Назначение операционной системы

9.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Как известно, компьютер выполняет действия в соответствии с предписаниями программы, созданной на одном из языков программирования. При работе пользователя на компьютере часто возникает необходимость выполнить операции с прикладной программой в целом, ор­ганизовать работу внешних устройств, проверить работу различных блоков, скопировать информацию и т.п.

Пример 9.1. Наиболее часто используемые операции: запуск программы на решение;

организация записи программы на диск и считывание ее с диска; печать текста и результатов решения; копирование программы на другой диск; удаление программы с диска; просмотр содержимого диска и т.п. операции.

По существу, эти операции используются для работы с любой программой, восприни­маемой как единое целое. Поэтому целесообразно из всего многообразия операций, выпол­няемых компьютером, выделить типовые и реализовать их с помощью специализированных программ, которые следует принять в качестве стандартных средств, поставляемых вместе с аппаратной частью.

Программы, организующие работу устройств и не связанные со спецификой решаемой задачи, вошли в состав комплекса программ, названного операционной системой. Функции операционной системы многообразны, постоянно расширяются за счет введения дополни­тельных программ и модификации старых.

Операционная система — совокупность программных средств, обеспечи­вающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными про­граммами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с одним из язы­ков программирования. Любая же прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные в среде одной операционной сис­темы, не могут быть использованы для работы в среде другой операционной системы, если нет специального комплекса программ (конвертера), позволяющего это сделать. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

Рекомендуемые материалы

Внимание! Программа, созданная в среде одной операционной системы, не функционирует в среде другой операционной систе­мы, если в ней не обеспечена возможность конвертации (преоб­разования) программ.

Пример 9.2. Персональный компьютер Power Macintosh фирмы Apple Computer бла­годаря используемой в нем операционной системе программно совместим с персо­нальными компьютерами фирмы IBM, на которых установлена операционная система MS DOS и Windows. Однако компьютер фирмы IBM программно несовместим с ком­пьютером фирмы Apple Computer, так как установленная в нем операционная система MS DOS не имеет в своем составе необходимого программного модуля конвертации.

Для работы с операционной системой необходимо овладеть языком этой среды — со­вокупностью команд, структура которых определяется синтаксисом этого языка. Операционная система выполняет следующие функции:

• управление работой каждого блока персонального компьютера и их взаимодействием;

• управление выполнением программ;

• организацию хранения информации во внешней памяти;

• взаимодействие пользователя с компьютером, т.е. поддержку интерфейса пользова­теля.

Обычно операционная система хранится на жестком диске, а при его отсутствии выде­ляется специальный  гибкий диск, который называется системным диском. При включении компьютера операционная система автоматически загружается с диска в оперативную па­мять и занимает в ней определенное место. Операционная система создается не для отдель­ной модели компьютера, а для серии компьютеров, в структуре которых заложена и развивается во всех последующих моделях определенная концепция.

ПОНЯТИЕ ФАЙЛА

В основе любой операционной системы лежит принцип организации работы внешнего уст­ройства хранения информации. Несмотря на то, что внешняя память может быть техничес­ки реализована на разных материальных носителях (например, в виде гибкого магнитного диска или магнитной ленты), их объединяет принятый в операционной системе принцип ор­ганизации хранения логически связанных наборов информации в виде так называемых фай­лов.

Файл — логически связанная совокупность данных или программ, для раз­мещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе. Любые дейст­вия с информацией в MS DOS осуществляются над файлами: запись на диск, вывод на экран, ввод с клавиатуры, печать, считывание информации CD-ROM и пр.

На диске файл не требует для своего размещения непрерывного пространства, обычно он занимает свободные кластеры в разных частях диска. Сведения о номерах этих кластеров хранятся в специальной FAT- таблице. Кластер яв­ляется минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу. Самый маленький файл занимает один кластер, большие файлы — несколько десятков кластеров.

Справка. Сектор — 512 байт. На гибком диске обычно 80 дорожек. На каждой дорожке: для 5" диска — 9 секторов; для 3,5" диска — 18 секторов. Кластер — группа смежных секторов. Кластер для гибкого диска — 1,2 секто­ра (0,512, 1 Кбайт). Кластер для жесткого диска — 4, 8, 16 секторов (2-8 Кбайт).

