данных ROM-BIOS устанавливается отдельная область размером в 256 байтов и с адресами от 400 до 500. Третьей частью специальной области младших адресов в памяти является рабочая область MS DOS и Бейсика, которая находится между абсолютными адресами 500 и 600. Эта область используется совместно MS DOS и Бейсиком в качестве рабочей области, аналогично рабочей области ROM-BIOS, которая предшествует ей. Ключевой рабочей областью памяти является та часть, которая используется для программ и соответствующих данных: эта область состоит из первых десяти блоков (0-9). Эту область часто называют областью памяти пользователя для того, чтобы отличать ее от остальной части адресного пространства. Когда мы говорим об объеме имеющейся в PC памяти, фактически речь идет об объеме памяти пользователя, которая устанавливается в этой области. Теоретически память пользователя может иметь размеры от 16К (четвертая часть первого блока в 64К) до 640К, когда установлены все десять блоков памяти. Независимо от объема установленной памяти, она образует один непрерывный кусок, начиная с блока 0 и продолжаясь до конца установленной памяти.

Фактически имеется несколько различных видов памяти. И тот вид памяти, который определяется здесь, является обычной памятью с произвольным доступом (произвольной выборкой), которая используется для выполнения чтения и записи и, которую называют также ЗУПВ (запоминающее устройство с произвольной выборкой). Память ЗУПВ отличает следующее: во-первых, данные, хранящиеся в этой памяти, могут проверяться (сличаться) и изменяться (записываться), а, во-вторых, эта память непостоянна, что означает, что данные, хранящиеся в ней, сохраняются только на время работы компьютера. Эта память предназначена для хранения наших программ и данных, пока компьютер обрабатывает их. Объем установленной памяти ЗУПВ во многом определяет размер и диапазон проблем, которые могут разрешать наши компьютеры.

Блок 0 1-ый 64К Обычная память пользователя до 64К

Блок 1 2-ой 64К Обычная память пользователя до 128К

Блок 2 3-ий 64К Обычная память пользователя до 192К

Блок 3 4-ый 64К Обычная память пользователя до 256К

Блок 4 5-ый 64К Обычная память пользователя до 320К

Блок 5 6-ой 64К Обычная память пользователя до 384К

Блок 6 7-ой 64К Обычная память пользователя до 448К

Блок 7 8-ой 64К Обычная память пользователя до 512К

Блок 8 9-ый 64К Обычная память пользователя до 576К

Блок 9 10-ый 64К Обычная память пользователя до 640К

Блок A 11-ый 64К Расширение памяти для видео

Блок B 12-ый 64К Стандартная память для видео

Блок C 13-ый 64К Расширение ПЗУ (XT,EGA,3270 PC)

Блок F 16-ый 64К Система ROM-BIOS и ROM-BASIC

Базисная конструкция семейства PC отдельно устанавливает только десять из шестнадцати блоков в адресном пространстве для этой главной рабочей области памяти. Это более 60% от общего объема. Сегодня эта область объемом в 640К кажется, слишком малой для проблем, которые нам нужно решать на наших PC, однако, для того времени, когда разрабатывался PC, этот объем казался огромным. В то время обычные персональные компьютеры ограничивались памятью объемом 64 или 128К и PC с памятью в 640К считался необычным. Можно слегка расширить область памяти пользователя емкостью в 640К, вторгнувшись в некоторые из следующих за ней системных областей, но это не очень разумно, ибо блоки памяти, располагающиеся за областью пользователя, резервируются для специальных применений (о которых речь пойдет ниже). Отнюдь не каждый отдельный бит области памяти пользователя доступен для использования нашими программами. Часть этой области памяти, начинающаяся с адреса памяти 0, специально устанавливается для ведения записей, которые должен иметь компьютер. Об этом упоминалось ранее, более детальная техническая информация об одной из частей этой области приводится далее. Однако, за исключением этой небольшой (и интересной) части, весь раздел в 640К специально предназначен для использования нашими программами, поэтому не стоит уделять ему много внимания. С другой стороны, остальные блоки памяти, некоторые их использования представляют для нас несомненный интерес.

