Файл: 1. Операционная система Microsoft Windows. Общие сведения.pdf

1. Операционная система Microsoft Windows. Общие сведения
На сегодняшний день трудно найти специалиста, который в своей работе не использовал бы компьютерную технику и различные технические устрой­
ства. Поэтому квалифицированный специалист должен уметь работать с ком­
пьютерной техникой, знать основы ее функционирования, владеть программами, управляющими различными компьютерными устройствами, и прикладными программами.
Программный продукт, который устанавливается на большинстве персо­
нальных компьютеров в России, это операционная система семейства
Microsoft Windows. Первой операционной системой, разработанной фирмой
Microsoft в 1981 г., была MS-DOS, но интерфейс данной операционной систе­
мы был не очень удобен с современной точки зрения: приходилось знать ко­
манды, которые пользователь должен был вводить в командной строке. О привычных сегодня значках и иконках, работе с мышью пользователям ком­
пьютера приходилось только мечтать.
Развитие технологий изменило наше мышление: появляется графический интерфейс и Microsoft создает сначала в 1992 г. свою графическую «надстрой­
ку» над MS-DOS, называемую Windows 3.0, а затем в 1995 г. - полноценную графическую операционную систему Windows 95. В последующие годы
Microsoft постоянно разрабатывает новые версии операционной системы, из­
меняя ее номер, но оставляя базовое наименование Windows.
Операционная система: определение, функции
Существует две группы определений операционной системы (ОС):
- ОС - это набор программ, управляющих оборудованием;
- ОС - это набор программ, управляющих другими программами.
Поэтому дадим определение, которое применимо к большинству совре­
менных ОС общего назначения.
Операционная система (ОС) - комплекс управляющих и обрабатываю­
щих программ, которые выступают как интерфейс между устройствами вы­
числительной системы и прикладными программами и предназначены для управления устройствами и вычислительными процессами, эффективного рас­
пределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надежных вычислений.
Основные функции ОС:
- выполнение по запросу программ действий, которые являются общими для большинства программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.);
- загрузка программ в оперативную память и их выполнение;
- стандартизованный доступ к периферийным устройствам;
- управление оперативной памятью - распределение между процессами, организация виртуальной памяти;
3

- управление доступом к данным на энергонезависимых носителях
(жесткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной фай­
ловой системе;
- обеспечение пользовательского интерфейса;
- сетевые операции, поддержка сетевых протоколов.
Дополнительные функции:
- параллельное или псевдопараллельное выполнение задач, т. е. многоза­
дачность;
- эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами (задачами);
- разграничение доступа различных процессов к ресурсам;
- организация надежных вычислений, т. е. невозможность одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе, основанная на разграничении доступа к ресурсам;
- взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхро­
низация;
- защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей или приложений (злонамеренных или по незна­
нию);
- многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.
Цели и задачи файловой системы
Одной из основных задач операционной системы является предоставление пользователю удобного способа работы с данными, хранящимися на дисках.
Для этого ОС подменяет физическую структуру хранящихся данных некото­
рой удобной для пользователя логической моделью. Логическая модель фай­
ловой системы в ОС семейства Windows материализуется в виде дерева папок
(каталогов), выводимого на экран такими утилитами, как Windows Explorer,
Windows Commander или Far Manager, и символьных составных имен файлов.
Базовым элементом этой модели является файл, который, как и файловая си­
стема в целом, может характеризоваться и логической, и физической структу­
рой.
Дадим определение файловой системы.
Файловая система - порядок, определяющий способ организации, хране­
ния и именования данных на носителях информации. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группи­
ровать в виде файлов.
Основные функции любой файловой системы направлены на решение сле­
дующих задач:
- именование файлов;
- программный интерфейс работы с файлами для приложений;
4

- отображение логической модели файловой системы на физическую ор­
ганизацию хранилища данных;
- организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошиб­
кам аппаратных и программных средств;
- содержание параметров файла, необходимых для его правильного вза­
имодействия с ядром системы, приложениями и другими объектами системы.
В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого поль­
зователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».
Таким образом, файловая система распределяет дисковую память, поддер­
живает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие ад­
реса во внешней памяти, обеспечивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и восстановление файлов. Файловая система позволяет программам обходиться набором достаточно простых операций для выполне­
ния действий над некоторым абстрактным объектом, представляющим файл.
Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла.
Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, напри­
мер, разграничение доступа или шифрование файлов.
Файловая система связывает носитель информации, с одной стороны, и способ доступа к файлам - с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом располо­
жена информация в конкретном файле и на каком физическом типе носителя:
CD, жестком диске, флэш-памяти или другом - он записан. Все, что знает про­
грамма, - это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе.
С точки зрения операционной системы весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше). Драйверы файловой си­
стемы организуют кластеры в файлы и папки (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этой папке). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, а какие помечены как неисправные.
Объекты файловой системы ОС Windows
Разберем теперь объекты, с которыми работает ОС семейства Windows, -
диск, файл, папку (каталог) и ярлык.
Дадим определение такого объекта, как диск.
Диск - носитель информации, который может представлять собой физиче­
ское устройство или часть пространства носителя, называемого логическим диском. Он именуется одной буквой латинского алфавита с добавлением после
5