В файлах могут храниться разнообразные виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т.п. Особенности конкретных файлов определяются их форматом. Под форматом понимается элемент языка, в символи­ческом виде описывающий представление информации в файле.

Текстовая информация хранится в файле в кодах ASCII, в так называемом текстовом формате. Содержимое текстовых файлов можно просмотреть на экране дисплея с помо­щью разных программных средств, в том числе и в MS DOS.

Любой другой файл с нетекстовой информацией просмотреть теми же средствами, что и текстовый файл, не удается. При просмотре на экран будут выводиться абсолютно непо­нятные символы.

Для характеристики файла используются следующие параметры:

• полное имя файла;

• объем файла в байтах;

• дата создания файла;

• время создания файла;

• специальные атрибуты файла: R (Read only) — только для чтения, Н (Hid­den) — скрытый файл, S (System) — системный файл, A (Archive) — архивированный файл.

С понятием файла в MS DOS тесно связано понятие логического диска. Логичес­кий диск создается и управляется специальной программой (драйвером). Он имеет уни­кальное имя в виде одной латинской буквы, например С, D, Е, F и т.д. Логический диск может реализовываться на жестком диске, на гибком диске, на CD-ROM, в оперативной па­мяти (электронный диск) и т.п. На одном физическом диске может быть создано несколько логических дисков.

Внимание! В дальнейшем изложении под диском будем пони­мать логический диск.

СПОСОБЫ ОБРАЩЕНИЯ К ФАЙЛУ

Как обращаться к файлу

К файлу можно обращаться с помощью имени, полного имени, спецификации. Дня того чтобы воспользоваться одним из этих вариантов, надо знать ряд правил и соглашений, по­зволяющих унифицировать в операционной системе процедуру обращения к файлу. Рас­смотрим эти варианты.

Правило образования имени. Имя файла всегда уникально и служит для отличия одного файла от другого. Имя файла образуется не более чем из восьми символов, причем используются только буквы латинского алфавита.

Внимание! При образовании имени нельзя использовать рус­ские буквы и символы . * ? : ; ,<> = пробел.

По имени к файлу обращаются редко, обычно только в тех прикладных программах, когда это специально предусмотрено, а также при вводе имени файла, где хранится команда операционной системы.

В качестве имени файла можно использовать символьное имя устройства:

PRN или LPT 1(2,3)                                             принтер или любое устройство, подключенное к параллельному

порту;

CON                                                                         консоль (клавиатура при вводе и дисплей при выводе);

                              СОМ1(2,3,4)                         внешнее устройство, подключенное к последовательному порту;

NUL                                                                         фиктивное устройство, вывод в файл NUL никуда не направляется, а

                                           просто уничтожается.

Правило образования полного имени. Обычно к файлу обращаются с помощью пол­ного имени, за исключением оговоренных выше случаев. Полное имя файла более по­дробно характеризует файл и образуется из имени файла и типа (расширения), разделенных точкой.

Тип файла служит для характеристики хранящейся в файле информации и образу­ется не более чем из трех символов, причем используются, как и при образовании имени, только буквы латинского алфавита.

Внимание! В полном имени недопустимы пробелы между име­нем и типом.

При образовании типа, так же как и имени, нельзя использовать русские буквы и символы . * ? : ; ,<> = пробел.

Пример 9.3. BETA.BAS — файл BETA для хранения программ на Бейсике, STRAN.TXT — файл STRAN для хранения текста; COPY.COM — файл COPY, содер­жащий программу операционной системы по копированию файлов.

При работе на персональном компьютере установлен ряд соглашений по заданию типа файла, некоторые из которых приведены в табл.9.1.

Таблица 9.1. Соглашения по типу файлов

Внимание! Пользуйтесь всегда соглашениями по типу файла из табл. 9.1. При несоблюдении этих соглашений вы затрудните дальнейшую работу и свою, и коллег.

При обращении к файлу типа ВАТ, СОМ, ЕХЕ достаточно за­дать только его имя, тип не указывается. При одинаковых име­нах приоритет — в порядке, указанном выше.

Практические рекомендации. Хотя операционная система разрешает в имени и типе файла наличие написанных в любой последовательности символов с учетом ограничений, рекомендуется использовать буквы латинского алфавита и цифры, а имя начинать с буквы.

При назначении имен файлов рекомендуется образовывать их так, чтобы они отража­ли смысловое содержание файла.

