Жанр: Учеба
Информация к размышлению Пособие по освоению компьютерных технол
...о ждёт
паренёк по имени Вася. Он ваш коллега, но занимает не столь
высокий пост в данном заведении. Он работает контроллером,
скажем, видеоадаптером. Как только вы поместили в десятый ящик
число из указанной вам ячейки, Вася со своей стороны это число
прочитал. Для вас это число относилось к данным, но для Васи оно
может быть командой, например, очистить экран, или переместить
курсор в строку, номер которой последует сразу же за командой,
или писать на экране все символы, коды которых будут
передаваться в данную ячейку в следующие мгновения. И вот вы,
работая далее по указанной вам программе, помещаете в ячейку 10
одно за одним какие-то числа из других ячеек. Вася их оттуда
выуживает и перебрасывает в ячейки своей памяти, расположенные в
соседней комнате. Затем он, отрабатывая по своей собственной
программе, вынуждает монитор изображать пикселами на экране
нужные символы. Вы же в это время, продолжая выполнять свою
программу, делаете что-то, может быть уже совсем не связанное, с
управлением экраном.
Не нужно считать, что десятый номер ячейки - это какой-то
стандарт, относящийся к видеокарте. В данном случае это
условность, действующая только в нашей модели. Кстати, среди
расположенных перед вами ячеек, есть ещё несколько с такими же
особенностями, как и десятая ячейка. Одно только различие, что с
другой стороны перед ними дежурят контроллеры других устройств
компьютера: принтера, жёсткого диска, дисковода, звукового
вывода информации и т.п.
Предположим, например, что ячейка номер 5 напрямую связывает
вас с контроллером клавиатуры, и вы, работая по своей программе,
то и дело заглядываете в неё, проверяя, нет ли там чего-то
новенького. Когда пользователь нажимает какую-то клавишу,
контроллер клавиатуры помещает в пятую ячейку со своей стороны
код этой клавиши , и вы, заметив это, сразу перебрасываете его
куда-то дальше. Это будет либо добавление к вашей программе,
либо какие-то новые данные. Возможно, что через несколько шагов
вашей программы, эти данные будут попадать через десятую ячейку
к Васе, а затем от него на экран монитора.
За рассмотренный нами промежуток времени вашей работы в
должности процессора, вы выполнили всего несколько команд, но,
при этом, вам пришлось прилично поноситься взад-вперёд вдоль
пронумерованных ящичков камеры хранения. А если бы вы ещё смогли
представить себе, с какой скоростью вы носились! Если бы вас
увидел при исполнении самый выдающийся за все времена
представитель восточных единоборств, он бы понял, что зря
потратил тьму времени на тренировки, что вас ему не одолеть
никогда. Однако, он бы вас не смог бы увидеть, поскольку
перемещения с такой скоростью человеческим глазом просто не
фиксировались бы.
Может кто-то подумал, что настоящий микропроцессор в самом
деле носится с бешенной скоростью по материнской плате вдоль
ячеек памяти? Но это не так. Он сидит себе на своём рабочем
месте, протянув свои многочисленные конечности к электрическим
контактам памяти и контроллерам устройств. И когда
микропроцессору нужно прочитать содержимое какой-то ячейки
памяти, он на одни контакты подаёт адрес этой ячейки, а с других
считывает её содержимое. Всё выполняется, разумеется, в двоичной
системе счисления. Примерно так же осуществляется и запись в
ячейку. Таким образом, чтобы нашу модель сделать ближе к
реальности, вам не нужно вообще перемещаться в пространстве.
Сидите себе за столом перед вентилятором и вышеупомянутыми
ячейками, сообщаете только адреса нужных ячеек, и они сами
подкатывают к вам, ппредоставляя в ваше распоряжение своё нутро.
Всё это тоже происходит с молниеносной скоростью, и для того,
чтобы у вас не случались умопомрачения от перегрева, и нужен
вентилятор.
Вот вы немного побывали в шкуре микропроцессора. Как видите,
в этом нет ничего увлекательного. Команды программы до предела
примитивные. Вы конечно познакомились не со всеми, но остальные
ничуть не интереснее. Даже мало верится, что при помощи таких
простых команд можно делать то, что способны совершать в
настоящее время компьютеры, но на самом деле всё очень похоже на
нашу модель. Есть некоторые отличия, связанные с адресацией.
Ведь ячеек в памяти компьютера гораздо больше, чемв нашей
модели. Здесь одной, и даже двух, ячеек для записи адреса бывает
не достаточно. Ещё автор не ручается, что в отдаче
проиллюстрированных команд у нашей модели и у настоящего
компьютера присутствует буквальное сходство. Однако, основные
принципы работы микропроцессора наша модель всё-таки передаёт.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Что из себя представляет программа, по которой работает
микропроцессор компьютера? Где эта программа должна находиться
при её выполнении?
2. В каком виде записываются команды процессора?
3. Может ли программа, по которой работает микропроцессор,
изменяться в процессе её выполнения?
5.3.Что такое операционная система?
