Таблицы истинности простейших логических функций

Ниже рассматриваются электронные схемы, выполняющие простейшие логические операции. Для реализации цифровых систем любой сложности достаточно иметь набор логических элементов, реализующих операции хотя бы одного из функцио­нально полных наборов. Этот набор элементов называют мини­мальной базой. В современной микроэлектронике такой базой являются элементы либо И-НЕ, либо ИЛИ-НЕ, выполняемые по различным технологиям на основе биполярных и полевых транзисторных структур.

Логический синтез вычислительных схем

Любая логическая функция может быть разложена на составляющие (конституэнты)18, в частности, на конституэнты 1. Для функции с одним входом:
(2.6)
Для функции с двумя входами:
(2.7)
Выражение (2.7) очень удобно использовать для логического синтеза вычислительных схем, который мы рассмотрим на примере создания схемы одноразрядного компаратора.
Пример 2.24. Логический синтез одноразрядного компаратора
Рассматриваемый компаратор имеет два входа (a1 и b1) три выхода (Fa>b, Fa<b, и Fa=b) и выполняет операцию сравнения входных сигналов, в соответствие с таблицей
Таблица 2.8. Таблица истинности одноразрядного компаратора

a1	0	0	1	1
b1	0	1	0	1
Fa<b = f2(a1,b1)	0	1	0	0
Fa=b = f3(a1,b1)	1	0	0	1
Fa>b = f1(a1,b1)	0	0	1	0

Используя выражение (2.6) запишем логические функции для каждого выхода компаратора.

С помощью полученных функций реализуется блок-схема устройства (рис. 2.1). На рис. 2.1 элементарные операции изображены в соответствие с принятой в Российской Федерации системой обозначений логических элементов.

Полученная схема может быть проверена путем подачи на нее входных сигналов таблицы истинности 2.8 и сверке полученных значений с выходными сигналами.

Рис. 2.1. Логическая блок-схема компаратора

- элемент «ИЛИ»; - элемент «И»; - элемент «НЕ».

9. Программное управление ЭВМ. Состав программного обеспечения ЭВМ.

Принцип программного управления (ППУ) впервые был сформулирован Венгерским математиком и физиком Джоном фон Нейманом, при участии Гольцтайна и Берца в 1946 году и стал стандартом для построения практически всех ЭВМ. ППУ включает в себя несколько архитектурно - функциональных принципов.
Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов - команд. Каждая отдельная команда определяет простой (единичный) шаг преобразования информации.
Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.
Принцип хранимой программы. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые данные и хранятся в таком оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).
Принцип двоичного кодирования. Информация (команды и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными числами 0 и 1. Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1.
Принцип иерархии запоминающих устройств (ЗУ).
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем.
Операнды - это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.

ПО условно можно разделить на 3 класса: системное ПО, прикладное ПО и инструментальное ПО.

Системное программное обеспечение, в свою очередь, состоит из базового ПО и сервисного ПО.

Базовое ПО поставляется вместе с компьютером и обеспечивает его работоспособность. В состав базового ПО входит операционная система, операционная оболочка и сетевые программные средства.

Операционная система предназначена:

для запуска и нормальной работы компьютера,

для функционирования других программ на компьютере,

для диагностики и контроля работоспособности блоков и узлов компьютера,

для выполнения других вспомогательных технологических процессов.

В настоящее время разработано большое количество ОС, различающихся по возможностям их функционирования: в режимах: одно- и многопользовательских, одно- и многозадачных, поддерживающих сетевые режимы и др. Широкое применение нашли следующие ОС: Windows, Linux, Mac OS, NetWare, OS/2, Solaris, QNX, MS DOS и др.

Оболочка ОС предназначена для комфортного общения пользователя с ЭВМ. Она снимает проблему управления компьютером с помощью набора команд в командной строке и их запуска на исполнение. Оболочка ОС реализует текстовый или/и графический интерфейс. Например, в ОС MS DOS в качестве такой надстройки выступает программа-оболочка Norton Commander, реализующая текстовый интерфейс в виде двух таблиц с директориями файловой системы, а в ОС Windows (и Mac OS) интерфейс оболочки - графический; имеется также текстовый интерфейс, реализуемый программой Windows Commander.

