Файл: Локальные и глобальные сети эвм основы компьютерной коммуникации. Принципы построения сетей. Компьютерная сеть.pdf

2
Совокупность программ системного уровня образует операционную систему компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
Однако, часто классифицируя программное обеспечение, считают частью операционной системы служебное программное обеспечение. Очень часто встречается такая схема классификации современного программного обеспечения.
Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.
Операционные
системы
Операционная
система - это комплекс специальных программ и правил, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления ресурсами вычислительной системы и процессами, использующими эти ресурсы при вычислениях.
Операционная система представляет собой комплекс системных программных средств. С одной стороны она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в систему BIOS (базовую систему ввода-вывода), с другой стороны она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.
Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.
Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (пользовательский интерфейс);

интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно- программный интерфейс);

интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

3
Для одной аппаратной платформы, например, такой как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние.
Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций.
Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.
Важно подчеркнуть, что операционная система – это именно комплекс программ, неоднородный по характеру и многоплановый по уровню. Этот комплекс программ динамичен по своему составу: из него можно удалять, а в него добавлять различные части.
Та часть программ, которая взаимодействует с аппаратными средствами непосредственно и поэтому должна постоянно храниться в компьютере, составляет ядро операционной
системы
. В частности, программное обеспечение, входящее в состав ядра, отвечает за проверку работоспособности компьютера и выполнение элементарных (базовых) операций, связанных с работой монитора, клавиатуры, магнитных накопителей и т.п.
Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с одним из языков программирования. Любая прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда (или должна быть обеспечена возможность конвертации – преобразования программ).
Базовая часть операционной системы хранится в микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Остальные программы хранятся на внешнем запоминающем устройстве, к которому может быть обеспечен относительно быстрый доступ. Например, на жестком диске. Но программы операционной системы могут храниться и на CD-диске, который в этом случае называются системными. При включении компьютера эта часть операционной системы автоматически загружается с диска в оперативную память.
Использование компьютера на уровне машинного языка затруднительно.
Программы операционной системы скрывают от программиста и пользователя все реалии аппаратуры и предоставляют возможность простого, удобного просмотра указанных им файлов, чтения или записи их. Операционная система предоставляет пользователю и программисту простой файловый интерфейс и, кроме того, выполняет всю работу, связанную с обработкой прерываний, управлением таймером и оперативной памятью, а также решает другие низкоуровневые проблемы. Таким образом, благодаря операционной системе, пользователь имеет дело с абстрактной, воображаемой машиной, которая гораздо

4 проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе вычислительной системы. С этой точки зрения операционная система предоставляет пользователю и программисту некую виртуальную машину, которую легче запрограммировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину. Для реализации этой функции операционная система поддерживает два интерфейса по уровню выше аппаратного.
1.
Пользовательский
интерфейс
- командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций.
2.
Программный интерфейс - набор услуг, освобождающих программиста от выполнения рутинных операций.
Таким образом, обеспечивается упрощение доступа к

5 реализации функций операционной системы по управлению процессорами, памятью и внешними устройствами автономного компьютера.
Итак, подводя итог: операционная система предназначена для планирования и управления вычислительными ресурсами компьютера, для управления выполнением прикладного программного обеспечения. В этом классе программных продуктов наиболее широкое распространение получили операционные системы семейства Windows (фирма
Microsoft), OS/2 (фирма IBM), Unix (свободнораспространяемая).
И в заключении. Все операционные системы способны обеспечить как пакетный так и диалоговый режим работы.
В пакетном режиме операционная система автоматически выполняет заданную последовательность команд.
В диалоговом режиме операционная система находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды.
Файловая
структура операционных систем. Операции с файлами
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранять данные в наиболее удобном и компактном виде и как обеспечить к ним быстрый и удобный доступ (если доступ не обеспечен, то хранение некорректное).
Для решения проблемы сохранности данных в удобном и компактном виде разработана двоичная система и введены понятия бит и байт.
Для обеспечения быстрого и удобного доступа к данным данные хранят в виде упорядоченных структур (подробно о структурах смотри п. данного учебного пособия), имеющих адресацию. Например, каждый байт в памяти имеет свой адрес. Содержимое ячейки памяти процессора называется машинным словом. Машинное слово может состоять из двух, четырех или какого-либо другого количества байт и также иметь свой адрес.
Машинным
словом определяется разрядность процессора. Однако обращаться к данным по адресам байтов, слов или более крупных единиц хранения данных килобайт или мегабайт пользователю неудобно. Для удобства работы пользователя в качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом.

