6.14 Звуковая карта

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

6.15 Устройства ввода графических данных

Для ввода графической информации используют сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. Интересно отметить, что с помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами (программами распознавания образов).

Планшетные сканеры. Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами. Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются:

* разрешающая способность;

* производительность;

* динамический диапазон;

* максимальный размер сканируемого материала.

Разрешающая способность планшетного сканера для офисного применения: 600-1200 dpi (dpi - dots per inch - количество точек на дюйм); для профессионального применения: 1200-3000 dpi.

Производительность сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так и от типа интерфейса, использованного для сопряжения с компьютером.

Динамический диапазон определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального применения - от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).

Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение 2400-5000 dpi. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.)

Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных. От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.

Штрих-сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.

Графические планшеты (дигитайзеры). Эти устройства предназначены для ввода художественной графической информации. Существует несколько различных принципов действия графических планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специального пера относительно планшета. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).

Цифровые фотокамеры. Как и сканеры, эти устройства воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром цифровых фотоаппаратов является разрешающая способность. Наилучшие потребительские модели в настоящее время обеспечивают разрешение изображения до 12001600 точек. У профессиональных моделей эти параметры выше.

6.16 Устройства вывода данных

В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры.

Матричные принтеры. Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от количества иголок в печатающей головке. Наибольшее распространение имеют 9-иголъчатые и 24-шолъчатые матричные принтеры. Последние позволяют получать оттиски документов, не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке.

Лазерные принтеры. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ррт - page per minute). Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.

Принцип действия лазерных принтеров следующий: в соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые попадают на поверхность светочувствительного барабана, образуя статический заряд. Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд. При дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу. Лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера спекаются и закрепляются на бумаге.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся: разрешающая способность; производительность; формат используемой бумаги; объем собственной оперативной памяти.

Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высококачественных отпечатков. Модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600 dpi, а профессиональные модели - до 1200 dpi.

Струйные принтеры. В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта - этот метод позволяет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.

Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. В этих условиях особую роль играют вязкостные свойства красителя и свойства бумаги.

К положительным свойствам струйных печатающих устройств следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей и, соответственно, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость. Основным недостатком, по сравнению с лазерными принтерами, является нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати. Струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати.

6.17 Устройства обмена данными

Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.

Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом, обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.

К основным потребительским параметрам модемов относятся:

· исполнение (внешний или внутренний)

· производительность (бит/с);

· поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок; в шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA или PCI).

От производительности модема зависит объем данных, передаваемых в единицу времени. Современные модемы позволяют передавать данные со скоростью 56 Кбит/с.

От поддерживаемых протоколов зависит эффективность взаимодействия данного модема с сопредельными модемами (вероятность того, что они вступят во взаимодействие друг с другом при оптимальных настройках). От шинного интерфейса в настоящее время пока зависит только простота установки и настройки модема (в дальнейшем при общем совершенствовании каналов связи шинный интерфейс начнет оказывать влияние и на производительность).

7. Операционные системы персональных компьютеров

Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней - прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями ОС принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех ОС - посредническая. Она заключаются в обеспечении нескольких видов интерфейса (взаимосвязи):

· интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

· интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

· интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько ОС. Самыми распространенными из них сегодняшний день являются ОС семейства Windows, разработанные компанией Microsoft: Windows 95, Windows 98, Windows ME, Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows XP. Среди ОС семейства Windows можно выделить две ветви развития. Первую ветвь представляют ОС Windows 95, Windows 98, Windows ME. Они обладают наибольшей универсальностью, имеют самое широкое распространение и поддержку со стороны производителей аппаратного и программного обеспечения. Для компьютера, работающего в этой системе, наиболее просто подобрать прикладные программы и драйверы устройств.

Вторую ветвь ОС семейства Windows представляют Windows NT 4.0 и ее более поздние версии Windows 2000 и Windows XP. Безусловные достоинства ОС класса NT обеспечивают им лидерство среди серверных систем в жесткой конкуренции с основным соперником - ОС Linux. Windows NT 4.0/2000/XP существуют в двух модификациях: Workstation или Professional (для использования на персональных компьютерах) и Server - для установки на серверах. ОС класса NT имеют поддержку нескольких процессоров, удалённого управления, обладают развитыми средствами диагностики и обслуживания. Некоторым недостатком ОС класса NT принято считать повышенные требования к аппаратуре, в частности, к объему оперативной памяти, но данные особенности совершенно естественны для ОС такого уровня. ОС класса NT обладают высокой надежностью и защищенностью (при соответствующей настройке и квалифицированном обслуживания). При всём этом в ОС класса NT сохранен удобный графический интерфейс, практически идентичный интерфейсу Windows 9х. Под управлением ОС класса NT работает большое количество прикладных программ для Windows 9х.