Сетевая ОС обеспечивает работу компьютера в сети и поддерживает все сетевые службы - электронную почту, обмен файлами, доступ к сайтам, общение между клиентами через Интернет и пр.

Сервисное ПО расширяет возможности компьютера и может приобретаться за отдельную плату или в последующем поставляться через Интернет (для зарегистрированных пользователей).

В настоящее время такие известные операционные системы как Windows XP, MAC OS и некоторые другие включают в себя все вышеперечисленные компоненты системного ПО, являясь по существу комплексным системным ПО.

Прикладное программное обеспечение предназначено для решения различных задач из конкретных предметных областей.

ПО общего назначения обычно комплектуется в пакетном варианте. Например, для ОС Windows имеется пакет прикладных программ Microsoft Office, включающий программные средства для создания текстовых документов (Word), электронных таблиц (Excel), презентаций (Power Point), публикаций (Publisher), базы данных (Access), для подготовки и редактирования Web-документов (FrontPage).

В этот пакет также входит ряд дополнительных программных средств: Picture Manager для просмотра, систематизации и редактирования графики, Document Imaging для просмотра, чтения и распознавания текста в графических документах и факсах, Document Scanning для сканирования многостраничных документов и распознавания текста в графических документах, файл библиотеки картинок и др.

ПО мультимедиа предназначено для создания и использования двумерной и трёхмерной графики, анимации, аудио и видео файлов. Представителями этих ПО являются широко известные программные комплексы Adobe Photoshop для создания и редактирования двумерной графики, 3D Studio Max для трёхмерного моделирования и проектирования, Macromedia Flash для анимации и мультипликации. Для обработки и редактирования звука используются популярные программы Nero, Audio Editor Gold, для воспроизведения звука и видео Windows Media Player, QuickTime Player и др.

Проблемно-ориентированное ПО пожалуй самый распространённый подкласс прикладных программных средств. Сюда относятся пакеты программ для управления производством, ведения бухгалтерского учёта, управления кадрами, управления материальными ценностями и др.

Инструментальное программное обеспечение предназначено для разработки новых программ и программных комплексов.

Множество различных приложений на компьютере создаётся с помощью языков и систем программирования.

Язык программирования - это формализованный язык описания алгоритмов, используемых для решения различных задач на компьютере.

В процессе становления и развития вычислительной техники возникали и развивались также языки программирования. Некоторые из них затем изменялись, трансформировались, интегрировались с другими, некоторые умирали вовсе. Сейчас у программистов имеется богатый арсенал языков программирования на все случаи программистской жизни: Assembler, Basic, C++, Delphi, Fortran, Java, Pascal, и др. Каждый из перечисленных языков программирования имеет целый ряд модификаций (например, Basic, Q-Basic, Visual Basic и др.), которые по возможностям и свойствам существенно отличаются друг от друга.

Языки программирования можно разделить на машинно-зависимые (низкого уровня) и машинно-независимые (высокого уровня).

К языкам низкого уровня относятся:

машинные языки, написанные в двоичных кодах в виде нулей и единиц,

машинно-ориентированные языки (ассемблеры), написанные в так называемых мнемокодах, заложенных в систему команд конкретного процессора (например, мнемокод сложить записан как ADD, мнемокод очистить как DEL и т.д.).

К языкам высокого уровня относятся:

алгоритмические языки - переводят алгоритмы с языка математики на язык программных кодов,

процедурно - ориентированные языки позволяют записать программу в виде набора процедур,

проблемно-ориентированные языки предназначены для решения определённого класса задач.

Программа, написанная на языке высокого уровня, не может непосредственно использоваться на компьютере. Она должна пройти этап трансляции исходного кода, записанного на языке высокого уровня, в объектный код, который затем с помощью редактора связей формирует загрузочный модуль, пригодный для запуска на компьютере. Такой процесс осуществляется, например, при написании программы на языке Фортран и называется компилированием.

В других языках высокого уровня (например, на Бейсике) трансляция исходного кода в исполняемый происходит последовательно с каждой командой (оператором). Такая трансляция осуществляется программой-интерпретатором.

