Загрузка ОС MS DOS

Классификация программного обеспечения.

Виртуальная память.

Виртуальной памятью называют такой метод работы с памятью, когда в оперативной памяти хранятся только те части программы, которые используются в конкретный момент времени. Все прочие части программы, равно как и данные, хранятся на диске. Этот способ организации памяти позволяет выполнять программы, чей суммарный объем вместе с данными может превышать объем доступной физической памяти. Большинство систем виртуальной памяти используют механизм страничной организации памяти. При работе с виртуальной памятью вся доступная память разбивается на страничные блоки фиксированного объема. При обращении к какой-либо ячейке памяти запрос сначала передается диспетчеру памяти, который преобразовывает виртуальный адрес в реальный, и передает полученный адрес на шину, который затем обрабатывается надлежащим образом. Объем виртуальной памяти, доступной программам, выбирается операционной системой автоматически.

Все многообразие программ, используемых на современном компьютере, называется программным обеспечением — ПО (software). Программы, составляющие ПО, можно разделить на три группы: системное ПО, системы программирования, прикладное ПО. Две первые группы иногда называют базовым ПО. Ядром системного ПО является операционная система (ОС).

Операционная система — это часть ПО, наиболее тесно связанная с техническими средствами компьютера (hardware). Основные функции ОС:

· управление ресурсами компьютера: процессорным временем, распределением внутренней памяти, файлами, внешними устройствами;

· организация диалога с пользователем;

· осуществление загрузки компьютера;

· запуск программ на исполнение;

· тестирование оборудования.

Резидентная часть ОС (ядро ОС) постоянно занимает раздел оперативной памяти компьютера. Туда она загружается с системного диска при включении машины. Эта процедура называется первоначальной загрузкой. Вся дальнейшая работа на компьютере происходит под контролем и управлением ОС. Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу исполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится все: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система — определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык OC На персональных компьютерах общение происходит в режиме диалога. ОС в определенной форме выводит на экран приглашение пользователю, пользователь в ответ вводит с клавиатуры команду, предписывающую совершить определенное действие (запустить программу, вывести директории диска, уничтожить файл и пр.). ОС обеспечивает выполнение этой команды и снова возвращается к диалогу с пользователем.

Для упрощения диалога пользователя с ОС применяются так называемые диалоговые оболочки к операционной системе. Примером популярной оболочки является Norton Commander. При работе с подобной оболочкой пользователю не приходится набирать на клавиатуре команды по буквам; он выбирает их из меню в среде оболочки на экране. В последнее время на профессиональных компьютерах стала популярной операционная система Windows со встроенной графической оболочкой.

В качестве примера рассмотрим состав и функции операционной системы MS-DOS для IBM PC.

Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в постоянной памяти (ПЗУ) компьютера и является «встроенной» в компьютер (информация в ПЗУ сохраняется и после выключения компьютера, т. е. она обладает свойством энергонезависимости). Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг операционной системы, связанных с осуществлением ввода-вывода. Она содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и внешних устройств компьютера при включении его электропитания, и программу вызова загрузчика операционной системы.

Загрузчик операционной системы — это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой, функция этой программы заключается в считывании в память остальных модулей операционной системы, что и завершает процесс ее загрузки. На жестком диске загрузчик операционной системы состоит из двух частей. Это связано с тем, что жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится в первом секторе жесткого диска, она выбирает, с какого из разделов жесткого диска следует продолжить загрузку. Вторая часть загрузчика находится в первом секторе этого раздела, она считывает в память модули DOS и передает им управление.

Модули ОС (io.sys и msdos.sys) загружаются в память загрузчиком операционной системы и остаются в памяти компьютера постоянно. (Файл io.sys представляет собой дополнение к BIOS, а файл msdos.sys реализует основные высокоуровневые услуги DOS).

Командный процессор DOS (command.corn) обрабатывает команды, введенные пользователем. Командный процессор находится на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя (например, type, dir или copy) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд— приглашение DOS.

Внешние команды DOS — это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Они выполняют действия обслуживающего характера, например, форматирование дискет, проверку дисков и т. д.

Драйверы устройств — это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле (config.sys). Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

Загрузка DOS происходит следующим образом.

При включении электропитания компьютера (или при нажатии на клавишу Reset на корпусе компьютера, или при одновременном нажатии клавиш Ctrl, Alt и De1 на клавиатуре) начинают работать программы проверки оборудования, находящиеся в постоянной памяти компьютера. Если они находят ошибку, то выводят код ошибки на экран.

После окончания тестирования программа начальной загрузки пытается прочесть с дискеты, установленной на дисководе (а:), программу-загрузчик операционной системы. Если на дисководе нет дискеты, то загрузка ОС будет производиться с жесткого диска.

После того как с диска, с которого загружается ОС, прочитана программа-загрузчик ОС, эта программа считывает в память модули операционной системы (io.sys и msdos.sys) и передает им управление.

Далее с того же диска читается файл конфигурации системы (config.sys) и в соответствии с указаниями, содержащимися в этом файле, загружаются драйверы устройств и устанавливаются параметры операционной системы. Если такой файл отсутствует, то параметры устанавливаются по умолчанию.

После этого с диска, с которого загружается ОС, читается командный процессор (command.com) и ему передается управление. Командный процессор выполняет командный файл (autoexec.bat), если этот файл имеется в корневом каталоге диска, с которого загружается ОС. В этом файле указывают команды и программы, выполняемые при каждом запуске компьютера. Если такой файл не найден, то DOS запрашивает у пользователя текущую дату и время.

После выполнения этого файла процесс загрузки операционной системы заканчивается. DOS выдает приглашение, показывающее, что она готова к приему команд.