Среди других ОС можно выделить следующие:

Unix (Юникс) - одна из самых первых ОС, разработанная для больших ЭВМ ещё в 1960-е годы. Обеспечивает многопользовательский, многозадачный режим работы. Отличается большой надёжностью. Реализована на языке Си, в связи с чем обладает переносимостью на различные платформы и сравнительной простотой модификации. Существуют версии для практически всех типов ЭВМ, в том числе и для PC. Unix поддерживает также многопроцессорные системы. Используется в основном в системах массового обслуживания (серверы баз данных, WEB-серверы) и управления технологическим оборудованием. Имеются модификации Unix для работы в реальном времени (например, для управления ядерным реактором).

Linux (Линукс) - одна из модификаций Unix. Linux обладает всеми достоинствами Unix, предоставляет несколько более дружественный интерфейс (в том числе графический) и, самое главное, является открытым программным продуктом, то есть распространяется в исходных текстах. Разработка и поддержка Linux производится как независимым содружеством программистов, так и многими ведущими производителями ПО (Red Hat, Caldera, Corel и др.). В настоящее время популярность Linux среди администраторов и пользователей небольших сетей стремительно растет (во многом благодаря бесплатному распространению), однако для полноценной замены Windows в офисах время еще не пришло.

Всем модификациям Unix свойственны общие достоинства (высокая надежность, защищенность от умышленных повреждений и вирусов, разумные требования к аппаратуре, огромное количество служебного ПО и утилит) и недостатки (трудоёмкость установки и обслуживания, относительно малое количество прикладного ПО, особенно офисного). Таким образом, Unix-подобные системы целесообразно использовать для управления серверами или ответственным оборудованием.

OS/2 - разработана в начале 1990-х годов фирмой IBМ (первое время совместно с Microsoft). Получила большую известность к середине 90-х годов. После выхода Microsoft Windows 95 (и особенно NT) OS/2 стала утрачивать популярность. В настоящее время не развивается и новые версии не выпускаются. Обладает графическим интерфейсом (подобный реализован в Windows) и поддержкой многозадачности. В отличие от Windows, более требовательна к производительности и качеству аппаратуры.

Каждая из ОС имеет определённые уникальные особенности, вместе с тем, однако, нельзя утверждать, что какая-то ОС является лучшей для всех применений.

7.1 Обеспечение интерфейса пользователя

Режимы работы с компьютером

Все ОС способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме ОС автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что ОС находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора) Опираясь на эти аппаратные прерывания, ОС создает свой комплекс системных прерываний. Способность ОС прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы.

Виды интерфейсов пользователя

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические ОС. Неграфические ОС реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например нажатием клавиши ENTER. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством ОС под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.22).

Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической ОС основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

Обеспечение автоматического запуска

Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог ОС. Ее автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начинается запись программы инициализации ОС.

7.2 Организация файловой системы

Все современные дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах). 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 ОС.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.

Практически все дисковые ОС поддерживают 16-разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FAT-16. Она позволяет разместить в FAT -таблицах не более 65 536 записей (2¹⁶) о местоположении единиц хранения данных и, соответственно, для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.

Для современных жестких дисков потери, связанные с неэффективностью файловой системы, весьма значительны и могут составлять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хранящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система FAT-16 вообще работать не может.

ОС Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP обеспечивают более совершенную организацию файловой системы - FAТ - 32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

ОС Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows XP поддерживают организацию файловой системы NTFS с 64-разрядными полями в таблице размещения файлов. NTFS способна работать с логическими дисками объемом 16777216 терабайт с кластером размером 512 байт. Таким образом, данная файловая система позволят организовать самое оптимальное хранение данных. NTFS отличается высокой надежностью хранения данных и возможностью защиты от несанкционированного доступа к любому каталогу на диске.