6
Файл
– это последовательность произвольного числа байтов,
обладающая
уникальным собственным именем.
Т.к. файлы хранят на внешних носителях информации, то очень часто используют и такое определение файла.
Файл
–
это
поименованная
область
внешнего
носителя
информации
. Она обладает произвольным размером и уникальным
именем
.
Или еще файл – именованная последовательность байтов
произвольной
длины.
Или файл – это наименьший поименованный массив информации.
Или файл – это основная единица организации информации на
носителе
.
Из определений следует (во всяком случае, из первых трех), что файл может иметь нулевую длину. Т.е. создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его на внешнем носителе.
Обычно в отдельном файле хранят данные одного типа. Тип данных
определяет
тип файла. А так как разные данные в памяти компьютера формируются различными программами, то и тип файла задается программой, которая этот файл сформировала.
В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не будут найдены и не превратятся в информацию. А также конкретное название
файла
, задаваемое пользователем и позволяющее ему идентифицировать различные файлы. Ну, и, конечно, тип файла, который показывает какие данные хранятся в файле. Тип файла очень важен для автоматической работы с данными. По имени файла можно автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла.
Так, например, если файл имеет тип exe или com, то это файлы, в которых записаны программы готовые к выполнению. Если тип файла txt или doc, в таких файлах текстовые документы. Файлы типов bas, pas или vbs

7 содержат исходные модули программ на языках программирования паскаль, бейсик и visual basic script. Основные типы файлов показаны в приложение 1.
Файловая
структура
Имя
файла должно быть уникально, иначе невозможен однозначный доступ к данным. Уникальность имени обеспечивается автоматически.
Создать файл с именем, которое уже имеется, пользователь не может.
Хранение файлов организуется в иерархической (древовидной) структуре.
Иерархическая
структура организации файлов на внешнем
носителе
информации называется файловой структурой.
В качестве вершины структуры служит логическое имя носителя, на котором сохраняются файлы. Файлы группируются в каталоги (папки),
внутри
которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки).
Путь
доступа к файлу начинается с имени устройства и включает
все
имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве
разделителя
используется символ «\». По сути, путь к файлу определяет
местоположение
файла на внешнем носителе.
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем
файла
считается собственное имя файла (т.е. его название, заданное пользователем) с путем доступа к нему. Также полное имя файла содержит, так называемое, расширение, которое показывает тип файла. Расширение от названия файла отделяется символом (.) точка. Например, файлы могут иметь такие полные имена:
D:\Мои документы\761\Иванова\Лабораторная работа 1.txt
или
D:\Мои документы\761\Петров\Лабораторная работа 1.txt
Оба файла имеют одинаковое собственное имя и размещены на одном носителе, но отличаются путем доступа. Т.е. полные имена у них разные.

8
Очевидно, что логическая организация файлов
достигается
объединением
их в каталоги, Каталог содержит файлы, объединенные по
какому
-либо признаку – их создателем, их тип, тема и т.п. Каталог запоминается на носителе как файл, который содержит информацию о входящих в него файлах. Каталогов на носителе может быть много, и они могут иметь различные степени вложенности. Все каталоги, находящиеся на носителе, образуют иерархическую
(древовидную) структуру
(для операционных систем семейства Windows).
На практике, в различных операционных системах файловые
структуры
реализуются по-разному. Для этого вводится понятие
файловой
системы.
3.4.3 Файловая система
Основной задачей, которую решает файловая система, является обеспечение взаимодействия программ и физических устройств ввода/вывода, таких как накопители на жестких дисках, флоппи дисках и т.д.
Современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения файлов на внешних носителях и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы табличный (не путайте с файловой структурой, которая имеет
иерархическую
организацию). Поверхность жесткого диска, например, рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащим разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Группы секторов условно объединяются в кластеры.
Кластер
является наименьшей единицей адресации к данным.
Размер кластера не фиксирован и зависит от емкости диска.
Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах FAT (File

9
Allocation Table) или NTFS (New Technology File System) – для операционных систем семейства Windows. Поскольку нарушение работы таблиц файловой системы приводит к невозможности использовать данные, записанные на диске, к работе этих таблиц предъявляются особые требования надежности работы.
Физическая организация данных описывает правила расположения файлов на носителе. Расположение файла описывается расположением принадлежащих ему блоков.
Блоком называется наименьшая единица данных, которой устройство ввода/вывода может обмениваться с памятью.
Простейший способ расположения файла
– непрерывная последовательность блоков. Такой способ наряду с основным своим основным достоинством – простотой, которая позволяет адресовать файл всего лишь адресом его первого блока, имеет ряд существенных недостатков:
−
во-первых, во время создания файла системе может быть не известен его размер, то есть система не знает, сколько места на носителе надо зарезервировать;
−
во-вторых, неизбежна сильная фрагментация носителя.
Для устранения этих недостатков могут использоваться связанные блоки. В таком случае блок помимо данных содержит ссылку на следующий блок и т.д. Основным недостатком такого способа является то, что программа не может непосредственно обратиться к произвольному участку файла, и чтобы прочитать, например, последний блок, необходимо последовательно обратиться ко всем блокам файла. Недостатком такого способа организации данных является также то, что информация, хранящаяся в блоке данных, теряет однородность, так как содержит не только данные файла, но и служебную информацию.
Решить эти проблемы может использование связанного списка индексов. При такой организации данных нет необходимости просматривать все данные для чтения последнего блока файла, достаточно просмотреть