Компьютеры представляют собой программно-управляемые устройства. Для работы любого компьютера, сети компьютеров необходимо программное обеспечение, которое состоит из нескольких классов и типов:

Программные средства

Компьютеры представляют собой программно-управляемые устройства. Для работы любого компьютера, сети компьютеров необходимо программное обеспечение, которое состоит из нескольких классов и типов:

Системное (операционная система, Проводник, драйверы);

Прикладное (программы-приложения: табличный и текстовый процессоры, графические редакторы);

Специальное (утилиты, оптимизирующие работу компьютера);

Система программирования (программные среды, предназначенные для написания программ на любом из языков программирования).

Эффективность работы персонального компьютера определяется не только его аппаратным обеспечением (моделью процессора, объемами жесткого диска и оперативной памяти, скоростью работы дисководов и т.п.), но и типом установленной на нем операционной системы, управляющей работой устройств и процессом обработки информации.

Операционная система – это программа, которая осуществляет управление всеми устройствами компьютера и процессом обработки на нем информации.

Непродолжительная компьютерная эпоха предложила пользователям достаточно большой выбор операционных систем, среди которых можно, например, назвать MS DOS, PC DOS, OS/2, UNIX, Windows'95, Windows'97 (Microsoft Internet Explorer), Windows'98, Windows'2000, Windows NT, Windows XP. Применение той или иной операционной системы обусловлено целевым назначением, которое определяет набор программных продуктов, которые должны функционировать под управлением установленной операционной системы.

Наиболее широкое распространение до недавнего времени имела операционная система MS DOS. Богатый ассортимент программного обеспечения, специально разработанного различными компаниями для работы в этой системе, обеспечил ее безусловное лидерство в течение почти пятнадцати лет.

Операционная система Windows разработана фирмой Microsoft. Разработчики операционной системы Windows, специалисты фирмы Microsoft, определяют свое детище как "integrated 32-bit protected-mode operating system". В переводе это составляет основу определения, принятого в русском языке: "Windows представляет собой высокопроизводительную, многозадачную и многопотоковую 32-разрядную операционную систему с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями, работающую в защищенном режиме".

Windows – интегрированная среда, которая обеспечивает эффективный обмен текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией между отдельными программами. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами.

Важнейшей особенностью Windows является 32-разрядная архитектура, которая обеспечивает более высокую производительность системы, снимает многие ограничения на память системных ресурсов. Увеличение разрядности по сравнению с предыдущими версиями операционных систем с 16 до 32 можно сравнить с повышением пропускной способности трубопровода или автострады – чем больше диаметр трубы или количество полос для движения автомобилей, тем больше их пропускная способность. Так, например, механизм 32‑разрядной фоновой буферизации печати ускоряет печать больших документов. Буферизация осуществляется виртуальными драйверами (VxD). Тесты показали, что в Windows документ текстового процессора Word объемом 100 страниц загружается и печатается примерно на 30 % быстрее, чем в графической оболочке Windows 3.11, работавшей под управлением MS DOS. Драйверы стали динамически загружаемыми и выгружаемыми. Теперь они не должны постоянно находиться в памяти, как в предыдущих версиях. 32-разрядные приложения Windows работают в защищенном адресном пространстве, причем система обеспечивает автоматическую очистку памяти после завершения работы каждого приложения.

Весьма важным свойством операционной системы оказалась реализованная в Windows вытесняющая многозадачность (Preemptive Multitasking). Это свойство означает, что приложение, нуждающееся в ресурсах, может приостановить работу до получения требуемого ресурса или перейти к выполнению других операций.

Под потоком подразумевается частная задача, решаемая внутри общей задачи. Распределение между потоками производится каждые 20 мс с учетом их приоритетов. Благодаря многопоточному выполнению отдельной задачи стало возможным при задержке в выполнении одного потока работать со следующим.