В то время как обычные члены семейства PC, использующие микропроцессор 8088, ограничиваются адресацией лишь одного мегабайта памяти, ветвь AT семейства, которая использует микропроцессор 286, может работать с памятью большего объема. Как упоминалось при рассмотрении микропроцессора 286, компьютеры, базирующиеся на микропроцессоре 286, могут иметь до 6 Мегабайт памяти. Интересно отметить, что точно такой лимит на память применялся в течение многих лет к огромным многомиллионным универсальным компьютерам фирмы IBM. Забавно, что огромные универсальные машины фирмы IBM имели память, емкость которой не превышала емкость памяти наших маленьких микропроцессоров. Помимо способности вмещать огромные объемы реальной рабочей памяти, микропроцессор 286 может также работать с огромными объемами виртуальной памяти, ловкой имитацией большего объема памяти, чем имеется в наличии. Виртуальная память модели AT может предоставляться в объеме до одного гигабайта (1024 Мегабайтов) для каждой программы, которая выполняется в компьютере. Для того чтобы извлечь все преимущества от использования расширенной памяти или виртуальной памяти модели AT, необходимо наличие операционной системы (и программ сопровождения), которая обладала бы соответствующими возможностями. Поскольку основная операционная система для семейства PC, MS DOS, разрабатывалась без учета применения расширенной и виртуальной памяти, потенциал соответствующих возможностей будет оставаться раскрытым не полностью, пока не появятся операционная система нового поколения и прикладное программное обеспечение, разработанные с учетом особенностей моделей AT. Несмотря на все это, программы могут, в определенной степени, использовать возможности расширенной памяти AT. Стандартным способом для программ является использование для этих целей обслуживающих программ, включенных в ROM-BIOS. Одна из таких обслуживающих программ осуществляет передачу блоков данных (любого нужного нам размера) между специальной расширенной памятью и обычной памятью. Программа может также осуществлять переключение микропроцессора 286 с реального режима (в котором он действует как обычный микропроцессор 8088) на защищенный режим. Однако, для успешного манипулирования защищенным режимом, программа должна быть более усложненной. Если все, что требуется для программ - это получить выгоды от использования расширенной памяти, то она может просто воспользоваться обслуживающей программой передачи данных в памяти, содержащейся в BIOS, и избежать всех сложностей, связанных с работой в защищенном режиме. Виртуальная память представляет собой хитроумную операцию, которая включает определенную, тщательно организованную кооперацию между микропроцессором, программой поддержки виртуальной памяти и диском компьютера. По существу, виртуальная память действует следующим образом. Когда программа устанавливается на выполнение в компьютере, операционная система создает "пространство виртуальной памяти", которое является моделью памяти и адресов памяти, которые программа имеет в своем расположении. Затем часть "реальной" или фактической физической памяти компьютера передается в виртуальную память, что является ядром концепции виртуальной памяти. Используя средство, которое является неотъемлемой частью микропроцессора 286, программа поддержки виртуальной памяти операционной системы сообщает микропроцессору 286 о том, что реальной памяти, выделяемой программе, следует назначить некоторый другой адрес, которым будет пользоваться программа. Средство "распределения памяти" в микропроцессоре 286 делает так, что реальная память вроде имеет иной рабочий адрес, отличный от истинного, реального адреса. Программа начинает работать в некотором (большом) пространстве виртуальной памяти, отображаемом в часть реальной памяти (более меньшего объема) компьютера. Пока программа работает только в этой части своей виртуальной памяти все идет хорошо. Программа фактически использует адреса памяти, отличные от тех, которые определяются в программе, но это не имеет значения. Что происходит, когда программа пытается использовать несколько больше виртуальной памяти, чем было выделено реальной памяти (которая имеет меньший объем, чем виртуальная память)? В этом случае таблица отображения микропроцессора обнаруживает, что программа пытается использовать адрес, который не существует в текущий момент; микропроцессор генерирует так называемое прерывание из-за отсутствия страницы. Когда происходит прерывание из-за отсутствия страницы (означающее, что программа пытается использовать виртуальный адрес, который фактически не отображается в реальной памяти), вступает в действие специальная программа поддержки виртуальной памяти. Она временно помещает программу в состояние блокировки, пока занимается этим кризисом. Программа поддержки выбирает определенную часть виртуальной памяти, которая в текущий момент находится в реальной памяти и, временно помещает ее содержимое на диск; это называется откачкой. Эта часть реальной памяти задействуется в качестве понадобившейся части виртуальной памяти. Когда откачанная часть памяти требуется вновь, она подкачивается обратным копированием с диска. Как видите, диск компьютера используется в качестве склада для хранения частей виртуальной памяти, которые не используются в текущий момент. В зависимости от хода вычислительного процесса, функционирование виртуальной памяти может протекать очень гладко, либо оно может включать столько операций откачки и подкачки, что на ожидание перекачки данных между памятью и диском будет, тратится слишком много времени. Когда это происходит, то такая ситуация называется "пробуксовкой": когда система виртуальной памяти начинает пробуксовывать, производительность компьютера резко падает. Практическое функционирование системы виртуальной памяти может включать очень чувствительное уравновешивающее действие, известное как настройка системы. Наши микрокомпьютеры могут извлекать пользу от умеренного и взвешенного использования виртуальной памяти, но, вместе с тем, они слишком малы и слишком медлительны для того, чтобы извлечь максимальную выгоду от применения этой мощной концепции.

