LectOS1po12 (Лекции по операционным системам), страница 11

6. ОС передает в БД запрос на поиск записи по запросу СУБД.

7. БД ищет запрошенную запись и после нахождения передает ее в системные буферы.

8. Затребованная прикладной программой А запись передается из системного буфера в рабочую область программы А.

9. СУБД сообщает программе А о выполнении ее задания.

10. Прикладная программа А обрабатывает данные, помещенные в ее рабочую область.

Типы моделей данных (МД), используемых при построении БД

До недавнего времени существовали 3 основные МД:

1. иерархическая, или древовидная;

2. сетевая;

3. реляционная.

В настоящее время все большее распространение получает объектная МД, используемая для описания таких сложных типов данных как географические карты, видеоинформация, временные ряды и т.д. Однако в этом курсе эта МД рассматриваться не будет.

Иерархическая МД

Рис.3. Иерархическая МД

Элементы данных связаны отношением «отец-сын», причем у сына может быть только один "отец". Преимущество иерархической МД состоит в том, что явным образом указываются отношения между элементами. Недостаток заключается в том, что существуют ограничения на типы этих отношений - они могут быть только иерархическими. При наличии других типов отношений, например, у какого-то элемента есть два предшественника, следует выбрать другую модель данных.

Сетевая МД

Рис.4. Сетевая МД

Если в отношении между данными порожденный элемент имеет более одного исходного элемента, то это отношение нельзя описать посредством древовидной структуры. На рис.4 представлен пример простой реализации сетевой МД. В сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом.

Недостаток сетевой структуры состоит в том, что в некоторых случаях сетевая структура может иметь очень сложный вид. С такой структурой сложно разбираться, в том числе и модифицировать ее.

Сетевая структура эффективна для стабильных условий работы. В более динамичных условиях, когда БД предполагается существенно расширять или вносить в нее новые параметры и отношения, сетевая МД может быть неэффективна.

Реляционная МД

Реляционная МД обладает многими преимуществами по сравнеию с сетевой и иерархическими моделями. Реляционная БД состоит из так называемых отношений (relations). На рис.5 представлен пример фрагмента такой БД.

Рис.5. Пример реляционной МД

Каждая конкретная строка называется кортежом, которые упорядочиваются по первичному ключу. В качестве этих ключей используются значения первого поля каждого кортежа.

Любой столбец отношения называется доменом.

Кортежи, входящие в отношение, должны быть уникальными, т.е. различаться по первичному ключу, однако конкретные значения атрибутов могут быть одинаковы для различных кортежей. Число доменов в отношении определяет степень данного отношения. Отношения 2-й степени называются бинарными, 3-й степени - тернарными, n-й степени - n-арными.

Операцию по выделению столбцов называют проекцией, операцию комбинирования таблиц - соединением.

По сравнению с иерархической и сетевой моделями реляционная модель (РМ) базы данных имеет многие преимущества:

1. Табличное представление данных, используемое в РМ, делает ее простой для понимания пользователей и реализации ее физической модели.

2. Иерархический и сетевой типы данных можно относительно легко превратить в реляционный тип. Таким образом, эта схема представления данных носит универсальный характер. Процесс представления данных в виде двумерных таблиц, выполняемый для любой связи между данными в БД, называется процессом нормализации; при этом таблицы могут быть построены таким образом, что не будет утеряна информация о связях между элементами данных.

3. Операции проекции и соединения легко реализовать.

4. Весьма просто реализуется управление доступом к секретным данным: такие данные помещают в отдельные отношения, доступ к которым контролируется.

5. Поиск необходимых данных осуществляется гораздо быстрее, чем в схемах, где поиск осуществляется по цепочке указателей.

6. Реляционные структуры гораздо проще модифицировать, чем иерархические и сетевые.

В то же время реляционная МД не лишена и некоторых недостатков:

1. Часто полагают, что одним из таких недостатков является неэффективное использование ЭВМ при выполнении операции соединения больших файлов. Для преодоления этого недостатка указанную операцию обычно реализуют на логическом уровне путем использования указателей и индексов.

