Формулы представления двоичных чисел в ПК.

В ПК применяются 2 формы представления различных чисел : естественная (форма с фиксированной запятой) и нормальная (форма с плавающей запятой).
Для чисел в естественной форме положение точки или запятой жёстко фиксируется. Для целых чисел точка располагается справа от младшего разряда, для правильных дробей – перед старшим разрядом, для смешанных дробей – в определённом месте, отделяющем целую часть от дробной. Естественная форма в основном используется для целых чисел. Кол-во разрядов может быть либо 16 (формат H), либо 32 (формат F).
Для расширения диапазона чисел в ПК используется формат с плавающей запятой, или нормальная форма.
А = +-m_{a *} E^(+-P_a ), где m_a - мантиса числа а, а – основание, Р – порядок.
Все эти элементы отображаются двоичными числами без знака. Нормальная форма может быть представлена коротким форматом Е = 4 байта, длинным форматом D = 8 байтов и форматом повышенной точности 16 байтов. Новые байты отдаются под увеличение области мантисы.

Машинные коды чисел.
Машинные коды в ПК позволяют все арифметические операции свести к сложению и сдвигу вправо или влево. При использовании машинных кодов автоматически учитываются знаки чисел, определяется знак результата и переполнение разрядной сетки. Все машинные коды делятся на прямые, обратные и дополнительные.
Представление чисел в прямом коде складывается из знакового разряда и двоичного числа. Для представления отрицательных чисел или замены операции «вычитание» на «сложение» используется обратный или дополнительный коды. Сущность этих кодов заключается в том, что вычитаемое число представляется в виде дополнения на некоторые константы.
Z = -x = (10ⁿ – x) - 10ⁿ – для дополнительного кода
Z = -x = (10ⁿ – 1 - x) - 10ⁿ + 1 – для обратного кода

+31₁₀ А_н^п = А_н^о = А_н^д = 0000 0000 0001 1111₂
-31₁₀ А_н^п = 1000 0000 0001 1111₂
-31₁₀ А_н^д = 1111 1111 1110 0001₂
-31₁₀ А_н^о = 1111 1111 1110 0000₂

Правила образования двоичных машинных кодов.
1) Положительное число в прямом обратном и дополнительном кодах выглядит одинаково.
2) Прямой код отрицательных и положительных чисел имеет различное значение только в знаковом разряде.
3) Обратный код отрицательного числа получается из прямого кода путём замены единиц на нули и нулей на единицы, исключая знаковый разряд.
4.1) Дополнительный код получается из обратного прибавлением единицы к младшему разряду.
4.2) Дополнительный код отрицательного числа может быть получен из прямого кода заменой всех единиц на нули и всех нулей на единицы и исключая самую младшую единицу и следующие за ней нули.

Обычно в ПК числа, представленные в естественной форме, хранятся в дополнительном коде, а числа, представленные в нормальной форме, хранятся в прямом коде.
Обратный код используется как промежуточное звено для получения дополнительного кода.

Варианты представления информации в ПК.
Вся информация в ПК представлена в виде двоичных кодов. Последовательность нескольких битов или байтов называют полем данных. Биты в поле нумеруются справа налево, начиная с нулевого разряда.
В ПК обрабатываются поля постоянной и переменной длины.
Поля постоянной длины : слово – 2 байта, полуслово – 1 байт, двойное слово – 4 байта, расширенное слово – 8 байт, слова длиной 10 байтов.
Поля переменной длины могут иметь любой размер от 0 до 256 байтов, но обязательно равный целому числу байтов.
Двоично кодированные десятичные числа могут быть представлены в ПК полями переменной длины в упакованном и распакованном форматах.
В упакованном формате для каждой десятичной цифры отводится по 4 двоичных разряда. При этом знак числа кодируется в крайнем правом полубайте.
1100 – «+»
1101 – «-»
Упакованный формат используется в ПК при выполнении операции сложения и вычитания двоично-десятичных чисел.
В распакованном формате для каждой десятичной цифры отводится по целому байту. При этом выделяются зоны (старшие полубайты), заполняемые кодом 0011.
Зона самого младшего правого байта используется для кодирования знака числа.

