Использование элементов технологии проблемного обучения в интеллектуальном развитии учащихся на уроках информатики

Встроенные функции операционной системы Windows 2000/XP находятся в DLL - динамически загружаемых модулях (dynamic-link library). Модули DLL - это разделяемые библиотеки процедур, к которым по мере необходимости обращаются исполняемые программы.

Основой кода Windows 2000/XP, выполняемого в основном, в нулевом кольце защиты процессора (в Windows 9x - выполнение производилось в третьем кольце защиты), являются следующие 32-разрядные DLL-модули:

1. Windows Manager - компонент, который управляет вводом и выводом на экран. Этот модуль имеет и другое имя - User. Он и располагается в библиотеке User32.dll.

2. Graphics Device Interface (GDI) - библиотека функций и структур, которые реализуют рисование в контексте устройства. Контекст устройства - это логическая структура, не зависящая от физического устройства и позволяющая пользоваться максимальными возможностями и средствами для вывода графики. Вывод в конкретное физическое устройство производится с помощью драйвера устройства. Система при этом преобразовывает и, возможно, искажает информацию с учетом ограничений, характерных для конкретного устройства. Поэтому реальная картина может отличаться от идеальной, созданной в контексте устройства.

3. Graphics Device Drivers (GDD) - аппаратно-зависимые драйверы, которые осуществляют связь с конкретными физическими устройствами ввода и вывода.

4. Console - компонент, который поддерживает текстовый режим вывода в окне.

5. Operating System Functions - функции, которые поддерживают все другие компоненты подсистемы Win32.

Вывод по первому вопросу: основные достоинства персональной вычислительной машины проявляются в диалоговом режиме. Организацию работы в таком режиме обеспечивает операционная система. Современные операционные системы должны сочетать в себе такие качества, как высокое быстродействие, защищенность, надежность, а также приемлемые требования к аппаратному обеспечению. Наиболее полно все эти качества для операционных систем фирмы Microsoft сочетаются в системах Windows 2000/XP.

Все программы и данные хранятся в виде файлов на дисках. За их хранение отвечает файловая система, являющаяся частью любой операционной системы. Рассмотрению файловой системы посвящен второй учебный вопрос данной лекции.

2. Организация хранения информации на носителях

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы зависит от операционной системы. Наиболее распространенный тип табличный.

Диск представляется как набор поверхностей. У гибких дисков их всего две, у CD одна, у DVD от 1 до 4-х, жесткие диски состоят из нескольких пластин, поэтому количество поверхностей у них больше. Каждая поверхность диска разделяется на кольцевые дорожки, а каждая дорожка - на секторы. Размер сектора фиксирован и равен 512 байт. Чтобы найти на диске тот или иной файл, надо знать, где он расположен, то есть его адрес. Проще всего было записать адрес в виде номера поверхности, номера дорожки и номера сектора, но на самом деле это выполняется не совсем так. Дело в том, что у каждой поверхности есть своя головка для чтения-записи, и эти головки перемещаются не порознь, а одновременно. Поэтому вместо понятия дорожки используют понятие цилиндра.

Цилиндр - это совокупность всех дорожек, имеющих одинаковые номера, то есть равноудаленных от оси вращения.

Поэтому реально местоположение файла на жестком диске определяется номером цилиндра, номером поверхности и номером сектора.

Сектор - это наименьшая единица хранения данных, но для адресации она используется далеко не во всех файловых системах. Для этого она слишком мала. Поэтому операционные системы Windows используют для адресации более крупную единицу хранения, называемую кластером.

Кластер - это группа соседних секторов. Размер кластера может зависеть от размера жесткого диска. Чем больше диск, тем больше размер кластера. Типовые значения 8, 16, 32 или 64 сектора.

Файловая система предусматривает ряд специальных областей на диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его форматирования: головную запись загрузки, таблицу разбиения диска (FAT), запись загрузки для каждого диска, таблицу размещения файлов и корневой каталог. Все остальное на диске отводится для хранения данных и программ.

FAT предоставляет собой базу данных, связывающую кластеры области данных и программ с файлами. В этой базе для каждого кластера предусматривается только один элемент. Элементы FAT могут содержать номер следующего кластера занятого файлом, кластер свободен, кластер содержит один или несколько секторов с физическими дефектами и не может использоваться, последний кластер файла.

Поскольку нарушение FAT-таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.

Операционные системы Windows реализуют 16, 32-разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такие файловые системы называются FAT16 и FAT32. Кроме того, операционные системы Windows 2000/XP могут использовать файловую систему NTFS, особенности которой мы рассмотрим на следующем практическом занятии.

Файловая система FAT16 позволяет разместить в FAT таблицах не более 65536 записей (2¹⁶). Из-за этого ограничения данные операционной системы не позволяют работать с жесткими дисками размером более 2 Гбайт. (65536*512*64/1024/1024/1024=2 Гбайт).

В файловой системе FAT32 как элементы FAT, так и номера секторов 32-разрядные, которые представляют собой максимально возможную емкость диска. (2³²=4294967296*512=2Тбайт)

Можно было бы предположить, что для минимизации потерь места на диске в FAT32 будут использоваться кластеры размером в один сектор. Но спецификации FAT32 размер кластера составляет:

Одним из факторов для принятия такого решения, послужило размер самой FAT. Для каждого элемента в FAT требуется 8 байт. На 2 Гбайтном диске FAT займет 32 Мбайта дискового пространства, а если в кластере будет 8 секторов - всего 4. Но причина даже не в экономии дискового пространства, а в ускорении доступа к диску, так как специальная программа считывает таблицу FAT в оперативную память. Очевидно, что этого проще добиться, если каждая отдельная таблица FAT занимает 2, а не 16 Мбайт.