нее знака «: » - двоеточия, именование происходит последовательным присво­
ением латинских букв по алфавиту.
Приведем пример именования дисков в ОС Windows:
- A: и B: - накопитель на гибком магнитном диске (съемные дискеты);
- C: и D: - накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) и логи­
ческий диск (таких дисков может быть и больше);
- E: и F: - накопители на CD- и/или DVD-дисках (берется следующая буква за последней буквой жесткого/логического диска);
- G: - Flash-накопитель;
- K: Z: - сетевые диски (для их именования могут использоваться любые незадействованные буквы).
Дадим определение следующему объекту - файлу.
Файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно запи­
сывать и из которой можно считывать данные (информацию). Файлы хранятся в памяти, не зависящей от энергопитания, на дисках.
Перечислим основные цели использования файла:
- долговременное и надежное хранение информации. Долговременность достигается за счет использования энергонезависимых запоминающих устройств, а высокая надежность определяется средствами защиты доступа к файлам и общей организацией программного кода ОС, при которой сбои аппа­
ратуры чаще всего не разрушают информацию, хранящуюся в файлах;
- совместное использование информации. Файлы обеспечивают есте­
ственный и легкий способ разделения информации между приложениями и пользователями за счет наличия понятного человеку символьного имени и по­
стоянства хранимой информации и расположения файла. Пользователь должен иметь удобные средства работы с файлами, включая каталоги-справочники, объединяющие файлы в группы, средства поиска файлов по признакам, набор команд для создания, модификации и удаления файлов. Файл может быть со­
здан одним пользователем, а затем использоваться совсем другим пользовате­
лем, при этом создатель файла или администратор могут определить права доступа к нему других пользователей. Эти цели реализуются в ОС файловой системой.
Данные, с которыми мы работаем, различны, поэтому ОС использует раз­
ные средства для их обработки. Чтобы ОС правильно «понимала», что следует выполнить с разного вида данными, их разделяют на несколько типов.
Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых, как правило, входят обычные файлы, файлы- папки (каталоги), специальные файлы, именованные конвейеры, отображае­
мые в память файлы, и др.
Обычные файлы, или просто файлы, содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в ре­
зультате работы системных и пользовательских программ. Большинство со­
временных операционных систем не ограничивает и не контролирует
6

содержимое и структуру обычного файла. Содержание обычного файла опре­
деляется приложением, которое с ним работает. Например, текстовый редак­
тор создает текстовые файлы, состоящие из строк символов, представленных в каком-либо коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т. п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере.
Двоичные файлы не используют коды символов, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например исполняемый код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.
Все типы файлов имеют символьные имена. В иерархически организован­
ных файловых системах обычно используются следующие виды имен файлов:
простое и полное (составное).
Простое, или короткое, символьное имя идентифицирует файл в пределах одной папки. Простые имена присваивают файлам пользователи и программи­
сты, при этом они должны учитывать ограничения ОС как на номенклатуру символов, так и на длину имени.
Пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлам легко запоминающиеся названия, ясно говорящие о том, что содержится в этом файле. В файловых системах NTFS и FAT32, входящих в состав операционной системы Windows, имя файла может содержать до 255 символов (буквы и цифры латинского и русского алфавита),
кроме символов \ / : * ? " | < > и имен CON, NUL, PRN, AUX, COM1^9,
LPT1-r9.
Вторая часть имени - это тип (расширение, формат), который начинается с символа точки (.) и может включать от 1 до 4 символов. Существуют зареги­
стрированные типы, по которым ОС связывает файл с приложением (програм­
мой), которой он будет открыт. Этот принцип называется объектно­
ориентированным подходом ОС.
Приведем наиболее распространенные типы файлов и примеры использо­
вания имен (таблица).
Типы файлов и простые имена
Расширение
Тип файла
Пример имени exe
Исполнимые calc.exe com программы command.com hlp
Справка windows.hlp txt
Простые текстовые документы text.txt doc
Текстовые документы
Резюме в JM.doc docx
Microsoft Word
My resume.docx xls
Электронные таблицы
Вычисления .xls xlsx
Microsoft Excel
Отчет 2013.xlsx ppt
Презентации
Исследование.ppt pptx
Microsoft PowerPoint
New version.pptx
Окончание таблицы
7