7.3 Обслуживание файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры - людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя ОС. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением ОС:

· создание файлов и присвоение им имен;

· создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

· переименование файлов и каталогов (папок);

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

· удаление файлов и каталогов (папок);

· навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

· управление атрибутами файлов.

7.4 Создание и именование 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 - это одна из функций ОС. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в общем случае для этой операции привлекаются средства ОС.

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появления ОС Windows 95 общепринятым способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS-DOS, имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение - 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита.

Имя и расширение файла выбираются при его создании и могут быть изменены путем переименования файла. Обычно имя файла кратко отражает его содержание. Расширение файла обычно указывает тип информации, содержащейся в файле.

Существует ряд стандартных расширений:

bat, com, exe - исполняемые файлы (программы или приложения);

txt, doc - текстовые файлы и документы;

hlp - файлы помощи;

arj, zip, rar - архивные файлы;

dbf - файлы баз данных;

asm, bas, pas, c - исходные тексты программ;

bmp, jpg, tif, gif, pic, pcx - графические файлы (рисунки, изображения);

mid, mp3, snd, wav - звуковые файлы

bak - резервный файлы.

Соглашение 8.3 не является стандартом, и потому в ряде случаев отклонения от правильной формы записи допускаются как ОС, так и ее приложениями. Так, например, в большинстве случаев система «не возражает» против использования некоторых специальных символов (восклицательный знак, символ подчеркивания, дефис, тильда и т. п.), а некоторые версии MS-DOS даже допускают использование в именах файлов символов русского и других алфавитов. Сегодня имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются «короткими».

Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением ОС Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? " < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

Наряду с «длинным» именем ОС семейства Windows создают также и короткое имя файла - оно необходимо для возможности работы с данным файлом на рабочих местах с устаревшими ОС.

Особенности Windows. Использование «длинных» имен файлов в ОС 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 символами подчеркивания.

2. В корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой структуры) нежелательно хранить файлы с длинными именами - в отличие от прочих папок в ней ограничено количество единиц хранения, причем чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке.

3. Кроме ограничения на длину имени файла (256 символов) существует гораздо более жесткое ограничение на длину полного имени файла (в него входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов.

4. Разрешается использовать символы любых алфавитов, в том числе и русского, но если документ готовится для передачи, с заказчиком (потребителем документа) необходимо согласовать возможность воспроизведения файлов с такими именами на его оборудовании.

5. Прописные и строчные буквы не различаются ОС. Для нее имена Письмо.txt и письмо.txt соответствуют одному и тому же файлу. Однако символы разных регистров исправно отображаются ОС, и, если для наглядности надо использовать прописные буквы, это можно делать.

6. ОС Windows имеют средства для регистрации свойств типов файлов по расширению их имени, поэтому во многих случаях выбор расширения имени файла не является частным делом пользователя. Приложения этих систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени приписывают автоматически.

Маска файлов

Для поиска, выделения, переименования и некоторых других операций с файлами вместо имени файла можно использовать маску файла. Маска файла задается с помощью символов ? и *. Символ ? заменяет один любой символ имени или расширения файла. Символ * заменяет любое количество любых символов. Примеры масок файлов:

*.txt - заменяет любой файл с расширением txt;

a???.exe - заменяет любой файл с именем из четырех знаков, начинающимся с а, и с расширением exe;

*.* - заменяет любой файл.

7.5 Создание каталогов (папок)

Каталоги (папки) - важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.

Имя диска состоит из одного символа - буквы латинского алфавита. После имени диска ставится двоеточие. Диски именуются в алфавитном порядке (для ОС Windows NT 4.0, 2000, XP дискам можно назначать буквы не в алфавитном порядке). Буквы А: и В: соответствуют дисководам гибких дисков (5,25" и 3,5"). Если дисковод один, буква В: как правило не используется. С:, D:, E: и т.д. - логические диски жестких дисков, дисководы лазерных дисков, оптических дисков, сетевые диски и другие устройства.

Все современные ОС позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен.

Мы знаем, что в иерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются между собой определенным символом. Во многих ОС в качестве такого символа используется «\» (обратная косая черта), например:

С:\Мои документы\Информатика\Пособие.doc

Особенности ОС семейства Windows. До появления ОС Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался введенный выше термин каталог. С появлением этой системы был введен новый термин - папка. В том, что касается обслуживания файловой структуры носителя данных, эти термины равнозначны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одноименная папка ОС. Основное отличие понятий папка и каталог проявляется не в организации хранения файлов, а в организации хранения объектов иной природы. Так, например, в Windows существуют специальные папки, представляющие собой удобные логические структуры, которым не соответствует ни один каталог диска.