-193₁₀ = -0001 1001 0011₂
Упакованный формат : 0001 1001 0011 1101
Распакованный формат : 0011 0001 0011 1001 1101 0011

Распакованный формат представления двоично-десятичных чисел (зонный) является следствием использования в ПК ASCII-кода – американского стандартного кода для обмена информации, который используется для представления символьной информации и имеет основной стандарт и его расширения. Основной стандарт используется для кодирования символов латинского алфавита и управляющих символов. В расширении стандарта кодируются символы псевдографики и буквы национальных алфавитов.
Основной стандарт является международным и содержит 16-ричные коды от 00 до 7F₁₆, расширения содержат коды от 80 до FF₁₆.

Основы алгебры логики.
Для анализа и синтеза схем в ПК при алгоритмизации и программировании решения задач используется математический аппарат алгебры логики.
Алгебра логика – это раздел математической логики, значения всех элементов, функций и аргументов которой определены в двухэлементном множестве 0 и 1.
Алгебра логика оперирует с логическими высказываниями.
Высказывание - это любое предложение, в отношении которого имеет смысл о его истинности или ложности. При этом считается, что высказывания удовлетворяют закону исключённого третьего, т.е. каждое высказывание или истинно, или ложно и не может быть одновременно истинным и ложным.
В алгебре логике все высказывания обозначаются буквами латинского алфавита. В дальнейшем над ними можно производить любые действия, предусмотренные данной алгеброй. Причём, если над исходными элементами алгебры выполнены некоторые разрешённые в алгебре логике операции, то результатами операций также будут элементы этой алгебры.
Таким образом, математическая логика – это наука о методах рассуждений, при которых отвлекаются от содержания рассуждения, а используют только их форму и значение.
Математическая логика оперирует :
- логическими переменными (0 – ложь, 1 – истина)
- наборами, на которых задана функция, которые могут быть представлены в виде конституэнтов двоичных или десятичных эквивалентов
- конституэнтами (логическое произведение переменных или их отрицаний в виде

Алгебра логика содержит операции конъюнкции (логическое произведение), дизъюнкции (логическое сложение) и отрицания (горизонтальная черта над символом), которые позволяют производить тождественные преобразования логических выражений.

Алгебра логика содержит 12 законов:
1) идемпотентность (одинаковость)
а + а = а
а * а = а
2) коммутативность
а + b = b +a
a * b = b *a
3) ассоциативность
a + (b + c) = (a + b) + c
a * (b * c) = (a * b) * c
4) дистрибутивность
- конъюнкции относительно дизъюнкции
a * (b + c) = a * b + a * c
- дизъюнкции относительно конъюнкции
a + b * c = (a + b) * (a + c)
5) больное отрицание
а (с двумя отрицаниями сверху) = a
6) законы де Моргана
не a + не b = не (a * b)
не a * не b = не (a + b)
7) поглощение
a + a * b = a
a * (a + b) = a
8) законы, определяющие действия логическими константами (0 и 1)
a + 0 = a
a*0=0
a+1=1
a*1=a
не 0 = 1
не 1 = 0
не а + а = 1
не а * а =0
9) склеивание
a * b + не a * b = b
(a + b) * (не a + b) = b
10) закон Блейка-Порецкого
a + не a * b = a + b
11) закон свёртки логического выражения
а * b + не а * с + b * c = a * b + не а * c

Для функции с двумя переменными известны 16 логических функций.
Функция в алгебре логике – это алгебраическое выражение, содержащее элементы алгебры логики, связанные между собой операциями определёнными в этой алгебре.
Значение каждой логической функции описывается таблицей истинности.
Таблица истинности устанавливается в соответствии между возможными значениями наборов переменных и значениями функций.
Таблицы истинности позволяют определять значения, которые они принимают при различных значениях переменных; сравнивать функции между собой; определять, удовлетворяют ли функции заданным свойствам.