2. Эффективность СУБД реляционного типа более сильно зависит от физической организации данных, чем при использовании иерархической и сетевой МД. Поэтому процессу физической организации данных в этом случае должно быть уделено соответствующее внимание.

Лекция N 11

Общие принципы функционирования операционной системы MS DOS

В настоящее время одной из наиболее распространенной ОС является однопользовательская и однозадачная MS DOS, используемая в ЭВМ с ЦП 8086 или 80х86, где х > 1. Рассмотрим основные принципы построения этой ОС.

Перечислим основные модули, входящие в состав MS DOS и расположенные в момент загрузки этой ОС на гибком или жестком диске:

1. блок начальной загрузки (Boot Record);

2. модуль расширения базовой системы ввода-вывода (io.sys);

3. модуль обработки прерываний (msdos.sys);

4. командный процессор (command.com);

5. утилиты DOS (format.com, chkdsk.com и др.).

Кроме того, к модулям, входящим в состав MS DOS, можно также отнести еще 3 модуля. Первым из них является модуль базовой системы ввода-вывода (basic input/output system, сокращенно BIOS). Хотя этот модуль формально не входит в состав MS DOS и располагается не в дисковой памяти, а в микросхеме постоянного запоминающего устройства, поставляемой в составе ЭВМ, но выполняемые им функции являются прерогативой ОС. Двумя другими модулями являются файл автозапуска (autoexec.bat) и файл конфигурации (config.sys).

Рассмотрим теперь основные функции, выполняемые каждым из перечисленных модулей.

1. Модуль BIOS.

При включении ЭВМ функционирование ОС начинается именно с этого модуля и в первую очередь производится автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов этой ЭВМ. Наибольшая часть времени тестирования затрачивается на проверку работоспособности оперативной памяти; если в процессе тестирования памяти и других аппаратных компонентов обнаруживаются ошибки, BIOS выдает на экран монитора соответствующие сообщения и извещает об этом пользователя звуковым сигналом. Дальнейшая работа ЭВМ при этом прекращается, а пользователю необходимо принимать меры по устранению выявленной ошибки.

Второй важной функцией модуля BIOS, начинающей выполняться после окончания тестирования, является организация начальной загрузки MS DOS, в том числе формирование начальной части таблицы векторов прерываний для номеров 0 Ў 31. Поскольку эта ОС является достаточно большой программой, состоящей из нескольких модулей, загрузка ее в ОП происходит в две ступени: сначала BIOS загружает с системного диска специальный блок начальной загрузки, а затем уже передает на него управление, и тот, в свою очередь, осуществляет загрузку других модулей ОС. В качестве системного диска может использоваться как гибкий, так и жесткий диск. В настоящее время гибкий диск обычно используется только для первоначальной установки ОС на ЭВМ, а загрузка ОС при последующих включениях ЭВМ производится с жесткого диска.

Третьей важной функцией модуля BIOS является обработка прерываний с номерами 0 Ў 31. Эта функция реализуется с помощью специальных программ, жестко реализованных в рассматриваемом модуле.

2. Блок начальной загрузки (БНЗ)

БНЗ - это небольшая программа, единственная функция которой заключается в считывании с диска в ОП двух других частей ОС – модуля расширения базовой системы ввода-вывода и модуля обработки прерываний (io.sys и msdos.sys соответственно). Сам БНЗ размещается на системном диске всегда на одном и том же месте - на нулевой стороне, в 1-м секторе дорожки 00. Длина БНЗ составляет всего 512 байт, т.е. содержащаяся в нем программа является достаточно простой. Поэтому дальнейшая загрузка MS DOS производится с помощью других модулей этой ОС, функции которых будут описаны далее. После окончания своих действий по загрузке ОС управление от БНЗ передается модулю расширения базовой системы ввода-вывода (МР BIOS).

3. Модуль расширения базовой системы ввода-вывода

Рассмотрим сначала те функции, которые возлагаются на МР BIOS в в процессе загрузки MS DOS. Этот модуль обрабатывает специальный текстовый файл конфигурации config.sys, в результате чего загружаются и подключаются новые драйверы внешних устройств и производится подст ройка прерываний и других параметров ОС в соответствии с заданными в файле config.sys командами конфигурирования. Затем управление передается на загруженный в ОП к этому моменту модуль обработки прерываний, в котором устанавливаются внутренние рабочие таблицы, инициируются векторы прерываний с номерами 32 и более и производится подготовка к загрузке командного процессора, находящегося пока на системном диске.