Созданная программа должна пройти проверку на пригодность к использованию с помощью отладчика программ. Он позволяет отслеживать последовательное исполнение программы, выявлять места и виды ошибок в программе, давать комментарии.

Система программирования состоит из:

языковых средств разработчика программ,

компилятора,

редактора связей,

отладчика,

оптимизатора кода программ,

набора библиотек,

справочной системы и др.

Интегрированные среды программирования включают весь набор средств для комплексного их применения на всех технологических этапах разработки программ. Основное назначение такого инструментария состоит в том, чтобы с его помощью повысить производительность и эффективность труда программистов.

Программные комплексы используются при разработке сложных прикладных информационных систем. Они позволяют автоматизировать весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки, отладки и сопровождения проекта целиком.

10.Функции и назначение BIOS. Драйвера.
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода/вывода) — это программа, предназначенная для первоначального запуска компьютера, настройки оборудования и обеспечения функций ввода/вывода. BIOS записывается в микросхему постоянной памяти, которая расположена на системной плате.
Изначально основным назначением BIOS было обслуживание устройств ввода/ вывода (клавиатуры, экрана и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали «базовая система ввода/вывода». В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций.
□ Запуск компьютера и процедура самотестирования (Power-On Self Test — POST). Программа, расположенная в микросхеме BIOS, загружается первой после включения питания компьютера. Она детектирует и проверяет установленное оборудование, настраивает устройства и готовит их к работе. Если во время самотестирования будет обнаружена неисправность оборудования, то процедура POST будет остановлена с выводом соответствующего сообщения или звукового сигнала. Если же все проверки прошли успешно, самотестирование завершается вызовом встроенной подпрограммы для загрузки операционной системы. Процедура POST далее будет рассмотрена более подробно.
□ Настройка параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование настраивается в соответствии с параметрами BIOS, хранящимися в специальной CMOS-памяти. Изменяя эти параметры, пользователи могут настраивать работу отдельных устройств и системы в целом по своему усмотрению. Редактируются они в специальной программе настройки, которую также называют BIOS Setup или CMOS Setup.
Настройке системы с помощью программы BIOS Setup будет посвящена большая часть этой книги. Изменяя параметры BIOS, вы сможете добиться оптимальной работы всех компонентов системы, однако к этому следует основательно подготовиться, поскольку ошибочные значения приводят к тому, что система будет работать нестабильно или не будет работать вообще. Обо всем этом вы узнаете из последующих глав книги.
□ Поддержка функций ввода/вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроенные функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, дисководами, жесткими дисками, портами ввода/вывода и др. Эти функции широко используются в операционных системах, подобных MS-DOS, и практически не используются в современных версиях Windows.

Драйвер – набор служебных программ, позволяющих операционной системе (ОС) работать с тем или иным устройством компьютера. Его задача – обрабатывать запросы, поступающие от прикладных и системных программ, переводить их на язык, понятный физическому устройству, управлять процессами его инициализации, настройки параметров, обмена данными, переключением из одного состояния в другое и т.п. Драйвер позволяет операционной системе взаимодействовать с конкретным устройством через общий интерфейс, не учитывающий особенности данного устройства. Другими словами, драйвер транслирует запросы высокого уровня в запросы низкоуровневого машинного языка, непосредственно обращаясь к аппаратным ресурсам компьютера.

Не для каждого устройства требуется драйвер. Если существует строгий стандарт, описывающий набор команд, последовательность и временные параметры операций и другие особенности работы с данным классом устройств, драйвер может и не понадобиться, так как операционная система уже имеет в своем составе все необходимые для этого процедуры. В принципе, это можно назвать и встроенным драйвером. Примеры – клавиатура, таймер, коммуникационные порты, модем (внешний). Но если устройство может быть заменено на другое, отличное по своим функциональным возможностям, то драйвер для него нужно будет устанавливать обязательно.

Драйвер может содержаться и в дистрибутиве операционной системы. Тогда вопрос его поиска отпадает сам по себе. Однако устройства, появившиеся после официального выхода ОС, потребуют установки отдельного драйвера, разработанного производителем. Кроме того, набор драйверов в комплекте с ОС невелик и охватывает только небольшую часть наиболее распространенных или полностью стандартных устройств.