Когда программа отправляет запрос к операционной системе с требованиями предоставить содержимое какого-либо файла, ОС просматривает запись каталога для него, чтобы найти первый кластер этого файла. Затем она обращается к элементу FAT для данного кластера, чтобы найти следующий кластер в цепочке. Повторяя этот процесс, пока не обнаружит последний кластер файла, ОС точно определяет, какие кластеры принадлежат данному файлу и в какой последовательности. Файл занимает всегда целое количество кластеров. Неиспользованная часть кластера называется потерянным местом.

Несмотря на то, что данные о местоположения файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они предоставляются в виде иерархической структуры.

К функциям обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, производимые под управлением операционной системы:

создание файлов и присвоение им имен;

создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

переименование файлов и каталогов;

копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

удаление файлов и каталогов (папок);

управление атрибутами файлов.

Файл - это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе. По способам именования файлов различают "короткое" и "длинное" имя. До появления операционной системы Windows 95 общепринятым соглашением было 8.3. Согласно этому соглашению имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя отводится от 1 до 8 символов, а на расширение до 3-х символов. Имя от расширения отделяется точкой, расширения может и не быть. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита и некоторые специальные символы.

Основным недостатком "коротких" имен является их низкая содержательность. Поэтому с появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие "длинного" имени. Такое имя может содержать до 255 символов. "Длинное" имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? " < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. В имени файла запрещается использовать логические имена устройств:

А: В: С: D: и т.д. - логическое имя диска (Состоит из латинской буквы от A до Z и символа :)

LPT1-9 - логические имена параллельных портов

COM1-4 - логические имена последовательных портов

PRN - порт принтера

NUL - нулевое устройство и др.

Расширением имени считается все символы, идущие после последней точки. Имеются стандартные типы расширений:

*.COM - исполняемый файл (до 64 Кбайт)

*. EXE - исполняемый файл

*.BAT - командный (пакетный файл)

*.DAT - файл данных

*.DLL - файл динамически компонуемых библиотек

*.BAK - резервная копия файла

*.SYS - системный файл

*.TMP - временный файл

*.TXT - текстовый файл

*.BAS - файл с текстом программы на языке BASIC

и др.

Наряду с длинным именем операционные системы Windows создают также и короткое имя.

Использование длинных имен в операционных системах Windows имеет ряд особенностей:

1. Если "длинное" имя файла включает пробелы, то в служебных операциях его надо заключать в кавычки. Рекомендуется не использовать пробелы, а заменять их знаком подчеркивания.

2. В корневой папке диска нежелательно хранить файлы с длинными именами.

3. Полная спецификация файла (диск, путь доступа к файлу, имя файла и расширение) не должно превышать 260 символов.

4. Прописные и строчные буквы не различаются операционной системой.

5. Расширение имени файла в программах вводить не рекомендуется, так как приложения (программы) приписывают их к именам файлов автоматически.

Важными элементами иерархической структуры, необходимыми для обеспечения удобного доступа к файлам, являются каталоги (папки). Файлы объединяются в каталоги по любому признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению и т.п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются вложенными (подкаталогами), а те в свою очередь являются для них родительскими каталогами. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог, который создается форматированием диска и входит в структуру диска.

В корневом каталоге регистрируются подкаталоги первого уровня, а в тех в свою очередь второго и т.д.

Каталог (за исключением корневого) - это файл, который содержит информацию о входящем в него файлах и подкаталогах.

Каждый каталог представляет собой базу данных, которая включает: имя файла, атрибут файла (системный, скрытый, архивный, только для чтения), время и дата создания или последней корректировки, начальный кластер и размер файла.

Правила присвоения имени каталогу ничем не отличается от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен. В иерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа) ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, все промежуточные каталоги разделяются между собой символом \ (обратный слэш).

Таким образом, если задать имя диска, полный путь доступа к файлу, имя файла и расширение то получим полную спецификацию файла.

Логическое имя диска:\Полный путь\Имя файла.Расширение

Пример: C:\USER\NFS\dd.txt

С появлением операционной системы Windows 95 вместо понятия каталог, стало применяться понятие папка. Эти термины равнозначны, отличие этих понятий не в организации хранения данных, а в принятой терминологии.

К основным операциям с файловой структурой относятся:

навигация по файловой структуре;

запуск программ и открытие документов;

создание папок;

копирование, перемещение, переименование, создание файлов и папок;

создание ярлыков.

Основной наиболее используемой функцией операционной системы является навигация по файловой структуре. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. С основными операциями с файловой структурой в операционной системе Windows мы познакомимся при ее изучении на практике.

Вывод по второму вопросу: для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним, все современные дисковые операционные системы имеют в своем составе файловую систему. Теоретические знания о файловой системе позволят нам практически изучить основные операции с файловой структурой, которые выполняет любой пользователь, использующий в своей практической деятельности компьютер.

Приложение № 8

Требование к поисковой лабораторной работе

Лабораторная работа

Создание, заполнение, редактирование и форматирование таблиц.