7.6 Копирование, перемещение удаление файлов и каталогов (папок)

В неграфических ОС операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику. В графических ОС существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами.

Средства удаления данных не менее важны для ОС, чем средства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, уничтожение и стирание, хотя ОС обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специальными программными средствами).

Удаление файлов является временным. В ОС Windows оно организовано с помощью специальной папки, которая называется Корзина. При удалении файлов и папок они перемещаются в Корзину. Эта операция происходит на уровне файловой структуры ОС (изменяется только путь доступа к файлам). На уровне файловой системы жесткого диска ничего не происходит - файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны.

Уничтожение файлов происходит при их удалении в ОС MS-DOS или при очистке Корзины в ОС Windows. В этом случае файл полностью удаляется из файловой структуры ОС, но на уровне файловой системы диска с ним происходят лишь незначительные изменения. В таблице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. Это сделано для минимизации времени операции. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, помеченные как «свободные».

7.7 Навигация по файловой структуре

Навигация по файловой структуре является одной из наиболее используемых функций ОС. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с ОС. В ОС, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с крайним неудобством такой навигации, широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками.

Как и ОС, файловые оболочки бывают неграфическими и графическими. Наиболее известная неграфическая файловая оболочка для MS-DOS - диспетчер файлов Norton Commander, а роль графической файловой оболочки для MS-DOS в свое время исполняли программы Windows 1.0 и Windows 2.0, которые постепенно развились до понятия операционной среды (в версиях Windows 3.x) и далее до самостоятельной ОС (Windows 95).

Навигация в современных графических ОС может осуществляться как с помощью стандартных средств (в ОС Windows - программа Проводник), так и с помощью файловых оболочек (например Windows Commander).

7.8 Управление атрибутами файлов

Кроме имени и расширения имени файла ОС хранит для каждого файла даты его создания, изменения, последнего открытия и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты - это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. ОС позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

· Только для чтения (Read only);

· Скрытый (Hidden);

· Системный (System);

· Архивный (Archive).

Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут Скрытый сигнализирует ОС о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций (просмотр скрытых файлов возможен при изменении соответствующих настроек). Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.

Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой ОС. Его отличительная особенность в том, что средствами ОС его изменить нельзя. Как правило, большинство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и установленный атрибут Скрытый.

Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна автоматически устанавливать этот атрибут, а средство резервного копирования должно его сбрасывать. Таким образом, очередному резервному копированию подлежали только те файлы, у которых этот атрибут был установлен. Современные программы резервного копирования используют другие средства для установления факта изменения файла, и данный атрибут во внимание не принимается, а его изменение вручную средствами ОС не имеет практического значения.

7.9 Управление установкой, исполнением и удалением приложений

Понятие многозадачности

Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы ОС. Это очевидно, если вспомнить, что основная функция ОС состоит в обеспечении интерфейса приложений с аппаратными и программными средствами вычислительной системы, а также с пользователем. С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные ОС.

Однозадачные ОС (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). В то же время параллельно с однозадачными ОС возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на ОС, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний.

Большинство современных графических ОС - многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают:

· возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;

· возможность обмена данными между приложениями;

· возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

Вопросы надежности

От того, как ОС управляет работой приложений, во многом зависит надежность всей вычислительной системы. ОС должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности ОС может входить в противоречие с требованием ее универсальности.

Так, например, наиболее универсальные ОС Windows 95, 98, ME могут испытывать общесистемные сбои из-за работы с приложениями, недостаточно четко соблюдающими спецификацию ОС. ОС Windows NT 4.0, 2000, XP, Unix, Linux и OS/2 обладают повышенной устойчивостью и не выходят из строя при сбое приложений, но имеют меньшую универсальность, и, соответственно, парк доступных приложений для них ограничен.

Это, в частности, предопределяет сферу использования данных ОС. Системы Windows 95/98/ME находят применение в массовых многоцелевых вычислительных системах, а системы Windows NT/2000/XP и OS/2 - на специализированных рабочих местах, для которых требуется повышенная надежность при ограничении круга используемых программ.