1) Логическое сложение, или дизъюнкция (a+b ; a ∨ b)
Дизъюнкция двух слагаемых имеет место тогда и только тогда, когда ложны оба слагаемых.

a	b	a+b

2) Логическое умножение, или конъюнкция (a*b ; a&b ; a ∧ b)
Конъюнкция двух сомножителей истинно тогда и только тогда, когда истинны оба сомножителя.

a	b	a*b

3) Отрицание, или инверсия

a	не a

a	b	не a (a,b) = не a

a	b	не b (a,b) = не b

4) Импликация, или функция следования ;
Для функции импликации из лжи следует всё, что угодно; а из истины – только истина.

a	b

a	b

ДНФ (дизъюнктивно нормальная функция) : = a + не b ; = не a + b

5) Сложение по модулю 2
Эта функция истинна тогда и только тогда, когда значения переменных различны.

a	b

ДНФ : = не a * b + a * не b

6) Функция тождества, или эквивалентность
Эта функция истинна тогда и только тогда, когда значения переменных совпадают.

a	b

ДНФ : = не ( ) = не a * не b + a * b

7) Функция Шеффера, или штрих Шеффера a l b
Функция ложна тогда и только тогда, когда оба значения переменных истинны.

a	b	a l b

ДНФ : a l b = не (a * b) = не a + не b

8) Cтрелка Пирса, или функция Вебба a ↓ b
Эта функция истинна тогда и только тогда, когда ложны обе её переменные.

a	b	a ↓ b

ДНФ :

9) Единичная функция (определяет логическую константу 1)

a	b

1 (a,b) = 1

10) Нулевая функция (определяет логическую константу 0)

a	b

0 (a,b) = 0

11) Функция сохранения переменной a.
Эта функция истинна тогда и только тогда, когда переменная а истинна.

a	b	a

a (a,b) = a

12) Функция сохранения переменной b.
Эта функция истинна тогда и только тогда, когда b истинна.

a	b	b

b (a,b) = b

Для технической реализации логических функций и вычислительных процессов используются логические схемы:
1)

2)

3)

Структуры и виды команд.
Решение задач в ПК реализуется программным способом, т.е. путём выполнения последовательно во времени отдельных операций, предусмотренных алгоритмом.
Алгоритм – это строгая и точно определённая последовательность действий, которую необходимо выполнить над исходной информацией за конечное число шагов.
Алгоритм в виде последовательности команд на языке машины называется машинной программой.
Команда машинной программы – это элементарная инструкция машине, выполняемая ею автоматически.
Машинная команда состоит из двух частей:
1) операционная – это группа разрядов в команде, предназначенная для представления кода операции машины
2) адресная – это группа разрядов в команде, в которую записываются коды адресов ячеек памяти машины, предназначенных для оперативного хранения информации.

Все команды делятся на безадресные, одно-, двух- и трёхадресные.
По группам выполняемых операций машинные команды делятся на:
- операции пересылки информации внутри ПК
- арифметические операции над информацией
- логические операции над информацией
- операции обращения к внешним устройствам ПК
- операции передачи управления
- обслуживающие и вспомогательные операции

Архитектура ПК.
Основные блоки ПК и их назначение.
Архитектура ПК определяется совокупностью свойств, существенных для пользователя. При выборе архитектуры основное внимание уделяется структуре и функциональным возможностям, которые делятсяна основные и дополнительные.
Основные функции определяют назначение ПК.
Дополнительные функции обеспечивают эффективный режим работы ПК, диалог с пользователем, высокую надёжность, информационную безопасность.
Таким образом, структура ПК – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в неё компонентов.