Все данные о файлах, хранящихся на жестком диске, содержатся в таблице размещения файлов FAT (File Allocation Table). В ней записаны имена файлов, их расширения и размеры, дата и время создания, координаты расположения файлов на жестком диске. Таблица размещается также на жестком диске, в его загрузочном секторе. При любом обращении к диску необходимо прочитать информацию о файлах, а при изменении этой информации она обязательно должна быть перезаписана. На каждое обращение к FAT обязательно тратится какое-то время, поэтому поиск путей сокращения времени при обращении к FAT безусловно повысит скорость работы системы. В Windows применяются виртуальные таблицы размещения файлов (Virtual File Allocation Table). При запуске операционной системы таблицы считываются в память, после чего обращение системы к FAT производится в оперативной памяти. Обновление (перезапись) FAT осуществляется системой по мере необходимости.

Наряду с обычными 16-разрядными таблицами размещения файлов в сегодняшних операционных системах применяются 32-разрядные FAT, а также формат таблиц размещения файлов NTFS, специально разработанный для сетевых версий операционных систем (Windows NT, Windows'2000, Windows XP).

В Windows появилась поддержка длинных имен. Если раньше требовалось называть файлы именами длиной не более 8 символов, то теперь допускается длина имени до 255 символов, включая пробелы. Кроме того, в Windows снято требование об обязательном использовании символов латинского алфавита, допускается применение символов национальных алфавитов.

Оперативная память. Распределение адресного пространства ОП.

Во время работы Windows считывает с жесткого диска (дискет, CD ROM) программы и заносит все данные в оперативную (временную) память, которая хранится в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) и представляет собой набор микросхем. Эти данные при выключении компьютера не сохраняются, если их не записать на диск. Объем оперативной памяти – один из главных параметров, определяющих производительность работы компьютера, так как скорость обмена с жестким диском значительно ниже, чем с оперативной памятью (8 – 12 мс у диска против 40 – 70 нс у оперативной памяти). Чем больше размер оперативной памяти, тем больше данных можно обрабатывать одновременно. Максимальный объем оперативной памяти ограничен количеством адресов, с которыми может работать процессор.

Количество адресов N определяется разрядностью m по адресной шине

N=2^m,

т.к. по каждой линии можно передать одно двоичное число (0 или 1). Процессор 80386 SX, имеющий 24-разрядную шину, может распоряжаться 16 Мбайт адресного пространства, 80486 DX с 32-разрядной шиной – 4 Гбайт.

Оперативная память компьютера образуется ячейками, каждая из которых имеет строго определенный адрес. Максимальный адрес ячейки конкретного компьютера соответствует числу, определяющему общий объем его оперативной памяти.

Адресное пространство оперативной памяти IBM-совместимых персональных компьютеров условно делится на три области (рис. 2.1 без соблюдения масштаба):

· обычную память (Conventional Memory Area, CMA);

· верхнюю память (Upper Memory Area, UMA);

· расширенную память (eXtended Memory Area, XMA).

Каждая из указанных областей оперативной памяти имеет строго определенное назначение.

Обычная память (Conventional Memory Area, CMA) занимает область адресов от 0 до 640 Кбайт. В ней размещаются данные выполняемых программ и коды к ним. В операционной системе MS DOS только эта память использовалась для запуска прикладных программ.

Видеопамять расположена в области верхней памяти и предназначена для обмена информацией с видеоадаптером. Под видеопамять выделяется объем 128 Кбайт.

Память только для чтения (Read Only Memory, ROM) хранит BIOS, для которого резервируется 256 байт. Эту память иногда называют постоянной, так как ее нельзя стереть и в нее нельзя записывать какую-либо иную информацию. Она содержит команды, которые выполняются при каждом включении компьютера, тестируя основные узлы на работоспособность.

Область расширенной памяти располагается выше 1 Мбайт. Благодаря расширенной памяти прикладные программы могут работать с объемом оперативной памяти до 4 Гбайт.

Часть верхней памяти используется для загрузки резидентных программ. Резидентными называются такие программы, которые заблаговременно загружены в оперативную память компьютера и готовы к выполнению (доступны) в любой момент времени, даже если работает другое приложение. К этой категории можно, например, отнести вспомогательные программы, предназначенные для управления экраном, клавиатурой, дисководами и другими устройствами.