С:\USERS\ — это пример приглашения DOS.

Активная строка с приглашением DOS называется командной строкой. В ней пользователем набираются команды для выполнения.

Рекомендуемая литература: 1 осн. [31-137], 6 осн. [29-37], [57-80], 12 доп. [13-23],12 доп. [34-56].

Контрольные вопросы к теме «Основы операционных систем»:

1.Что такое операционная система?

2.Какие принципы классификации операционных системы вы можете назвать?

3.Что такое вытесняющая многозадачность? В чем ее отличие от невытесняющей?

4.Какие задачи решает файловая система?

5.Сформулируйте основные принципы организации файловой системы FAT.

6.Что означает термин «потерянное место» (slack)? Почему оно возникает?

7.Что такое BIOS и каковы основные его функции?

Тема 2. Операционная система MS DOS (10 часа)

2.1 Состав операционных систем MS DOS. Загрузка ОС MS DOS. Понятие файлов и каталогов, атрибуты файлов, маршруты файлов, шаблоны имен файлов.

(2 часа)

В этом параграфе мы остановимся на базовых принципах организации операци­онной системы MS DOS. Как уже упоминалось ранее, длительное время она явно «господствовала» на подавляющем большинстве персональных компьютеров. С наступлением эры графических операционных сред DOS отошла в тень. Однако ее роль в обеспечении процессов управления ЭВМ по-прежнему остается доста­точно ощутимой. Более того, практика показывает, что знание основ DOS способ­ствует более глубокому пониманию того, как функционирует программное обес­печение последующих поколений.

Перечислим основные составные части DOS:

1. Модуль расширения системы ввода/вывода (IO.SYS).

2. Базовый модуль операционной системы (MSDOS.SYS).

3.Командный процессор (или командная оболочка) (COMMAND.COM).

4. Внешние команды и драйверы, утилиты —файлы с расширением*.COM, *.EXE,*.SYS.,

5. В отдельную составную часть также могут быть выделены инструментальные средства DOS (система программирования, текстовый редактор, отлад­чик DEBUG, реализующий простейшие функции тестирования и отладки программ).

В основу разделения DOS на перечисленные блоки был положен принцип модуль­ности; разработчиками в идеологию системы была изначально заложена возмож­ность относительно безболезненной замены одного блока при сохранении неиз­менными остальных. В частности, блок IO.SYS объединил процедуры ввода/вывода, I которые являются наиболее зависимыми от конкретных аппаратных устройств : персонального компьютера и потенциально должны быть более «гибкими», чем I основывающиеся на них процедуры из базового модуля MSDOS.SYS.

Необходимо также сказать несколько слов о программном обеспечении, которое находится «ближе» к аппаратным ресурсам компьютера, чем DOS. Это загрузчик и базовая система ввода/вывода. Они записаны в так называемую постоянную память компьютера и являются его неизменяемыми атрибутами (по крайней I мере, в обычных условиях эксплуатации).

Загрузчик, как нетрудно догадаться по названию, является небольшой программой, осуществляющей инициализирующие действия компьютера сразу после включе­ния питания.

BIOS — базовая система ввода/вывода (Basic Input/Output System) называется так потому, что включает в себя обширный набор модулей, благодаря которым опе­рационная система и другие прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами компьютера (дисплеем, клавиатурой, дисководом, принтером, таймером и т. д). Еще раз подчеркнем, что, с одной стороны, BIOS можно рассматривать как составную часть аппаратных средств, а с другой — она является программным обеспечением.

Большинство современных видеоадаптеров, а также контроллеры накопителей имеют собственную систему BIOS, которая обычно дополняет системную. Во многих случаях программы, входящие в конкретную BIOS, заменяют соответ­ствующие программные модули основной BIOS. Вызов программ BIOS, как пра­вило, организован в форме так называемой обработки аппаратных и программ­ных прерываний.

Аппаратные прерывания (interrupt) — это события, инициируемые техническими устройства­ми (клавиатурой, мышью и т. п.), требующие программной обработки. Программные преры­вания принципиально отличаются от аппаратных тем, что наступают по командам программ. По наступлении прерывания вызывается связанная с ним процедура-обработчик.

Выделение BIOS в отдельный модуль позволяет обеспечить независимость про­граммного обеспечения от специфики конкретной модели компьютеров.

ПЗУ (ROM) — постоянное запоминающее устройство, физически реализуется в виде специальных микросхем, в которые с помощью специального устройства — программатора — может записываться та или иная информация. В том числе программные модули.

Кратко перечислим вспомогательные функции BIOS:

• поиск на гибком и на жестком диске программы-загрузчика операционной си­стемы и загрузка с диска в оперативную память;

• тестирование аппаратной части (в том числе оперативной памяти);

• инициализация векторов прерывания нижнего уровня.

BIOS содержит: специальные программы по управлению работой стандартными внешними устройствами (драйверы ~ программы, расширяющие возможности операционной системы); тестовые программы для контроля работоспособности аппаратуры; программу начальной загрузки операционной системы.

В качестве основных функций драйвера могут быть названы:

• прием и обработка запроса к периферийному устройству;

• преобразование запроса в серию команд управления устройством;

• обработка сигнала прерывания.

Драйверы могут быть:

1. Стандартные (внутренние) — программы, находящиеся внутри BIOS или его , модуля расширения ЕМ BIOS. Они подключаются к системе автоматически после перехода компьютера в рабочее состояние.

2. Загружаемые (внешние) — программы, находящиеся на диске и предназначен­ные для управления внешними устройствами, которые отличаются от стан­дартных своими техническими параметрами; подключаются к системе только тогда, когда они указаны в файле конфигурации CONFIG.SYS.