Вопрос надежности ОС особо остро стоит для программистов. В процессе отладки программ возможны многочисленные сбои из-за несовершенства их кода. При отладке «сырых» программ в Windows 95/98/ME «сброс» или «зависание» компьютера происходит много чаще, чем в ОС Windows NT/2000/XP. Поэтому общепринятой является практика, когда программа разрабатывается и отлаживается в ОС Windows NT/2000/XP, а ее окончательная сборка и компиляция выполняются в Windows 95/98/ME.

Установка приложений

Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, дистрибутивный комплект (установочный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не законченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде.

Устаревшие ОС (например, MS-DOS) не имеют средств для управления установкой приложений. Единственное средство, которое они предоставляют, - возможность запуска устанавливающей программы, прилагаемой к дистрибутивному комплекту. Такая установка отличается крайней простотой, но и невысокой надежностью, поскольку правильность привязки приложения к окружающей программно-аппаратной среде зависит от того, насколько разработчик устанавливающей программы сумел заранее предусмотреть возможные варианты конфигурации вычислительной системы конкретного пользователя.

Современные графические ОС берут на себя управление установкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов.

Удаление приложений

Процесс удаления приложений, как и процесс установки, имеет свои особенности и может происходить под управлением вычислительной системы. В таких ОС, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами (например, в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства ОС. Для этого достаточно удалить каталог, в котором размещается приложение, со всем его содержимым.

В ОС, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в Windows 95/98), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложениям. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем ОС. Полнота удаления и надежность последующего функционирования ОС и оставшихся приложений во многом зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре ОС.

7.10 Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением

Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, звуковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни один разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть все варианты взаимодействия своей программы, например, с печатающим устройством.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления - драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств - это одна из функций ОС. Строго говоря, выпуская устройство, например модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных ОС, как-то: Windows 95/98/ME/NT/2000/XP, MS-DOS и т. п.

В ОС MS-DOS драйверы устройств загружаются как резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. Здесь участие ОС сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера - далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управляет его взаимодействием с вызывающей программой. Загрузка драйверов устройств может быть ручной (после первоначальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов) или автоматической, когда команды на загрузку и настройку драйверов включаются в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке компьютера.

ОС семейства Windows берут на себя все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления от приложений. Во многих случаях ОС даже не нуждается в драйверах, полученных от разработчика устройства, а использует драйверы из собственной базы данных.

Наиболее современные ОС Windows позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппаратно-логического подключения. Если устройство подключается к материнской плате через шину PCI, то есть техническая возможность организовать между ним и материнской платой обратную связь. Это позволяет ОС анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов ОС получил название plug-and-play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанавливающимися.

Если же устройство подключается к устаревшей шине ISA и не является самоустанавливающимся, то в этом случае ОС не может динамически выделять ему ресурсы, но, тем не менее, при распределении ресурсов для самоустанавливающихся устройств, она учитывает ресурсы, захваченные им.

8. Обслуживание компьютера

Предоставление основных средств обслуживания компьютера - одна из функций ОС. Обычно она решается внешним образом - включением в базовый состав ОС первоочередных служебных приложений.

8.1 Средства проверки дисков

Надежность работы дисков (особенно жесткого диска) определяет не только надежность работы компьютера в целом, но и безопасность хранения данных, ценность которых может намного превышать стоимость самого компьютера. Поэтому наличие средств для проверки дисков является обязательным требованием к любой ОС.

Средства проверки принято рассматривать в двух категориях: средства логической проверки, то есть проверки целостности файловой структуры, и средства физической диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами самой ОС, а физические дефекты поверхности только локализуются - ОС принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы.