Переключение блоков позволяет компьютеру фактически иметь больше памяти, чем это обеспечивается одномегабайтным адресным пространством микропроцессора. Практически память находится в компьютере, однако, за ней жестко не закрепляется какое-либо место в адресном пространстве микропроцессора. Вместо этого память как бы пребывает в забвении, без адреса, являясь недоступной для наших программ, пока не происходит ее включение. Платы для этого специального вида памяти с переключением групп блоков позволяют, когда угодно, включать или выключать адресацию памяти. Например, плата такой памяти может содержать восемь "блоков" памяти, каждый из которых имеет объем 64К (всего 512К). Всем этим блокам по 64К соответствует один адресный блок (64К) в компьютерной памяти. В любой момент активным может быть лишь один из восьми блоков, когда доступны данные из этого блока, другие блоки будут блокированы. Преимущество переключения блоков состоит в том, что оно позволяет подключать к компьютеру больше памяти, памяти, которая может стать доступной в любой момент. Все, что требуется сделать для включения блока, это послать в плату памяти соответствующую команду, сообщающую об изменении адресации блоков. Переключение занимает столько времени, сколько требуется для выполнения соответствующей команды - без какой-либо задержки. Вместе с тем, имеются сложности, связанные с использованием памяти с переключением групп блоков. В отличие от обычной компьютерной памяти, память с переключением групп блоков требует активного управления, обеспечивающего доступность нужных участков памяти в соответствующие моменты времени. Потребность в этом управлении - и стандартный способ его осуществления - сдерживала применение переключения блоков до тех пор, пока гигант по производству программного обеспечения, фирма "Lotus", и кудесник в области производства кристаллов микропроцессоров, фирма "Intel", не объединились для определения стандартного способа работы с памятью с переключением групп блоков. Официально этот подход к переключению блоков называется "Спецификация расширенной памяти Lotus/Intel/Microsoft", однако, многие обращаются к ней по имени специальной платы памяти, разработанной фирмой "Intel" в соответствии с этой спецификацией: "Верхняя плата" ("Above Board"). Поясним, как действует увеличенная память. Ее функционирование обеспечивается тремя компонентами: одна - аппаратная (плата памяти с переключением групп блоков) и две программные (программа управления увеличенной памятью, ЕММ и прикладная программа, которая использует память). Плата памяти с переключением групп блоков (которой может быть "Верхняя плата" фирмы "Intel" или иная аналогичная плата памяти) обеспечивает что-то между 64К байтами и 8М байтами памяти, подразделяемой на небольшие страницы по 16К, которые могут переадресовываться индивидуально посредством переключения блоков. Программа управления увеличенной памятью (ЕММ) активизируется при первом запуске компьютера, и она закладывает фундамент функционирования увеличенной памяти. Ключевой частью задачи, возлагаемой на эту программу, является отыскание неиспользуемой области в памяти PC, которая может использоваться для отображения в нее памяти с переключением групп блоков. Для этой программы требуется полная рабочая область памяти емкостью в 64К, называемая страничным блоком, причем эта рабочая область может располагаться в любом месте. На общей схеме распределения памяти можно легко увидеть, что блоки D и E памяти являются достойными кандидатами для этой цели, однако, ЕММ может помещать страничный блок также в блок C. Точное местоположение не имеет значения, если оно не мешает какому-либо иному использованию адресного пространства. Кроме того, страничный блок не должен размещаться на границе блоков памяти. Например, страничный блок может начинаться с адреса сегмента C400 и занимать оставшуюся часть блока C и первые 16К блока D. Когда программа ЕММ определит, где будет располагаться ее страничный блок (64К), она делит этот блок на четыре окна по 16К. После этого ЕММ готова к действию, готова к поддержке любой прикладной программы, которая знает, как ее использовать при перекачке данных памяти в окна по 16К (и из этих окон). Для использования увеличенной памяти, прикладная программа сообщает программе ЕММ о том, что она нуждается в применении одного или более из четырех доступных окон. Прикладная программа может попросить супервизор ЕММ о выделении ей страниц памяти, а затем сделать эти страницы доступными посредством переключения их на область окон. Когда прикладной программе нужно работать с различными страницами (по 16К) данных, она посылает в ЕММ запрос на соответствующее переключение страниц.