Расширение
Тип файла
Пример имени htm
Страницы book56.htm html
Интернета
Дом в лесу. html zip
Архив WinZIP
new times.zip rar
Архив WinRAR
Реферат.гаг bmp
Веранда.bmp jpg
Графические файлы
Фотостудия.jpg tif
My Card.tif gif
Рисунок 1.gif mp3
Аудиофайлы
Хорошая песня.трЗ
wma
Вальс.wma mp4
Видеофайлы
Кино.тр4
avi
Ролик2.avi
В иерархических файловых системах разным файлам разрешено иметь одинаковые простые символьные имена при условии, что они принадлежат разным папкам. То есть здесь работает схема «много файлов - одно простое
имя». Для однозначной идентификации файла в таких системах используется так называемое полное имя.
Полное имя представляет собой цепочку, состоящую из имени диска, про­
стых символьных имен всех папок (каталогов), через которую проходит путь от корня до данного файла и простого имени файла. Таким образом, полное имя является составным, в котором имена папок отделены друг от друга об­
ратным слешэм «\», например: d:\папка1\папка2\пример1.txt.
В иерархической файловой системе между файлом и его полным именем имеется однозначное соответствие «один файл - одно полное имя».
В файловых системах, имеющих сетевую структуру, файл может входить в несколько папок (каталогов), а значит, иметь несколько полных имен; здесь справедливо соответствие «один файл - много полных имен». В обоих случаях файл однозначно идентифицируется полным именем.
Теперь дадим определение папки (каталога).
Папка (каталог) - это особый тип файлов, который содержит системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо признаку.
Папки устанавливают соответствие между именами файлов и их характе­
ристиками, используемыми файловой системой для управления файлами, та­
кими как информация о типе файла и расположении его на диске, правах доступа к файлу, его размере и дате его создания или модификации. Во всех остальных отношениях папки рассматриваются файловой системой как обыч­
ные файлы. Во многих операционных системах в папку могут входить файлы любых типов, в т. ч. другие папки, за счет чего образуется древовидная
(иерархическая) структура, удобная для поиска.
8

С появлением графических ОС появляется еще один вид файла - ярлык.
Ярлык - это файл, содержащий ссылку на объект, программу или коман­
ду, а также дополнительную информацию.
Ярлык служит для быстрого доступа к нужному объекту. Его можно размещать в любом месте, выбранном пользователем. Для одного объекта можно создать несколько ярлыков, это можно использовать для запуска одно­
го и того же приложения с разными опциями запуска. Ярлыки отображаются значками, подобными объектам, к которым они созданы, с добавлением стрелочки в нижнем левом углу. Файлы типа *.lnk и *.pif - это файлы ярлыков.
Файлы типа *.lnk - это стандартные ярлыки, создаваемые операционной системой Windows. Существуют файлы типа *.pif - это также ярлыки, но к
DOS-приложениям, в свойствах таких ярлыков, кроме стандартных, присут­
ствуют и дополнительные настройки.
Иерархическая (древовидная) структура файловой системы
Пользователи обращаются к файлам по символьным именам. Однако спо­
собности человеческой памяти ограничивают количество имен объектов, к ко­
торым пользователь может обращаться по имени.
Иерархическая организация пространства имен позволяет значительно расширить эти границы. Поэтому большинство файловых систем имеет иерар­
хическую структуру, в которой уровни создаются за счет того, что папка более низкого уровня может входить в папку более высокого уровня.
Одноуровневая организация, когда все файлы входят в одну папку (рис. 1), является частным случаем иерархической структуры.
Граф, описывающий иерархию папок, может быть деревом или сетью.
Папки образуют дерево, если файлу разрешено входить только в одну папку
(рис. 2), и сеть, если файл может входить сразу в несколько папок (рис. 3).
Например, в Windows папки образуют древовидную структуру, а в Unix - се­
тевую. В древовидной структуре каждый файл является «листом». Папка са­
мого верхнего уровня называется корневой папкой, или корнем (root).
Рис. 1 . Одноуровневая файловая система
9

Рис. 2. Иерархическая многоуровневая файловая система
При такой организации пользователь освобожден от запоминания имен всех файлов, ему достаточно примерно представлять, к какой группе мо­
жет быть отнесен тот или иной файл, чтобы путем последовательного про­
смотра папок найти его.
Иерархическая структура удобна для многопользовательской работы: каждый пользователь со своими файлами ло­
кализуется в своей папке или поддереве папок и вместе с тем все файлы в си­
стеме логически связаны.
Рис. 3. Сетевая файловая система
Понятие «файл» включает не только хранимые им данные и имя, но и ат­
рибуты. Атрибуты - это информация, описывающая свойства файла. Примеры возможных атрибутов файла:
- тип файла (обычный файл, каталог, специальный файл и т. п.);
- создатель файла;
- пароль для доступа к файлу;
10