В операционных системах Microsoft Windows драйвер состоит из нескольких файлов, хранящихся обычно в каталогах SYSTEM, SYSTEM32 и их подкаталогах. Ядро драйвера хранится в файлах с расширениями .VXD, .DRV, .SYS и некоторых других, а дополнительные процедуры собраны в динамические библиотеки .DLL. Кроме того, в состав драйвера могут входить файлы справки, утилиты, модули деинсталляции и т.д.

Последовательность операций по установке и удалению драйвера хранится в специальном информационном файле .INF. С его помощью Windows определяет тип, производителя, модель устройства, класс драйвера, необходимые ресурсы и файлы. В этом файле также описываются операции распаковки, запуска, копирования, удаления, переименования файлов, добавления и удаления ключей в реестре и т.д. Все .INF-файлы хранятся в каталоге INF, причем устанавливаемые драйверы не-Microsoft’овского происхождения (не поставляемые в комплекте с ОС) откладываются в отдельный подкаталог INF/OTHER.

Windows умеет автоматически находить драйвер для устройства. Для этого она использует технологию Plug&Play, точнее, ее часть, отвечающую за самоидентификацию устройства. В частности, PCI-устройства обнаруживаются BIOS и заносятся в виде списка в специальную область ESCD (Extended System Configuration Data). Windows может использовать ее, а может и самостоятельно опросить шину PCI и узнать у каждого устройства коды его производителя, модели и версии, необходимые ресурсы и другую информацию. Далее проверяется база данных (файлы DRVDATA.BIN и DRVIDX.BIN) по всем известным устройствам и находится необходимый .INF-файл. Если в каталоге .INF имеются новые файлы, они будут автоматически проиндексированы и внесены в базу данных.

Следует также помнить, что операционные системы Windows 98 SE и Windows 2000, равно как и их потомки, поддерживают новую модель драйверов, получившую название WDM (Windows Driver Model). Это – попытка реализовать полную поддержку Plug&Play и ACPI, то есть дать возможность загружать и выгружать драйверы «на ходу», без перезагрузки системы, подключать их в виде фильтров-расширений к стандартным драйверам Microsoft, более гибко управлять энергосбережением и конфигурацией устройств и т.п. WDM-драйверы хранятся в каталоге SYSTEM32/DRIVERS. В частности, интерфейсы нового поколения USB и IEEE-1394 (FireWire) работают только под управлением WDM-драйверов.

Операционная система управляет некоторым «виртуальным устройством», которое понимает стандартный набор команд. Драйвер переводит эти команды в команды, которые понимает непосредственно устройство. Эта идеология называется «абстрагирование от аппаратного обеспечения».

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.

Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы — память, файлы, устройства и т. п.

Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 илиfopen() в UNIX-подобных системах.

Чтение.

Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.

Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла.

11. Функции ОС ПК. Обеспечение интерфейса пользователя. Обеспечение автоматического запуска. Организация и обслуживание файловой системы.

ОС представляет комплекс сист. и служебных прогр. средств. С одной стороны она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней - прикладных и большинства служебных приложений.
Ниже перечислены основные функции ОС:
1. Основная функция всех ОС – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:
- интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

- интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

- интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс)
Интерфейс пользователя может быть графическим, а может быть текстовым. Понятие интерфейса вообще можно описать как набор методов для организации взаимодействия двух и более единиц
При работе с пользователем все ОС способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы. В пакетном режиме ОС автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что ОС находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а, исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора.
Различают неграфические и графические ОС. Неграфические ОС реализуют интерфейс командной строки (например, ОС MS DOS). Основное устройство управления – клавиатура. Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса, основанный на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. Активный элемент – указатель мыши. Пассивные элементы – экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и др. Органы управления – клавиатура и устройство позиционирования (мышь).
2. Обеспечение автоматического запуска. Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.
Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем (например, для устройств автоматического управления). Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог ОС. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ, с которого начинается запись программы инициализации ОС.
3. Организация файловой системы. Файловая система - общая структура, определяющая в операционной системе именование, сохранение и размещение файлов. Различными типами файловых систем являются системы FAT, FAT32, NTFS (для ОС семейства Windows) и ext3, ext4 (для ОС семейства Linux). Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач: именование файлов; программный интерфейс работы с файлами для приложений; логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных; устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств; содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.)