Правило образования спецификации. Спецификация файла обычно исполь­зуется тогда, когда файл хранится на диске пассивного дисковода или в пассивном каталоге. Различают две формы спецификации: сокращенную и полную. Правило образования полной формы спецификации будет рассмотрено далее после того, как будет определено понятие каталога. Сокращенная форма спецификации образует­ся из имени логического диска и полного имени файла, разделенных двоеточием.

Пример 9.4. B:BETA.DAT — эта спецификация указывает, что файл BETA с данны­ми находится на диске, установленном в дисководе В.

Внимание! В спецификации файла недопустимы пробелы. Если вы не указали имени логического диска, то при записи или чтении файла обращение будет производиться к текущему диску. Имя текущего диска вы узнаете из приглашения, появ­ляющегося на экране дисплея.

Как обращаться к группе файлов

Часто возникает ситуация, когда надо работать не с одним файлом, а с группой файлов.

Пример 9.5. Операции с группой файлов:

• копирование группы файлов с одного диска на другой;

• удаление группы файлов;

• перемещение группы файлов на другой диск;

• поиск группы файлов заданного типа и т.п.

Эти операции достаточно легко выполнить, пользуясь при формировании имен и типов файлов шаблоном.

Шаблон имени файла — специальная форма, в которой в полях имени и типа файла используются символы * или ? .

Символ * служит для замены любой последовательности символов. В шаблоне может быть использовано в поле имени и типа по одному символу * .

Пример 9.6. Задав имя *.ТХТ, вы обратитесь ко всем текстовым файлам. Задав имя SD*.*, вы обратитесь ко всем файлам, имя которых начинается на SD.

Символ ? служит для замены одного символа. В шаблоне может быть использовано несколько таких символов.

Пример 9.7. Имя RT??.BAS позволит обратиться ко всем файлам типа BAS, имя кото­рых состоит из четырех символов, причем первые два символа обязательно RT, тре­тий и четвертый — любые.

9.2. ХАРАКТЕРИСТИКА MS DOS

ОРГАНИЗАЦИЯ ДОСТУПА К ФАЙЛУ

Структура каталога

Надеемся, что вы хорошо представляете себе организацию хранения книг в библиотеке и соответственно процедуру поиска нужной книги по ее шифру из каталога. Перенесите свое представление об этом на способ хранения файлов на диске и организацию к нему доступа.

Доступ — процедура установления связи с памятью и размещенным в ней файлом для записи и чтения данных.

Имя логического диска, стоящее перед именем файла в спецификации, указывает ло­гический диск, на котором следует искать файл. На этом же диске организован каталог, в котором хранятся полные имена файлов, а также их характеристики: дата и время создания; объем (в байтах); специальные атрибуты. По аналогии с библиотечной системой организа­ции каталогов полное имя файла, зарегистрированное в каталоге, будет служить шифром, по которому операционная система находит месторасположение файла на диске.

Каталог — справочник файлов с указанием месторасположения на диске.

Различают два состояния каталога — текущее (активное) и пассивное. MS DOS по­мнит текущий каталог на каждом логическом диске.

Текущий (активный) каталог — каталог, в котором работа пользователя производится в текущее машинное время.

Пассивный каталог — каталог, с которым в данный момент времени не имеется связи.

В операционной системе MS DOS принята иерархическая структура (рис. 9.1) организации каталогов. \& каждом диске всегда имеется единственный главный (корневой) каталог. Он находится на 0-м уровне иерархической структуры и обо­значается символом "". Корневой каталог создается при форматировании (инициализации, разметке) диска, имеет ограниченный размер и не может быть удален средствами DOS. В главный каталог могут входить другие каталоги и файлы, которые создаются командами операционной системы и могут быть удалены соответствующими командами.

Рис. 9.1. Иерархическая структура организации каталога

Родительский каталог — каталог, имеющий подкаталоги.

Подкаталог — каталог, который входит в другой каталог.

Таким образом, любой каталог, содержащий каталоги нижнего уровня, может быть, с одной стороны, по отношению к ним родительским, а с другой стороны, подчиненным по отношению к каталогу верхнего уровня. Как правило, если это не вызывает путаницы, упот­ребляют термин "каталог", подразумевая или подкаталог, или родительский каталог в зави­симости от контекста.