Рис. Расширенная память

Хотя эта схема очень мощная и весьма быстрая, она имеет некоторые очевидные недостатки. Один из них состоит в том, что она может использоваться только для программных данных, но не для кода самой программы. MS DOS все равно должна отыскивать достаточно места в области обычной памяти для хранения больших программ, однако, когда эти программы выполняются в обычной памяти, они могут извлекать пользу от применения увеличенной памяти, работая с большим объемом данных, чем можно разместить в обычной памяти. Другим очевидным недостатком является то, что программа, использующая увеличенную память, должна знать, как работать совместно с программой ЕММ и как удобно работать с данными, разбитыми на страницы по 16К. Вместе с тем, следует отметить, что в рамках этих ограничений схема увеличенной памяти может существенно улучшить возможности нашего компьютера в части обработки больших объемов данных. Эта схема увеличенной памяти может быть добавлена к любому обычному члену семейства PC, включая ветвь AT семейства. Помимо того, что модели AT могут обладать собственной расширенной памятью, объем которой превышает одномегабайтный предел PC, они могут использовать также увеличенную память в рамках обычного одномегабайтного пространства.

Еще одна важная характеристика компьютера, которая наряду с типом основного микропроцессора определяет возможности и диапазон применимости компьютера - это тип системной магистрали передачи внутри компьютера, в просторечии - шины. Шина входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором или оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков и т.д. все контроллеры внешних устройств, кроме размещенных непосредственно на материнской плате, подключаются к компьютеру путем вставки этих контроллеров в свободные разъемы шины.

Для подключения дополнительных устройств к компьютеру, необходимо использовать драйвер устройства. Драйвер устройства это специальная программа, которая управляет обменом с периферийным устройством, таким как принтер или дисковый накопитель. Поскольку параметры этих периферийных устройств меняются от производителя к производителю, то разным пользователям программы может потребоваться дюжина различных драйверов, чтобы он мог работать на имеющемся у него оборудовании. Имеется 4 способа включения драйверов устройств в программу:

1. можно поместить код для всех драйверов прямо в программу. Например, чтобы поддерживать различные принтеры, можно создать таблицу управляющих последовательностей и искать в ней нужный код каждый раз, когда он потребуется. Этот подход тратит много памяти и может быть достаточно медленным.

2. создать ряд драйверов устройств и потребовать, чтобы программа загружала необходимый в качестве оверлея (т.е. помещать его в область программы, специально оставленную для этой цели).

3. создать драйвер устройства как отдельную программу, которая указывается в командном файле, выполняемом при загрузке системы. Программа запускается и устанавливает драйвер устройства как программу обработки прерывания. После этого программа завершается, но остается резидентной в памяти.

4. создать полноценный драйвер устройства, который будет загружаться при старте с помощью файла CONFIG.SYS. MS DOS поддерживает такой тип драйверов устройств и однажды загруженный он может использовать все возможности команд MS DOS, включая проверку ошибок. Специальная команда IOCTL (контроль Ввода/вывода) позволяет программе узнать статус драйвера и послать ему управляющую строку, помимо обычного потока данных.