В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме только чтение.

Принцип организации файловой системы -- табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора.

Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения.

Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных сведений приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами ОС.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт.

Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и другие используют файловую FAT16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (216) о местоположении единиц хранения данных.

Начиная с Windows 98 операционные системы семейства Windows поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц -- FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов.

Операционные системы Windows NT и Windows ХР, Windows Vista способны поддерживать NTFS.

Файловая система NTFS - улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в одной версии файловой системы FAT. Например, для обеспечения целостности данных тома в файловой системе NTFS используются стандартные технологии записи и восстановления транзакций. В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе -- это одна из функций операционной системы. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталог представляет собой логическое разбиение дисковой памяти на части, в которых могут храниться файлы и другие каталоги. Совокупность каталогов образует дерево каталогов с корневым каталогом. Все каталоги, кроме корневого, называются подкаталогами. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.
4. Обслуживание файловой структуры. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции ОС:
создание файлов и присвоение им имен; создание папок и присвоение им имен; переименование файлов и папок;

копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между папками одного диска; удаление файлов и папок; навигация по файловой структуре; управление атрибутами файла.

Файл – это именованная последовательность байтов произвольной длины. Создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе – это одна из функций ОС.
Различают «короткое» и «длинное» имя файла. В ОС MS DOS имя файла состоит из двух частей: собственно имени (8 символов) и расширения имени (3 символа), которые разделяются между собой точкой. В качестве символов используются алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. Основной недостаток «коротких» имен – их низкая содержательность.
С появлением ОС Windows 95 было введено понятие «длинное» имя, состоящее уже не из восьми символов, а из 256. Расширение имени также состоит из трех символов. Расширение отражает тип файла.
В иерархических структурах адрес объекта задается маршрутом, ведущим от вершины структуры к объекту:
С:\Мои документы \Текущие \Рефераты \Операц_системы.doc.
Кроме имени и расширения ОС хранит для каждого файла дату его создания и атрибуты файла (свойства файла). ОС позволяют контролировать атрибуты и изменять их. Основные атрибуты следующие:
Read only (только для чтения), Hidden (скрытый), System (системный – важные файлы, которые нельзя изменить средствами ОС), Archive (архивный – старый атрибут, сейчас, как правило, не используется)
5. Управление исполнением, установкой и удалением приложений.
Исполнение. С точки зрения управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные ОС. Однозадачные ОС – MS DOS. Современные графические ОС - многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают:
возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;
возможность обмена данными между приложениями;
возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.
Установка. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы.
Для установки приложений в Windows достаточно дать команду: Пуск/Панель управления/ Установка и удаление программ.
Удаление. Для удаления приложений служит та же команда, что и для установки - Пуск/Панель управления/ Установка и удаление программ.
6. Обеспечение взаимодействия с аппаратной конфигурацией. Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления – драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств – это одна из функций ОС. Строго говоря, выпуская устройство, например, модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных ОС, как-то: Windows 95, 98, 2000, XP, MS-DOS и т.п.
В общем случае оборудование подключается к компьютеру дважды: аппаратно и программно. Под аппаратным подключением понимают физическое соединение с компьютером либо с помощью слотов на материнской плате, либо с помощью внешних разъемов стандартных портов на задней стенке системного блока. Под программным подключением понимают установку программы – драйвера. При установке драйвера происходит выделение операционной системой части ресурсов новому устройству, а также регистрация нового устройства и его драйвера в реестре ОС.
7. Обслуживание компьютера. Для этого в базовый состав ОС включаются первоочередные служебные приложения: средства проверки дисков (средства логической и физической проверки) (ScanDisk);

средства уплотнения дисков (DriveSpace);

средства управления виртуальной памятью;
средства дефрагментации диска (Defrag);
средства резервного копирования данных (Backap)
8. Прочие функции ОС: возможность поддерживать функционирование в локальной сети без специального программного обеспечения; наличие средств защиты от несанкционированного доступа; возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки и т.д.