Логические ошибки файловой структуры имеют два характерных проявления: это потерянные кластеры или общие кластеры. Потерянные кластеры образуются в результате неправильного (или аварийного) завершения работы с компьютером. Так, например, ни в одной ОС нельзя выключать компьютер, если на нем запущены приложения, осуществляющие обмен информацией с дисками. Кроме того, в ОС Windows также нельзя выключать компьютер, если не исполнена специальная процедура завершения работы с ОС. Механизм образования потерянных кластеров выглядит так:

· во время работы с файлом приложение манипулирует с кластерами, занимая или освобождая их, и регистрирует сведения об этом в FAT-таблице, но не записывает полные сведения о файле в каталог;

· если при завершении работы с приложением происходит сохранение результатов деятельности, оно вносит окончательные изменения в FAT-таблицы и регистрирует данные, записанные в кластерах, как файл в каталоге; в если при завершении работы с приложением файл уничтожается, информация не фиксируется в каталоге, а использованные кластеры освобождаются;

· если компьютер выключается до завершения работы с приложением, кластеры остаются помеченными как «занятые», но ссылки на них в каталоге не создается, так что согласно данным FAT-таблицы этим кластерам не соответствует ни один файл.

Ошибка, связанная с потерянными кластерами, легко парируется средствами ОС. При этом можно либо полностью освободить данные кластеры, либо превратить их в полноценные файлы, которые можно просмотреть в поисках ценной информации, утраченной во время сбоя.

Ошибка, проявляющаяся как общие кластеры, характеризуется тем, что, согласно данным FAT -таблиц, два или более файлов претендуют на то, что их данные находятся в одном и том же месте диска. При нормальной работе такой ситуации быть не может, и это свидетельствует об ошибке в FAT -таблицах. Причиной появления общих кластеров может стать самопроизвольное изменение данных в FAT -таблицах или некорректное восстановление ранее удаленных данных с помощью внесистемных средств. Некорректность может быть обусловлена нарушением порядка операций восстановления данных или неадекватностью средств восстановления данных (например, использованием средств MS-DOS для восстановления файлов, записанных средствами Windows).

Ошибка, связанная с общими кластерами, парируется повторной записью обоих конфликтующих файлов. Один из них обязательно испорчен и подлежит последующему удалению, но велика вероятность того, что испорчены оба файла.

Дополнительно к вышеуказанным логическим ошибкам ОС Windows 95 и Windows 98 определяют логические ошибки, связанные с некорректной записью даты создания файла и с представлением «короткого» имени файла для заданного «длинного» имени.

8.2 Средства управления виртуальной памятью

Ранние ОС ограничивали возможность использования приложений по объему необходимой для их работы оперативной памяти. Так, например, без специальных драйверов (менеджеров оперативной памяти) ОС MS-DOS ограничивали предельный размер исполняемых программ величиной около 640 Кбайт. Современные ОС не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, установленной в компьютере, но и позволяют ее расширить за счет создания так называемой виртуальной памяти на жестком диске. Виртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки. В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть ее временно опорожняется с сохранением образа на жестком диске. В процессе работы приложений происходит многократный обмен между основной установленной оперативной памятью и файлом подкачки. Поскольку электронные операции в оперативной памяти происходят намного быстрее, чем механические операции взаимодействия с диском, увеличение размера оперативной памяти компьютера всегда благоприятно сказывается на ускорении операций и повышении производительности всей вычислительной системы.

ОС не только берет на себя весь необходимый обмен данными между ОЗУ и диском, но и позволяет в определенной степени управлять размером файла подкачки вручную.

8.3 Средства кэширования дисков

Поскольку, как уже было отмечено, взаимодействие процессора с дисками компьютера происходит намного медленнее операций обмена с оперативной памятью, ОС принимает специальные меры по сохранению части прочитанных с диска данных в оперативной памяти. В случае, если по ходу работы процессору вновь потребуется обратиться к ранее считанным данным или программному коду, он может найти их в специальной области ОЗУ, называемой дисковым кэшем. В ранних ОС функции кэширования диска возлагались на специальное внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных ОС эту функцию включают в ядро системы, и она работает автоматически, без участия пользователя, хотя определенная возможность настройки размера кэша за ним сохраняется.

8.4 Средства резервного копирования данных

Если на компьютере выполняется практическая работа, объем ценных (а зачастую и уникальных) данных нарастает с каждым днем. Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Важным средством защиты данных является регулярное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи ОС обычно содержат базовые средства для выполнения резервного копирования.

8.5 Прочие функции ОС

Кроме основных (базовых) функций ОС могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор ОС определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту.

Прочие функции ОС могут включать следующие:

· возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;

· обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегрированными в состав ОС;

· возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;

· наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;

· возможность оформления рабочей среды ОС, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;

· возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;

· возможность автоматического исполнения операций обслуживания компьютера и ОС по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;

· возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими.

...