Каталоги на дисках организованы как системные файлы. Единственное исключение — корневой каталог, для которого отведено фиксированное место на диске. Доступ к катало­гам можно получить, как к обыкновенному файлу.

Примечание. В структуре каталогов могут находиться каталоги, не содержа­щие ни одного файла или подкаталога. Такие подкаталоги называются пус­тыми.

Правила наименования подкаталогов такие же, как и правила наименования файлов. Для формального отличия от файлов обычно подкаталогам присваивают только имена, хотя можно добавить и тип по тем же правилам, что и для файлов.

Доступ к содержимому файла организован из главного каталога, через цепочку сопод­чиненных каталогов (подкаталогов) n-ro уровня. В каталоге любого уровня могут храниться записи как о файлах, так и о каталогах нижнего уровня.

На рис. 9.2 приведена простейшая структура каталога, где в главном каталоге 0-го уровня хранятся только записи о файлах, каталогов нижнего уровня не существует.

На рис. 9.3 приведена иерархическая структура каталога, где в каталогах любого уров­ня хранятся записи о файлах и каталогах нижнего уровня. Причем переход в каталог нижне­го уровня может быть организован только последовательно через соподчиненные каталоги.

Рис. 9.2. Простейшая структура каталога, в котором отсутствуют каталоги нижнего уровня

Рис. 9.3. Типовая структура каталога, состоящего из каталогов нижнего уровня: при обозначении каталога нижнего уровня используются три цифры: первая цифра обозначает номер уровня; вторая —

порядковый номер этого каталога на данном уровне, третья указывает, на каком уровне зарегистрировано его имя. Каждый каталог имеет имя КАТ с индексами. Например, КАТ342 — имя катало­га третьего уровня, который зарегистрирован в каталоге второго уровня под номером 4

Нельзя перейти из главного каталога сразу в каталог, например 5-го уровня. Нужно обяза­тельно пройти через все предыдущие каталоги высшего уровня.

Описанный выше принцип организации доступа к файлу через каталог является осно­вой файловой системы.

Файловая система — часть операционной системы, управляющая разме­щением и доступом к файлам и каталогам на диске.

С понятием файловой системы тесно связано понятие файловой структуры диска, под которой понимают, как размещаются на диске: главный каталог, подкаталоги, файлы, операционная система, а также какие для них выделены объемы секторов, класте­ров, дорожек.

Правила формирования файловой структуры диска. При формировании файловой структуры диска операционная система MS DOS соблюдает ряд правил:

• файл или каталог могут быть зарегистрированы с одним и тем же именем в разных ка­талогах, но в одном и том же каталоге только один раз;

• порядок следования имен файлов и подкаталогов в родительском каталоге произволь­ный;

• файл может быть разбит на несколько частей, для которых выделяются участки диско­вого пространства одинакового объема на разных дорожках и секторах.

Путь и приглашение

Из рис. 9.1 -9.3 видно, что доступ к файлу осуществляется через каталог благодаря зарегистрированному в нем имени данного файла. Если каталог имеет иерархическую структуру, то доступ к файлу операционная система организует в зависимости от положения подката­лога, в котором зарегистрировано имя искомого файла.

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.

Пример 9.8.

А:

Текущим дисководом является дисковод с гибким диском А, текущим каталогом — главный, на что указывает символ

C:KAT1KAT2

Текущим диском является жесткий диск С. Текущим каталогом — каталог второго уровня КАТ2, входит в каталог первого уровня К ATI, который, в свою очередь, заре­гистрирован в главном каталоге.

Возможны три варианта организации пути доступа к файлу в зависимости от места его регистрации:

• файл находится в текущем каталоге (путь отсутствует). При организации доступа к файлу достаточно указать его полное имя;

• файл находится в пассивном каталоге одного из нижних уровней, подчиненного теку­щему каталогу. При организации доступа к файлу необходимо указать путь, в котором перечислены все имена каталогов нижнего уровня, лежащих на этом пути (включая каталог, в котором зарегистрирован данный файл);

• файл находится в пассивном каталоге на другой ветке по отношению к местонахожде­нию текущего каталога иерархической структуры. При организации доступа к файлу необходимо указать путь, начиная с главного каталога, т.е. с символа . Это объясняет­ся тем, что в иерархической структуре движение возможно только по вертикали сверху-вниз. Горизонтальные переходы из каталога в каталог недопустимы.