Первые три стратегии легко реализуются с помощью информации, приведенной в остальных частях данной книги. Но устанавливаемые драйверы устройств очень сложны. Зато когда он есть, то он очень мощен. B этом случае система будет работать с устройством настолько же тесно, как с клавиатурой или дисковым накопителем. Устройству может быть присвоено имя, например, SERIALPR для последовательного принтера, и затем это устройство может быть открыто для доступа из любого языка. Устанавливаемые драйверы устройств могут быть написаны только на языке ассемблера. Они могут обслуживать два типа устройств: символьные и блочные. Эти имена описывают единицы, которыми устройство обрабатывает данные. Обычно драйверы блочных устройств обслуживают дисковые накопители, а драйверы символьных - все остальное, начиная от последовательных принтеров и кончая роботами. Блочные устройства обмениваются блоками данных, поэтому они занимаются накоплением данных. Символьные устройства обмениваются данными побайтно, поэтому они лучше подходят для управляющих устройств, а также для устройств, которые не могут обеспечить высокую скорость обмена данными. Драйверы блочных устройств очень сложны и здесь нет достаточно места, чтобы объяснить их структуру. Очень редко кому требуется написать такой драйвер. Техническое руководство по MS DOS предоставляет всю необходимую информацию и содержит полный пример драйвера виртуального диска в оперативной памяти. Устанавливаемые драйверы устройств беспощадны к программистским ошибкам. Поскольку драйверы автоматически загружаются системой при загрузке, то невозможно использовать отладчики для выявления причин неполадок. Поэтому будьте предельно внимательны при их написании. Программа драйвера устройства разбивается на три части. Это заголовок драйвера, который именует устройство и содержит информацию об остальных частях драйвера, стратегия драйвера, которая хранит информацию об области данных, создаваемой MS DOS, которая называется заголовком запроса, и обработчик прерывания устройства, который и содержит код, управляющий устройством.

Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т.д. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. Разумеется, в этом режиме можно также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т.д. В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть темной или светлой на монохромных мониторах или одного из нескольких цветов - на цветном. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Следует заметить, что разрешающая способность не зависит от размера экрана монитора, подобно тому, как и большой, и маленький телевизоры имеют на экране 625 строк развертки изображения. Наиболее широкое распространение в компьютере IBM PC получили мониторы типов MDA, CGA, Hercules, EGA и VGA. В настоящее время мониторы MDA и CGA используются уже очень редко, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Кроме того, не имеют возможности программной загрузки шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы в текстовом режиме приходится заменять электронные схемы, хранящие шрифты (знакогенераторы). Иногда, впрочем, можно не заменять знакогенератор, а записать в него с помощью специальных приборов нужные шрифты символов. Большинство компьютеров, выпущенных в конце 80-х годов, оснащались мониторами типа VGA. Они обеспечивают достаточное количество изображения в текстовом и графическом режиме экрана при работе с MS DOS-программами. Несколько хуже мониторы EGA, они считаются еще более устаревшими. Но для современных программ, использующих графический интерфейс взаимодействия с пользователем, разрешение VGA (640*480 точек) уже явно недостаточно. Поэтому практически все современные компьютеры оснащаются мониторами типа Super-VGA, обеспечивающими разрешающую способность 1024*768 и 800*600.

Клавиатура предназначена для ввода пользователем информации. Установки клавиатуры поддерживают, как правила, не менее двух языков: русский и английский. Переключение между ними в среде Windows осуществляется с помощью комбинации клавиш левый Alt + Shift или Ctrl + Shift . Если активен английский язык клавиатуры, то работать необходимо клавишами, маркированными черным цветом, если активен русский или другой язык с кириллицей, то работать необходимо «красными» клавишами.

Назначение основных блоков клавиш клавиатуры:

В настоящее время используются не только накопители на гибких дисках (5.25'' или 3.5''). Но именно они были основоположниками CD-дисков. В зависимости от плотности записи емкость 5.25'' дисков может быть 360 Кбайт, 1.2 Мбайт, 3.5'' - 720 Кбайт и 1.2 Мбайт. Емкость накопителей на жестких дисках составляет от 20 Мбайт до нескольких Гбайт. Поверхность диска покрыта окисью железа, любая точка которой может быть намагничена. Намагниченные пятна при вращении образуют окружности, называемые дорожками. На дискетах дорожки нумеруют от 0 до 39 (79). Дорожка разбивается на сектора (от 9), в каждом секторе можно хранить 512 байт данных. Скорость вращения дисков в накопителе составляет 300 об/мин и более. Магнитную головку, закрепленную на рычаге, можно быстро позиционировать на любую дорожку. Принципиально накопители на жестких дисках отличаются материалом дисков и тем, что в герметичном корпусе содержится несколько дисков, и плотность записи более плотная. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, а запрещена, если оно открыто.