12. Понятие файла. Организация файловой системы и обслуживание файловой структуры. Организация доступа к файлу. Структура каталога. Путь и приглашение. Структура записей в каталоге.

Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе информации. Данные, содержащиеся в файлах, имеют самый разнообразный характер — программы на алгоритмическом или машинном языке; исходные данные для работы программ или результаты выполнения программ; произвольные тексты; графические изображения и т. п. Понятие файла в операционной системе (ОС) обобщается на внешние устройства и блоки компьютера (логические устройства), работающие с массивами данных: принтер, клавиатуру, дисплей, оперативную память (виртуальные диски) и т. д. Файловой системой (ФС) называется совокупность программ, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Организация файловой системы. Различными типами файловых систем являются системы FAT, FAT32, NTFS (для ОС семейства Windows) и ext3, ext4 (для ОС семейства Linux). Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач: именование файлов; программный интерфейс работы с файлами для приложений; логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных; устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств; содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.)

В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме только чтение.

Принцип организации файловой системы -- табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора.

Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения.

Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных сведений приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами ОС.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт.

Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и другие используют файловую FAT16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (216) о местоположении единиц хранения данных.

Начиная с Windows 98 операционные системы семейства Windows поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц -- FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов.

Операционные системы Windows NT и Windows ХР, Windows Vista способны поддерживать NTFS.

Файловая система NTFS - улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в одной версии файловой системы FAT. Например, для обеспечения целостности данных тома в файловой системе NTFS используются стандартные технологии записи и восстановления транзакций. В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе -- это одна из функций операционной системы. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталог представляет собой логическое разбиение дисковой памяти на части, в которых могут храниться файлы и другие каталоги. Совокупность каталогов образует дерево каталогов с корневым каталогом. Все каталоги, кроме корневого, называются подкаталогами. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.
Обслуживание файловой структуры. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции ОС:
создание файлов и присвоение им имен; создание папок и присвоение им имен; переименование файлов и папок;

копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между папками одного диска; удаление файлов и папок; навигация по файловой структуре; управление атрибутами файла.

Файл – это именованная последовательность байтов произвольной длины. Создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе – это одна из функций ОС.
Различают «короткое» и «длинное» имя файла. В ОС MS DOS имя файла состоит из двух частей: собственно имени (8 символов) и расширения имени (3 символа), которые разделяются между собой точкой. В качестве символов используются алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. Основной недостаток «коротких» имен – их низкая содержательность.
С появлением ОС Windows 95 было введено понятие «длинное» имя, состоящее уже не из восьми символов, а из 256. Расширение имени также состоит из трех символов. Расширение отражает тип файла.
В иерархических структурах адрес объекта задается маршрутом, ведущим от вершины структуры к объекту:
С:\Мои документы \Текущие \Рефераты \Операц_системы.doc.
Кроме имени и расширения ОС хранит для каждого файла дату его создания и атрибуты файла (свойства файла). ОС позволяют контролировать атрибуты и изменять их. Основные атрибуты следующие:
Read only (только для чтения), Hidden (скрытый), System (системный – важные файлы, которые нельзя изменить средствами ОС), Archive (архивный – старый атрибут, сейчас, как правило, не используется)При назначении имен файлам рекомендуется образовывать их так, чтобы они отражали смысловое содержание файла. Расширение указывает тип файла, причем некоторые из расширений являются стандартными для операционной системы, например:

● EXE — файл-программа на машинном языке

● COM (Command) — файл-программа на машинном языке, готовая к выполнению

● ВАТ — пакетный исполняемый командный файл;

●SYS — системный файл;

● BAS — файл-программа на языке BASIC;

● PRG — файл-программа на языке ШВАБЕ;

● ASM — файл-программа на языке ассемблер;

● ТХТ — текстовый файл;

● DOC — текстовый файл Word;

● XLS — файл электронных таблиц Excel;

● ВАК — копия файла, создаваемая при перезаписи оригинала;

● ARJ — архивный файл;

●ZIP — архивный файл..