В нижеприведенных примерах иллюстрируются возможные варианты пути.

Пример 9.9.

Условие: файл Fl .TXT зарегистрирован в текущем каталоге 1-го уровня К1 жесткого диска С. Поэтому на экране индицируется приглашение C:K1

Пояснение: в этом случае путь отсутствует, и для доступа к файлу достаточно указать только его полное имя F1.TXT

Пример 9.10.

Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в каталоге 2-го уровня К2 жесткого диска С. Текущий каталог — К1. Поэтому на экране индицируется приглашение C:K1

Пояснение: в этом случае путь будет начинаться от каталога К1 вниз через подчиненный ему каталог К2. Поэтому перед полным именем файла указывается путь от текущего каталога К2 F1.TXT

Пример 9.11.

Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в каталоге 2-го уровня N2. Текущий каталог — К1. Поэтому на экране индицируется приглашение C:K1

Пояснение: в этом случае путь пройдет через глав­ный каталог в новую ветвь иерархической структуры через каталоги N1 и N2. Перед полным именем файла надо указать весь путь от главного каталога N1N2F1.TXT

Внимание! Отличие примера 9.12 от примера 9.11 в следующем: в примере 9.12 перед именем первого каталога ставится символ , что определяет путь поиска файла от главного каталога вниз по указанной цепочке; в примере 9.11 перед первым именем катало­га не ставится символ , что задает путь поиска файла от текуще­го каталога вниз.

Познакомившись с понятием пути, вернемся к  понятию спе­цификации файла. Существует сокращенная спецификация файла и полная спецификация файла, в образовании которой участвует путь. На рис. 9.4 показаны варианты правила обра­зования спецификации файла.

Рис. 9.4. Форматы спецификаций (в [ ] указан необязательный параметр)

Пример 9.12. Сокращенная форма спецификации файла C:KIT.BAS

Файл с программой на Бейсике KIT.BAS находится в главном каталоге жесткого

диска.

Полная форма спецификации файла

C:KAT1KAT2BOOK1.TXT

Текстовый файл BOOK1.TXT зарегистрирован в каталоге второго уровня КАТ2 жест­кого диска С.

Структура записей в каталоге

Теперь вам предстоит знакомство со структурой хранящихся в каталоге записей со сведе­ниями о файлах и подкаталогах нижнего уровня.

Запись о файле в каталоге содержит имя и тип файла, объем файла в байтах, дату создания, время создания и еще ряд параметров, необходимых операционной системе для организации доступа.

Запись о подкаталоге нижнего уровня в родительском каталоге содержит его имя, признак <DIR>, дату и время создания.

Рассмотрим возможные варианты содержимого каталога.

1-й вариант.В каталоге хранятся только записи о файлах (рис. 9.5).

Перед записями о файлах выводится сообщение о названии каталога. В данном слу­чае — это главный каталог гибкого диска А. В конце содержимого каталога выводится со­общение о количестве файлов, хранящихся на диске, и о свободном пространстве диска в байтах. Например, в приводимом выше каталоге выводится сообщение:

4 file(s)                                                                                      359560 bytes free

Количество файлов на диске                                             Объем свободного пространства диска,

байт

2-й вариант. В каталоге хранятся только записи о каталогах нижнего уровня (рис. 9.6).

В конце каталога, как и в предыдущем случае, вы увидите аналогичную рассмотрен­ной выше запись об объеме свободного пространства на диске.

3-й вариант.В каталоге хранятся записи как о файлах, так и о каталогах нижнего уровня (рис. 9.7). Из этой структуры видно, что в данном каталоге имеются 3 файла и 2 каталога нижнего уровня BASIC и LEXICON. На диске свободного пространства 2,6575 Мбайт.

Рассмотренные выше три варианта представления каталогов отражают содержимое главного каталога. Структура каталогов, начиная с 1-го уровня и ниже, идентична и отлича­ется от главного только тем, что перед записями о файлах и каталогах нижнего уровня по­мещаются две записи с многоточием (рис. 9.8).

Точки, которые вы видите вначале, означают, что на экран вызвано содержимое под­каталога (каталога 1-го уровня) KNIGA, который содержит два текстовых файла SVET и TON.

3 files 265750Q bytes free

Рис. 9.7. В главном каталоге хранятся файлы и подкаталоги

Рис. 9.8. Структура записей в подкаталоге