Достоинствами ПК являются:
- относительно малая стоимость
- автономность эксплуатации
- гибкость архитектуры
- «дружественность» интерфейса
- высокая надёжность

Микропроцессор – это центральный элемент ПК, предназначенный для управления работы всех блоков ПК и выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Устройство управления формирует и подаёт во все блоки ПК сигналы управления, или управляющие импульсы; формирует адреса ячеек памяти.
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
Микропроцессорная память строится на регистрах и служит для кратковременного хранения записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислении в ближайшие такты работы ПК.
Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины.
Интерфейсная система реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК и включает внутренний интерфейс микропроцессора, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода/вывода.
Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи устройств ПК.
Порт – это аппаратура сопряжения, позволяющая подключать любое устройство.
Генератор тактовых импульсов вырабатывает последовательность электрических импульсов.
Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств ПК. Она состоит из кодовой шины данных, обеспечивающей параллельную передачу всех разрядов машинного слова; кодовой шины адреса, обеспечивающей параллельную передачу всех разрядов кода адреса ячеек основной памяти или порта; кодовой шины инструкций, служащей для передачи инструкции во все блоки ПК; шины питания. Системная шина обеспечивает передачу информации между микропроцессором и основной памятью, микропроцессором и портами, основной памятью и портами.
Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с блоками ПК. Основная память состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), служащего для хранения неизменяемой программной и справочной информацией, и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), обрабатывающей информацию, непосредственно участвующую в процессе.
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывания от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдаёт сигнал прерывания в микропроцессор.
Прерывание – это временное прекращение выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой – более приоритетной.
Внутримашинный системный интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой. Он представляет собой совокупность электрический линий связи, схем сопряжения с компонентами ПК, протоколов передачи и преобразований сигналов. Внутримашинный системный интерфейс бывает многосвязным (когда каждый блок ПК связан с другими блоками локальными проводами) и односвязным (когда все блоки связаны через общесистемную шину). В общесистемную шину входят шины расширений (шины общего назначения, позволяющие подключать различные устройства) и локальные шины, обслуживающие устройства определённого класса.

Функциональные характеристики ПК.
- тактовая частота, производительность, быстродействие
- разрядность ПК и кодовых шин интерфейса (максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция)
- тип системного и локального интерфейсов
- ёмкость оперативной памяти
- ёмкость винчестера
- ёмкость кэш-памяти (буферной, недоступной для пользователя быстродействующей памяти)
- тип видеоадаптера
- аппаратная и программная совместимость
- надёжность и стоимость

Микропроцессор.
Микропроцессором системы команд, или центральным процессором, называют функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной большой интегральной схемы (БИС) или в виде нескольких сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Процессор выполняет следующие функции:
- вычисление адресов команд и операндов
- выборка и дешифрация команд из основной памяти
- выборка данных из основной памяти, регистров процессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств
- приём и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств
- обработка данных и запись в основную память в регистры процессорной памяти и регистры адаптеров внешних устройств
- выработка управляющих сигналов для узлов и блоков в ПК
- организация перехода к следующей команде

Общая стратегия создания высоко производительных процессоров направлена на обеспечение параллельной работы большого количества различных функциональных устройств. Такие процессоры имеют конвейерную организацию, при которой выполнение очередной команды начинается до завершения предыдущей.
При суперскалярном функционировании из памяти выбираются и одновременно выполняются несколько команд.

Основными параметрами процессоров являются:
- разрядность шины данных, определяющая количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции
- разрядность шины адреса, которая определяет адресное пространство процессора; это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано процессором
- рабочая тактовая частота, определяющая внутреннее быстродействие процессора
- кэш-память (быстрая память процессора)
- конструктив (физические разъёмные соединения, в которые устанавливается процессор)
- рабочее напряжение

Система команд.
Система команд – это вид и тип команд, автоматически исполняемых процессором.
Тип команд определяет процедуры, выполняемые над данными в процессоре, и категории данных.

От типа команд зависит классификация процессора:
1) CISC
2) RISC – с усечённым набором системы команд
3) VLIW – со сверхбольшим командным словом
4) MISC – с минимальным набором системы команд и высоким быстродействием

Архитектура CISC появилась в 1978 году. Процессоры представляли собой скалярные устройства с централизованным управлением и могли в каждый момент времени выполнять только одну команду, содержали десятки тысяч транзисторов.