После этого управление возвращается в МР BIOS, который производит загрузку резидентной части командного процессора с диска в ОП и передает ему управление. На этом работа МР BIOS по загрузке ОС завершается.

Основная функция МР BIOS, реализуемая в процессе выполнения программ пользователя под управлением MS DOS, заключается в расширении набора обработчиков прерываний, содержащихся в BIOS, путем подключения нового обработчика, например, с помощью замены вектора прерываний, указанного в таблице векторов прерываний для соответствующего номера в диапазоне от 0 до 31, на новый вектор. Это придает гибкость ОС, давая возможность пользователю учитывать конфигурацию ЭВМ, на которой он работает.

4. Модуль обработки прерываний (МОП)

В отличие от описанных выше модуля BIOS и МР BIOS, имеющих дело с так называемыми прерываниями нижнего уровня, которым соответствуют номера прерываний 0 Ў 31, МОП образует верхний уровень системы, с которым взаимодействует большинство прикладных программ. Этот файл является набором программ-обработчиков прерываний с номерами от 32 и выше, в частности прерывания с номером 33, используемого для выполнения нескольких десятков самых разнообразных функций. Все эти функции вызываются программным путем из программ пользователей.

5. Командный процессор (КП)

Отметим сначала, что модуль КП в процессе загрузки ОС исполняет так называемый файл автозапуска autoexec.bat, создавая для пользователя удобную среду общения с ЭВМ; на этом процесс загрузки MS DOS завершается. В итоге общая последовательность действий, происходящих при начальном пуске ЭВМ и загрузке MS DOS, может быть представлена в виде, изображенном на рис.1. В случае, если возникает необходимость перезапуска MS DOS, это можно выполнить двумя способами. При первом из них, так называемом холодном способе, выключают и снова включают электропитание ЭВМ; очевидным недостатком способа является дополнительное воздействие еще одного броска электрического напряжения на аппаратуру ЭВМ. Другой, так называемый теплый способ, реализуется при нажатии на кнопку "reset", если таковая имеется на передней панели процессорного блока, или, при отсутствии таковой, одновременным нажатием клавиш Ctrl, Alt и Del на клавиатуре ЭВМ; в этом случае электропитание ЭВМ не выключается, а организуется программная передача управления к той части BIOS, которая производит загрузку БНЗ, т.е. тестирование аппаратуры ЭВМ с помощью BIOS не производится, а сразу начинается процесс загрузки MS DOS.

Рис.1. Последовательность действий при начальном пуске ЭВМ и загрузке MS DOS

Рассмотрим теперь остальные основные функции КП, содержащегося в файле command.com, которые заключаются в следующем:

1. Прием и разбор команд, полученных с клавиатуры или из командного файла.

2. Исполнение встроенных команд MS DOS, находящихся внутри файла command.com.

3. Загрузка и исполнение внешних команд ОС и прикладных программ, находящихся в исполняемых файлах с расширением com и exe. Запуск прикладной программы производится также, как обращение к внешней команде ОС (утилите), поскольку те и другие реализованы одинаково; КП не отличает их друг от друга. Когда КП в качестве команды ОС встречает имя файла, не совпадающее с именами встроенных команд, производится анализ типа этого файла, указанного в каталоге. Файлы типа COM и ЕХЕ считаются загрузочными и обрабатываются соответствующим образом, а файл типа ВАТ трактуется как командный. В этом случае КП начинает читать и интерпретировать содержащиеся в нем строки, каждая из которых может содержать одну команду, метку или комментарий. Если в очередной строке стоит команда, осуществляющая вызов некоторой программы, то интерпретация командного файла приостанавливается и начинается работа вызванной программы. После ее завершения управление возвращается КП. КП состоит из двух частей. Первая из них, резидентная, загружается в ОП в процессе начальной загрузки ОС. Эта часть содержит следующие составляющие:

подпрограммы стандартной обработки прерываний с десятичными номерами 34 Ў 36;