Доступом называется обращение к файлу с целью чтения или записи в него информации. Файловая система поддерживает два типа доступа к файлам:

● последовательный метод доступа;

● прямой (непосредственный) метод доступа. При последовательном доступе записи из файла считываются подряд, строго в порядке их расположения в файле. Поэтому чтобы обратиться (получить доступ) к определенной записи, необходимо читать все предыдущие. При прямом доступе обеспечивается непосредственное обращение к записи по ее номеру в файле. Механизм доступа к файлу и его записям при программировании также имеет два варианта:

● доступ к файлу с использованием специальной таблицы — управляющего блока файла;

● доступ к файлу по идентификатору.

Управляющий блок файла содержит следующую информацию: ● номер (букву) дисковода, где установлен диск с файлом; ● имя файла и его расширение; ●текущий номер блока в файле;

●длину записи в байтах;

● размер файла в байтах;

● дату последней модификации файла;

● относительный номер записи (текущий номер);

● номер записи и т. д.

Некоторые из вышеназванных параметров требуют дополнительного пояснения; Файл состоит из блоков, объединяющих по 128 записей в каждом. Относительный номер записи — это порядковый номер записи в блоке. Текущий номер блока и относительный номер записи используются при последовательном доступе к записям файла. Номер записи — это параметр, объединяющий номер блока и относительный номер записи в блоке, он используется при произвольном доступе к записям файла; Важный параметр — длина записи используется при определении числа байтов, пересылаемых при обмене информацией с ОЗУи при определении положения записи внутри блока. Блок FCB позволяет получать доступ к файлам только в текущем каталоге. Идентификатор файла — ASCIIZ-строка. ASCIIZ (ASCII-zero) строка содержит следующую информацию:

● номер (логическое имя) дисковода и путь к файлу

● имя файла и его расширение;

● нулевой байт (zero-байт).

Для того, чтобы упорядочить и систематизировать файлы, был придуман особый тип файла – каталог, который представляет собой список ссылок на файлы с данными или другие каталоги. Если в операционной системе открыть каталог, то можно увидеть файлы и другие каталоги, которые как бы в нем хранятся. На самом деле эти вложенные файлы могут находиться в разных местах жесткого диска, но операционная система покажет их вместе. Часто каталоги называют также директориями или папками. “корневой каталог”, - с которого все начинается. Кроме того, не может быть ситуации, когда один каталог ссылается на второй, а тот, обратно, на первый. Описанное выше можно представить в виде дерева, у которого ствол и ветви являются каталогами, а листья – файлами. От любой ветви может отрастать ветка следующего порядка и/или листья, т.е. любой каталог может содержать вложенные каталоги и/или файлы с данными. Можно сделать следующий вывод: файловая система в операционной системе – это логическая структура файлов и каталогов. Структуру, описанную выше, часто называют иерархической или древовидной. Она характерна для большинства операционных систем. Адрес записывается следующим образом: сначала пишется корневой каталог «/», и далее указываются каталоги, начиная с самого верхнего (родительского) и заканчивая самым нижним (дочерним), разделяемые между собой все тем же «/».Запись о файле в каталоге содержит имя и тип файла, объем файла в байтах, дату создания, время создания, и еще ряд параметров, необходимых ОС для организации доступа. Запись о подкаталоге нежнего уровня в родительском каталоге содержит имя, признак <DIR>, дату и время создания. Доступ к файлу можно организовать следующим образом: если имя файла зарегистрировано в текущем каталоге, то достаточно для доступа к файлу указать только его имя; если имя файла зарегистрировано в пассивном каталоге, то, находясь в текущем каталоге, вы должны указать путь, т.е. цепочку соподчиненных каталогов, через которые следует организовать доступ к файлу. Путь — цепочка соподчиненных каталогов, которую необходимо пройти по иерархической структуре к каталогу, где зарегистрирован искомый файл. При задании пути имена каталогов записываются в порядке следования и отделяются друг от друга символом \.
Взаимодействие пользователя с операционной системой осуществляется с помощью командной строки, индицируемой на экране дисплея. В начале командной строки всегда имеется приглашение, которое заканчивается символом >. В приглашении может быть отображено: имя текущего диска, имя текущего каталога, текущее время и дата, путь, символы-разделители.
Приглашение операционной системы — индикация на экране дисплея информации, означающей готовность операционной системы к вводу команд пользователя.