Процессоры RISC разработаны в 1986 году при появлении суперскалярных конвейеров. Характеризуются высоким быстродействием и распределённым управлением команд. Несовместимы с CISC и могли лишь эмулировать процессоры CISC на программном уровне. Содержали сотни тысяч транзисторов.

В конце 90-х годов появилась архитектура VLIW. Процессоры содержали миллионы транзисторов. Архитектура VLIW использует длинные слова команд, предикаты команд и предварительную загрузку данных для обеспечения параллелизма выполнения команд. Программисты не имеют доступа к внутренним программам, а все программы работают поверх специального программного обеспечения, которое называется Code Morphing, позволяющая транслировать команды CISC-процессоров в VLIW.

Архитектура MISC является перспективной. Спецификации и теоретическая база уже разработаны, но технологически реализовать это не удаётся.

Все операции, выполняемые микропроцессором, делятся на следующие группы:
- операции пересылки между регистрами и основной памятью
- операции арифметики с фиксированной точкой
- операции арифметики с плавающей точкой
- операции сравнения содержания машинных слов
- операции условного и безусловного переходов
- побитовые операции с парой машинных слов
- операции индексной арифметики для обращения к последующим элементам массивов
- операции прерывания для перехода к зарезервированной области памяти для обработки сбойных, аварийных и нестандартных ситуаций
- операции обращения к внешнему устройству

Типичная компьютерная задача состоит из цепочки шагов, определённых алгоритмом, в виде последовательности машинных команд программы. Каждая команда разбивается процессором на ряд элементарных машинных операций. Для выполнения программы процессор по одной выбирает команды из памяти и выполняет действия до тех пор, пока не встретится команда перехода или ветвления.

Структура микропроцессора.
1) Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы во все блоки ПК; состоит из:
- регистра команд (запоминающего регистра кода команд)
- ПЗУ микропрограмм, который хранит управляющие сигналы для выполнения операций обработки)
- узел формирования адреса
- кодовые шины данных, адреса и инструкций, которые являются частью внутренней интерфейсной шины интерфейса

2) Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические преобразования информации. Функционально состоит из 2 регистров, сумматора и схем управления.
Сумматор – это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения двоичных кодов; имеет разрядность двойного машинного слова.
Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины. 1 регистр – разрядность двойного слова, 2 регистр – разрядность слова.
Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы.
Арифметико-логическое устройство выполняет операции только над целыми двоичными числами.

3) Микропроцессорная память (небольшой ёмкости, но высокого быстродействия) предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно участвующей в вычислениях.
Микропроцессорная память состоит из быстродействующих регистров с разрядностью не меньше машинного слова; содержит специальные регистры, использующиеся для хранения различных адресов признаков, результатов выполнения операций и режимов работы ПК, и регистры общего назначения (универсальные), которые могут использоваться для хранения любой информации).

4) Интерфейсная система микропроцессора служит для связи и согласования микропроцессора с системной шиной, а также для приёма предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.
Состав.
- адресные регистры микропроцессорной памяти
- узел формирования адреса
- блок регистров команд
- внутренняя интерфейсная шина микропроцессора
- схема управления шиной и портами ввода-вывода
Порты вводы-вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами.
Схема управления шиной и портами выполняет 3 функции:
* формирование адреса порта и управляющей информацией для него
* приём информации от порта о его состоянии
* организация сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом и микропроцессором

Запоминающие устройства ПК.
1) КЭШ-память – это высокоскоростная память сравнительно большой ёмкости, являющаяся буфером между основной памятью и микропроцессором, позволяющая увеличивать скорость выполнения операций; недоступна для пользователя; хранит данные, которые микропроцессор получит и будет использовать в ближайшие такты своей работы.
По принципу записи результатов различают:
- кэш-память «с обратной записью», когда результаты операций фиксируются в кэш-памяти сначала, а затем в основной
- кэш-память «со сквозной записью», когда результаты параллельно записываются и в основную, и в кэш-память