Поскольку каждая загруженная программа требует ресурсов (в частности, определенного объема памяти), избыток резидентных программ, загруженных в верхнюю память, может привести к снижению верхней границы обычной памяти. В связи с этим при работе в MS DOS иногда возникали ситуации, когда операционная система сообщала пользователю о нехватке памяти для выполнения запущенной программы. Подобное сообщение возникало даже несмотря на то, что в компьютере было установлено, например, более 16 Мбайт памяти. В этой ситуации приходилось выгружать из памяти "лишние" программы, чтобы освободить адресное пространство, необходимое для запуска программы. Операционная система Windows более рационально использует ресурсы компьютера. Драйверы стали динамически загружаемыми и выгружаемыми. Теперь они не должны постоянно находиться в памяти, как в предыдущих версиях. Загрузка в оперативную память происходит только по мере необходимости.

Управление памятью – процесс, с помощью которого компьютерная система распределяет ограниченный объем физической памяти между различными процессами, которым эта память требуется, одновременно оптимизируя производительность.

Управление памятью подразумевает организацию часто используемых ресурсов памяти с целью увеличения общей производительности системы.

Виртуальная память – поддержанный аппаратными средствами механизм, создающий ощущение, что компьютер имеет больше физической оперативной памяти, чем есть на самом деле. Это обеспечивается за счет вытеснения неиспользуемых данных из физической памяти и подкачки на их место тех, которые требуются для выполнения текущей операции. Компонент системы, который поддерживает этот процесс, называется менеджером памяти или устройством управления памятью (MMU, Memory Management Unit).

В процессе работы Windows использует часть пространства на жестком диске в качестве виртуальной памяти для расширения оперативной памяти компьютера. Использование виртуальной памяти увеличивает объем решаемых задач по сравнению с тем, что позволяет аппаратная оперативная память. Образующийся в процессе работы виртуальной памяти файл называется файлом подкачки (Swap File). Этот файл (в Windows именуемый системой WIN386.SWP) образуется системой только на текущий сеанс работы. Выделенная для файла подкачки область недоступна для хранения других файлов и представляет собой быстродействующий буфер. Удаление или нарушение структуры файла подкачки может привести не только к ошибкам работы прикладных программ, но и к полной остановке операционной системы.

При поддержке виртуальной памяти компьютер как бы работает с памятью большего (в определенных пределах) размера, чем есть на самом деле. При достаточном количестве физической памяти обращения к MMU происходят редко, и компьютер тратит больше времени на выполнение приложений. При небольшом объеме физической памяти компьютер тратит свое время в основном на перенос страниц между памятью и файлом подкачки. Этот эффект снижения производительности называют трэшингом (thrashing).

Размер файла подкачки зависит от объема оперативной памяти компьютера (чем больше объем памяти, тем меньше размер файла подкачки), а также от вида обрабатываемой в данный момент информации. По умолчанию, операционная система сама следит за необходимым объемом виртуальной памяти, добавляя или уменьшая размер файла подкачки. Несмотря на значительность его размера, этот файл ни в коем случае нельзя удалять с диска даже при нехватке дискового пространства, поскольку операционная система без него работать не сможет.

Эффективность использования виртуальной памяти во многом зависит от состояния файла подкачки. Перенос страниц в файл подкачки и из него – процесс медленный, поскольку скорость обращения к жесткому диску на два-три порядка меньше, чем к оперативной памяти. Слишком активное использование механизма виртуальной памяти может снизить общую производительность компьютера. Наибольшая скорость обмена с этим быстродействующим буфером достигается в случае, когда он не фрагментирован и расположен в начале самого быстрого жесткого диска.

Ядро операционной системы является промежуточным звеном между аппаратурой и прикладными программами, одна из главных задач которого состоит в оптимальном использовании ресурсов компьютера. Ядро обеспечивает поддержку файловой системы, управление памятью и процессами. Ядро выделяет загружаемому процессу сегменты (то есть области памяти для хранения):

· кода, т.е. команд выполняемой программы;

· данных, подлежащих обработке;

· стека, т.е. область обмена промежуточной информации.