13. ОС Windows, особенности, основные объекты,приемы управления, использование Главного меню, настройка ОС, стандартные приложения. Принципы внедрения и связывания объектов. Работа в ОС с ипользованием операционных оболочек.

Операционная система — это главная программа компьютера. Без нее мы не смогли бы даже включить компьютер. Windows - это операционная система.

Когда мы включаем компьютер, то видим картинку и всякие значки, кнопки, окошки и прочее. Вся эта красота, которую Вы видите и используете, все эти кнопочки, окошки, стрелочки, многое другое — это и есть операционная система.

Операционных систем не так много. Практически на всех компьютерах установлена Windows, потому что она наиболее простая и удобная. Есть несколько версий этой системы — 95, 98, 2000, Me, NT, XP, Vista, Windows 7. Между собой они отличаются датой выпуска. Чем старее версия операционной системы, тем больше в ней недоработок. WindowsXP являемся графической операционной системой для компьютеров плат­формы IBMPC.Ее основные средства управления — графический манипулятор (мышь или иной аналогичный) и клавиатура. Система предназначена для управ­ления автономным компьютером, но также содержит все необходимое для создания небольшой локальной компьютерной сети (одноранговой сети) и имеет средства для интеграции компьютера во всемирную сеть (Интернет).

Рабочий стол WindowsXP

Стартовый экран WindowsXPпредставляет собой системный объект, называемый Рабочим столом. Практически, экран WindowsХР является Рабочим столом. Однако существуют видеоадаптеры, позволяющие создать Рабочий стол, размер которого больше, чем видимый размер экрана. Кроме того, WindowsXPимеет штатные средства, позволяющие разместить Рабочий стол на нескольких экранах, если к компью­теру подключено несколько мониторов.

Рабочий стол — это графическая среда, на которой отображаются объекты Windowsи элементы управления Windows. Все, с чем мы имеем дело, работая с компьютером в данной системе, можно отнести либо к объектам, либо к элементам управления. В исходном состоянии на Рабочем столе можно наблюдать несколько экранных значков и Панель задач (рис. 5.1). Значки — это графическое представление объек­тов Windows, а Панель задач — один из основных элементов управления.

Управление WindowsXP

В WindowsXPбольшую часть команд можно выполнять с помощью мыши. С мышью связан активный элемент управления — указатель мыши. При перемещении мыши

по плоской поверхности указатель перемещается по Рабочему столу, и его можно позиционировать на значках объектов или на пассивных элементах управления приложений. Основными приемами управления с помощью мыши являются:

• щелчок — быстрое нажатие и отпускание левой кнопки мыши;

• двойной щелчок — два щелчка, выполненные с малым интервалом времени между ними;

• щелчок правой кнопкой — то же, что и щелчок, но с использованием правой кнопки;

• перетаскивание {drag-and-drop) — выполняется путем перемещения мыши при

нажатой левой кнопке (обычно сопровождается перемещением экранного объекта, на котором установлен указатель);

• протягивание мыши (click-and-drag) — выполняется, как и перетаскивание, но при этом происходит не перемещение экранного объекта, а изменение его формы;

• специальное перетаскивание — выполняется, как и перетаскивание, но при нажа­той правой кнопке мыши, а не левой;

• зависание — наведение указателя мыши на значок объекта или на элемент управ­ления и задержка его на некоторое время (при этом обычно на экране появляется всплывающая подсказка, кратко характеризующая свойства объекта).

Создание ярлыков объектов — это одна из функций приема специального перетас­кивания.

Корзина — специальный объект Windows, выполняющий функции контейнера. Она служит для временного хранения удаляемых объектов. Если какой-то документ или программа стали не нужны, их можно удалить, но при этом они не удаляются безвозвратно, а откладываются в Корзину, из которой их впоследствии можно вос­становить.

Значок является графическим представлением объекта. То, что мы делаем со знач­ком, мы на самом деле делаем с объектом. Например, удаление значка приводит к удалению объекта; копирование значка приводит к копированию объекта и т. д. Ярлык же является только указателем на объект. Удаление ярлыка приводит к удалению указателя, но не объекта; копирование ярлыка приводит к копированию указателя, но не объекта.