Все диски, как гибкие, так и жесткие, организованы одинаковым образом. Поверхность диска разделена на ряд концентрических колец, называемых дорожками, а дорожки делятся радиально на сектора. Все типы дисков используют размер сектора 512 байт в MS DOS. файл распределен по такому количеству секторов, которое необходимо, чтобы вместить его. Только несколько секторов на внешнем ободе дискеты зарезервированы для специальных нужд. Остальные доступны на основе правила "первый подошел - первого обслужат". Это означает, что по мере заполнения диска данными сектора постепенно заполняются по направлению к центру диска. При уничтожении файла сектора освобождаются и со временем свободные области становятся разбросанными по диску, разбивая новые файлы и замедляя доступ к ним для чтения и записи. Фиксированные диски имеют некоторые специальные характеристики. Часто они состоят из двух или более параллельных пластин, у каждой из которых есть две головки, чтобы читать обе их стороны. Все дорожки, расположенные на данном расстоянии от центра, вместе называются цилиндром. Поскольку головки всех дисков двигаются тандемом, то достигается экономия перемещений, если заполнять все дорожки одного цилиндра, прежде чем переходить к следующему. Группы цилиндров могут относиться к различным операционным системам. Можно разбивать фиксированный диск на несколько разделов (до четырех) разного размера. По этой причине параметры фиксированного диска могут сильно отличаться. Дисковые сектора определяются магнитной информацией, которую записывает утилита форматирования диска. Информация включает идентификационный номер каждого сектора. BIOS нумерует сектора 1-8, 1-9 или 1-15, в зависимости от емкости диска. Дорожки не маркируются, вместо этого они определяются механически по смещению головки чтения/записи от внешнего края диска. Дисковые функции BIOS обращаются к определенному сектору, указывая номера дорожки и сектора. Однако функции MS DOS рассматривают все сектора диска, как одну цепь, которая нумеруется подряд, начиная от 0, поэтому каждый сектор имеет свой логический номер сектора. Для дискет первый сектор (дорожка 0, сектор 1) содержит запись начальной загрузки, которая является небольшой программой, позволяющей компьютеру считать с дискового накопителя остальные части MS DOS. затем идут две копии таблицы размещения файлов, которые содержат информацию о распределении дискового пространства (вторая копия хранится из соображений безопасности). Затем идет корневой каталог, который содержит список файлов и ссылок на подкаталоги, а также указывает в каком месте диска они начинаются. Наконец, далее идут две небольшие программы MS DOS IBMBIO.COM и IBMMS DOS.COM, которые считываются при старте и обеспечивают компьютер возможностями необходимыми для нахождения и загрузки файла COMMAND.COM, который, несомненно, является основной частью операционной системы. Фиксированные диски имеют главную запись загрузки, которая содержит таблицу разделов, позволяющую разделить диск между несколькими операционными системами. Таблица разделов содержит информацию о том, где на диске начинается раздел MS DOS, а также первый сектор какого раздела содержит запись начальной загрузки. Таблица Размещения Файлов всегда начинается с первого логического сектора (второй сектор дискеты или раздела фиксированного диска), сразу после блока начальной загрузки. Если она больше одного сектора, она продолжается на непосредственно следующих секторах. Для надежности FAT хранится в двух экземплярах, записанных подряд. FAT считывается в один из буферов MS DOS по необходимости (при открытии или удлинении файла и пр.); этот буфер получает наибольший приоритет сохранности, чтобы удержать FAT в ОЗУ как можно дольше. Для того чтобы найти номер следующего кластера файла:

1. Умножить номер кластера на 1.5 (т.е. на длину элемента FAT)

2. Целая часть произведения равна смещению в FAT, по которому находится элемент, соответствующий данному кластеру и содержащий номер следующего кластера.

3. Переслать найденное слово в регистр командой MOV.