Состоит из трех программных модулей, каждый из которых отвечает за выполнение строго определенного набора задач: KERNEL32.DLL, GDI32.DLL и USER32.DLL.

KERNEL32.DLL управляет потоками, процессами, памятью, файловым вводом и выводом, синхронизирует объекты операционной системы.

GDI32.DLL работает с графической системой вывода на экран, подсистемой печати, шрифтами.

USER32.DLL управляет окнами, меню и другими объектами операционной системы.

Файлы и каталоги

Файл – поименованная область на диске или другом носителе информации. Имена фалов регистрируются в каталогах (или директориях).

Каталог – это специальное место на диске, где хранятся имена файлов.

Структура многоуровневого каталога

Каждый диск имеет главный, или корневой каталог. Он также называется каталогом нулевого уровня. Корневой каталог диска H обозначается символами H:\. В каталоги нулевого уровня входят каталоги первого уровня. Они называются подкаталогами. В каталоги первого уровня входят каталоги второго уровня и так далее.

Образуется многоуровневая система каталогов. В общем случае каталоги могут иметь любые допустимые имена. В каталогах разных уровней размещаются файлы. Например, F01, F12 и другие. Так получается многоуровневая файловая система.

Операционная система Windows (ОС) использует такие структуры каталогов и файлов.

Многоуровневая система каталогов необходима для быстрого поиска файлов. Для нахождения файла в ОС используют его имя и путь.

Путь (маршрут) файла в структуре каталогов называется префиксом. Префикс (ПР) образуется из имен вложенных каталогов. Он отсчитывается от рабочего (текущего) каталога. Если текущий каталог H:\, то для файла F31 префикс будет иметь вид

ПР_f31 = k11\k22\k31.

При текущем каталоге k11 для этого же файла префикс будет другим, а именно k22\k31. Если текущий каталог не находится на пути к файлу, то префикс отсчитывается от корневого каталога. В этом случае перед префиксом ставится слэш. Так при текущем каталоге k21 префикс для файла F31 префикс записывается в виде \k11\k22\k31.

Идентификатор файла и его составляющие

В файловой системе файлы определяются общей характеристикой, или спецификацией. Она называется идентификатором файла (ИДФ). Идентификатор файла имеет три составляющих: префикс, имя (ИФ) и тип (ТФ), или расширение. Они записываются в виде следующей структуры

<ИДФ> = [<ПР>\]<ИФ>. [<ТФ>]

Тип (расширение) файла от имени файла отделяется точкой.

Префикс отсутствует, если файл находится в текущем каталоге.

Префикс указывает, где искать, имя – что искать, а тип или расширение указывает на содержимое файла.

При обращении к файлу его имя указывается всегда, все остальные элементы идентификатора файла могут отсутствовать.

В состав каждой версии ОС Windows входит системное программное средство для работы с дисками, каталогами и файлами. Оно носит название Проводник (Windows Explorer). В отличие от Проводника коммандер TC может применяться со всеми версиями ОС. Поэтому он называется общесистемным средством. Возможности TC шире возможностей Проводника.

Коммандер Total Commander является аналогом широко известного Нортон коммандера, который работал под управлением ОС MS DOS. Современные OC, как правило, поддерживают приложения MS DOS, поэтому Нортон - коммандер может применяться и в настоящее время.

Маски (шаблоны) файлов

Идентификатор файла D:\LR\*.* отображает файлы всех типов текущего каталога LR диска D. (К онструкция *.* - маска (шаблон) файла).

Идентификатор D:\LR\*.DOC отображает только файлы типа DOC из каталога LR.

Знак * означает, что в этой позиции имени файла допустимо произвольное количество символов, например шаблону *.exe, соответствуют имена файлов Файл.exe, Файл5.exe и т.п.

Если представлен шаблон ????.txt, то каждому знаку? соответствует только один символ имени файла, например, Файл.txt, а имя Файл5.txt под этот шаблон уже не подходит.

Все исполняемые файлы имеют расширение exe.

Дата добавления: 2015-10-21