2) Основная память.
Физическая структура.
Основная память содержит RAM – Random Access Memory – оперативное запоминающее устройство с произвольным доступом и ROM – Read-Only Memory – постоянное запоминающее устройство только для чтения.
ОЗУ предназначена для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе; является энергозависимой памятью и выпускается на основе больших интегральных схем:
* SIMM – Single Inline Memory Module – статическая память
* DIMM – Dynamic Inline Memory Module
* RIMM – Random Inline Memory Module
* DDR
ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации (загрузочных программ, программ тестирования и драйверов.
Логическая структура.
Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство, которое определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемые ячеек основной памяти. Адресное пространство зависит от разрядности адресных шин.

Стандартная память – 640 кбайт. Из них 64 – служебные программы и данные ОС; 576 – данные пользователя.
Верхняя память – 384 кбайт. Из них 256 – видеопамять; 128 – загрузка ОС.

Расширенная память становится доступной при использовании специальных программ драйверов.

Внешняя память делится на ленточную, дисковую и флэш-накопительную.

Основы программирования.
Язык Visual Basic (VB) реализован по технологиям объектно-ориентированного программирования (ООП), т.е. всё, что создаётся в программном приложении, является объектами. Объекты живут собственной жизнью и взаимодействуют между собой посредством передачи сообщений.

ООП базируется на 3 принципах:
- наследование, т.е. вновь создаваемый объект наследует основные атрибуты родительского объекта
- инкапсуляция, т.е. закрытие данных внутри объекта от внешнего воздействия внутри процедур программного кода
- полиморфизм, т.е. возможность придания различных форм объектам (в VB не реализован)

Объекты, обладающие одинаковым поведением, группируются в классы.

Основные атрибуты объектов.
* свойства – это характеристики внешнего вида и элементов объекта
* методы – это действия, выполняемые объектом
* события – это результат выполнения программы, реализуемых в процедурах

Интегрированная среда разработки описывает интерфейс и средства конструирования приложений; состоит из:
- главного меню,
- панели инструментов (упрощает доступ к командам меню),
- окна проекта (содержит файлы, образующие приложения),
- окна свойств,
- окна макета формы (показывает место отображения формы на экране),
- панели элементов управления (для создания интерфейса в приложениях)
- конструктора форм (используется для создания интерфейса приложений)

Программное обеспечение ПК.
Основные понятия ПО.
Программа – это упорядоченная последовательность команд для решения задач.
Задача – это проблема, подлежащая решению.
Приложение – это программная реализация на ПК решения задач.

Задачи делятся на технологические (используются для разработки сервисных средств ПО) и функциональные (образуют предметную область, т.е. совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигаются поставленные цели).

Процесс создания программ состоит из:
- постановки задачи
- алгоритмизации решения задачи
- программирования

Программирование – это теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.
Программный продукт – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задачи, подготовленный к реализации как вид продукции.

Жизненный цикл программного продукта.
- маркетинг рынка программных средств
- проектирование структуры программного продукта
- программирование
- документирование программного продукта
- выход на рынок
- эксплуатация
- сопровождение
- снятие с продажи

Основные классы программных продуктов.
- системное ПО (совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы ПК)
- пакеты прикладных программ (комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области)
- инструментарий технологии программирования (совокупность программ или программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов)

Системное ПО.
Программы, организующие работу устройств и не связанные со спецификой решаемой задачи, называются ОС.
ОС обеспечивает управление аппаратной частью ПК и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

ОС выполняет функции:
- управление работой блоков в ПК и их взаимодействие
- управление выполнением программ
- организация хранения информации во внешней памяти
- взаимодействие пользователя с ПК

В основе ОС лежит принцип организации работы внешнего устройства хранения информации.
Файл – это логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которых во внешней памяти выделяется именованная область.
Особенности файлов определяются их форматом.
Формат – это элемент языка, в символическом виде описывающий представление информации в файле.
Файл характеризуется именем, объёмом, датой и временем создания, специальными атрибутами.
Файлы размещаются на логическом диске, которые являются главным каталогом в иерархической структуре файловой системы ОС.
Доступ к содержимому файла организован из главного каталога через цепочку соподчинённых каталогов.
Файловая система – это часть ОС, управляющая размещением и доступом к файлам и каталогам на диске.
В каталоге любого уровня хранятся записи о файлах и путях к каталогам нижнего уровня.