4. Если номер кластера четный, взять младшие 12 бит, иначе старшие 12 бит.

5. Если результат больше или равен FF8, то в данный кластер - последний в файле, иначе полученные 12 бит представляют номер следующего кластера.

Операции INT 25 и INT 26, а также отладчик DEBUG работают с логическими секторами. Чтобы вычислить номер логического сектора по номеру кластера

1. Вычесть 2 из номера кластера.

2. Умножить результат на число секторов в кластере.

3. Прибавить номер логического сектора начала области данных.

При большем размере кластера напрасно расходуется дисковое пространство, но когда большие диски имеют малый размер кластера, то таблица размещения файлов становится слишком большой. При работе с дисками MS DOS загружает копию FAT в память, по возможности сохраняя ее там, поэтому при большом размере FAT может расходоваться много оперативной памяти. Поскольку большинство AT имеют достаточно много памяти, то для них приемлемы намного большие FAT. Поэтому для 20M винчестера взяты меньшие размеры кластеров, чем для 10M, обеспечивая экономию дискового пространства. Для дискет емкостью 1.2M выбран кластер размером в 1 сектор, так как их основное назначение состоит в хранении копий жесткого диска, а, следовательно, компактность очень важна. Блок начальной загрузки должен быть записан в первом секторе каждого фиксированного диски и содержать следующее:

1. Программу загрузки считывания блока начальной загрузки одной из операционных систем и передачи ему управления.

2. Таблицу разделов в конце блока начальной загрузки. Каждый элемент таблицы состоит, имеет длину 16 байт и содержит номера начального и конечного цилиндра, сектора и головки для соответствующего раздела, а также число секторов перед разделом и число секторов в разделе.

Байт "признака загрузки" (boot indicator) используется блоком начальной загрузки для выяснения, какой раздел содержит загружаемую операционную систему. Программа инициализации FDISK помечает загружаемый раздел кодом 80H в этом поле; остальные разделы помечаются кодом 00. Код 80H указывает стандартной программе начальной загрузки считать сектор, номер которого находится в следующих трех байтах. В этом секторе расположен блок начальной загрузки выбранной операционной системы, который ответственен за остальную часть загрузки. Блок начальной загрузки всегда загружается по адресу 0:7C00. Перед использованием дискеты следует подготовить для того, чтобы с ними могли работать программы MS DOS. Это делается с помощью команды DOS Format. Этот процесс называется форматированием. Формат команды:

Format дисковод: (/S)

Если в команде указан параметр /S, то будет приготовлена «системная» дискета, т.е. дискета, с которой можно загрузить операционную систему MS DOS.

Минимальной единицей информации считается бит. Бит - это величина, принимающая значение 0 или 1. Любая другая информация может быть закодирована последовательностью 0 и 1. Именно в таком виде представлена информация в памяти ПК. Единицей памяти в современных ПК является байт. Байт - это восьмиразрядное двоичное число вида - 00000000, 00000001, … , 1111111. Один байт равен восьми битам. Для измерения информации больших объемов используют:

1 Кб = 1024 байт 1 Мб = 1024 Кб 1 Гб = 1024 Мб

Для вывода результатов работы используют принтеры. В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный, термопереноса. При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители. Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.

С интеграцией в компьютерные системы графических оболочек представить себе работу за компьютером без мыши становится все сложнее и сложнее. Ведь с помощью мыши за долю секунды делается то, что при использовании клавиатуры заняло бы значительно больше времени (если не использовать “горячие клавиши”). Программная поддержка манипулятора “мышь” основана на использовании прерывания (это справедливо только для MS DOSа и не USB мышей). Это прерывание MS-MS DOS, а не BIOS, то есть оно обрабатывается не где-то в глубинах микросхемы BIOS, а в программном обеспечении операционной системы (т.е. если ОС не поддерживает “мышь”, то программисту придется самому писать функции для работы с ней).

Современные мыши следу-ет различать по способу их под-ключения:

1) К СОМ-порту

2) К порту PS/2 которые использовались в компьютерах аналогичной серии, а в настоящее время являются стандартом де-факто для портативных компьютеров. Для их подключения используется разъём miniDIN 6.

3) К шинным интерфейсам, для подключения которых требуется специальный интерфейс или «мышиный» порт.