Структура ОС Windows.
Структуру ОС Windows образуют модули:
- BIOS (базовая система ввода-вывода
- EM BIOS – Extansion Module BIOS (находится в файле IO.SYS)
- BM – Basic Module (находится в файле MSDOS.SYS)
- CI – Command Interpreter (находится в файле command.com)
- внешние команды и драйверы, утилиты (все файлы с расширением .com, .exe, .sys)
- SB – System Bootstrap
- инструментальные средства ОС Windows

BIOS обеспечивает управление стандартными внешними периферийными устройствами.
Вспомогательные функции BIOS.
- поиск программы-загрузчика и её загрузка в основную память
- тестирование аппаратной части
- инициализация векторов прерываний нижнего уровня

IO.SYS придает гибкость системе при обращении к внешним устройствам, а при необходимости блокирует функции BIOS. Этот модуль позволяет модифицировать параметры ОС с помощью файла конфигурации CONFIG.SYS, в котором прописываются драйверы внешних устройств и IO.SYS подключает их.
Функции.
- определение состояния оборудования, конфигурирования ОС
- инициализация и переустановка векторов прерываний нижнего уровня
- запуск базового модуля ОС

MSDOS.SYS служит для управления ресурсами ПК, файловой системы на диске и управления работой программ при помощи системы прерываний.
Функции.
- считывание в память и запуск командного процесса
- инициализация векторов прерываний верхнего уровня

Command.com предназначен для поддержки пользовательского интерфейса ОС. Состоит из резидентного и транзитного модулей.
Резидентный модуль хранится в основной памяти постоянно и является модулем самого процессора.
Транзитный модуль может вытесняться из основной памяти файлами с разрешением .exe и .com.
Функции.
- приём и анализ команд
- выполнение внутренних команд
- загрузка программ в основную память для выполнения
- обработка прерываний при завершении задачи
- при загрузке выполнение файла автонастройки AUTOEXEC.BAT.

Загрузчик находится в нулевом секторе и осуществляет поиск и загрузку в основную память файлов IO.SYS, MSDOS.SYS и запускает модуль расширения BIOS.

Файловая структура диска.
Нулевой сектор занимает загрузчик.
С 1 по 18 секторы занимает таблица размещения файлов.
С 19 по 32 секторы занимает главный каталог.
С 33 сектора занимают файлы IO.SYS, MSDOS.SYS, COMMAND.COM и т.д.

Порядок загрузки ОС Windows.
- тестирование основной памяти программой BIOS
- считывание загрузчика из нулевого сектора
- загрузчик проверяет местонахождение IO.SYS, MSDOS.SYS и загружает их в основную память
- загружается COMMAND.COM и обрабатывается файл конфигурации CONFIG.SYS
- отрабатывается файл AUTOEXEC.BAT, настройки параметров ОС.

Характеристики ОС Windows.
1) 32- и 64-разрядная архитектура
2) многозадачность и многопоточность
Многозадачность – это способность одновременно выполнять несколько программ. Бывает кооперативной (когда процессорное время распределяют сами программы, а момент передачи управления зависит от хода выполнения задачи) и вытесняющей (когда распределением процессорного времени между программами занимается процессор).
Многопоточность – это когда работающие программы могут разделяться на несколько операций.
3) графический пользовательский интерфейс
4) подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play
5) использование виртуальной памяти – это расширение адресного пространства задачи за счёт использования части внешней памяти
6) совместимость с ранее созданным ПО
7) наличие коммуникационных программных средств
8) наличие средств мультимедиа
9) наличие средств обслуживания, восстановления и повышения производительности работы программ