Компьютерные технологии в настоящее время способны
справляться с огромным количеством различных задач, которые
ранее решали сами люди, или которые были вообще человеку не под
силу. Задачи эти очень разнообразны и по своей направленности, и
по способам реализации. Компьютеру для их решения конечно нужны
программы, ведь, как мы помним, без программ он не может делать
ничего. Совершенно невозможно, да и не нужно создавать одну
большую программу, способную выполнять всё, что подвластно
компьютеру. Для решения разных задач разрабатываются отдельные
программы, которые запускаются тогда, когда это нужно. Они
называются прикладными программами. Один и тот же пользователь
напротяжении дня может использовать десятки различных прикладных
программ.
Мы помним, что для запуска программа должна оказаться в
памяти компьютера в виде, понятном для его микропроцессора, т.е.
в виде упорядоченного набора чисел, заполняющих какие-то ячейки
памяти. Одни из этих чисел являются командами процессора, а
другие относятся к данным. И этого ещё не достаточно: нужно
отдать микропроцессору команду перейти на ячейку с первой
командой запускаемой программы. Программа, как мы помним,
является информацией, и до своего запуска она должна храниться
на каком-нибудь носителе компьютерной информации, например, на
жёстком диске. Возникает вопрос: каким образом прикладная
программа с диска попадает в память и захватывает управление
компьютером? Вряд ли это способен сделать пользователь,
"перегружая" информацию байт за байтом с диска в память. Значит
это делает сам компьютер. Но ведь компьютер без программы не
может делать ничего. Значит это должна делать другая программа,
которая к моменту запуска прикладной программы уже находится в
памяти и управляет компьютером. Она и занимается запуском
прикладной программы, перемещая её в память и передавая ей
управление. Кроме того, когда запущенная программа завершит свою
работу, желательно управление у неё забрать обратно и освободить
занимаемую ею часть памяти, чтобы можно было запускать следующую
прикладную программу. Этим всем и занимается программа, а
точнее, комплекс программ под названием операционная система.
С детства мы знаем, что рыбы для жизни должны находиться в
воде. Они конечно могут находиться и в каком-то другом месте,
например, на сковородке, но жить там они не могут. При чём
морские рыбы не могут полноценно жить в пресной воде, а
пресноводные - в морской. Такова их среда обитания. Мы знаем
также, что птицы не могут летать без воздуха. Если даже убрать
вопрос о необходимости дыхания, скажем, одеть орлу что-то вроде
птичьего акваланга, и отпустить его в помещении без воздуха, он
не взлетит ни на метр. Воздух - это среда обитания птиц. Своя
среда обитания есть у растений, у животных и у человека.
Средой обитания прикладных программ является операционная
система. Без неё прикладная программа мертва. Она не имеет
никакой связи с процессором и не может заставить его даже к
одному прибавить один.Прикладные программы всегда
разрабатываются под конкретную операционную систему и, как
правило, в других операционных системах не работают.
Операционная система умеет интерпретировать предназначеные для
работы в ней программы, т.е. выражать их в виде, понятном для
микропроцессора.
Некоторые программы, завершив свою работу, не выгружаются из
памяти, а остаются там до поры до времени. В операционной
системе DOS они называются резидентными программами. Находясь в
памяти, они большую часть времени в управлении компьютером не
участвуют, но постоянно следят не произошло ли какое-то
известное им событие. Когда это событие происходит, резидентная
программа на время захватывает управление, выполняет
соответствующие событию действия и отправляет микропроцессор на
ту ячейку памяти, на которой она завладела его вниманием. В
качестве примера такой программы рассмотрим программу,
переключающую режимы работы клавиатуры. Предположим, что в одном
режиме при нажатии клавишь вводятся английские буквы, в другом -
русские, а в третьем - украинские. Эта программа ничего не
делает, пока пользователь не нажмёт определённую комбинацию
клавишь, предназначенную для переключения режима. Когда же это
событие произойдёт, программа захватит управление, заменит в
определённом месте памяти таблицу соответствий между клавишами и
кодами символов, возможно, вызовет соответствующий этому
изменению звуковой сигнал и отдаст управление.
В течение всего времени работы компьютера операционная
система занимается управлением памятью. Она выделяет прикладным
программам соответствующее пространство в памяти для размещения
самих этих программ и для их работы с данными.
Не нужно думать, что деятельность операционной системы
ограничивается одним только запуском прикладных программ. Нет,
она ещё и постоянно участвует в их работе. Поместив прикладную
программу в память в виде, понятном для микропроцессора и
передав ей управление, операционная система сама из памяти
полностью не выгружается, а на время работы прикладной программы
оставляет там свою часть и составляет с этой программой и
резидентными программами единую цельную программу, понятную для
микропроцессора. Если прикладная программа в процессе своей
работы захочет обменяться информацией с какими-то устройствами
компьютера, то она это делает через операционную систему или
резидентные программы. Поэтому программе не нужно вникать в
специфику общения с устройствами, что сокращает её размеры и
облегчает работу программистам. Именно операционная система
организует функционирование файловой системы, т.е. разбиение
компьютерной информации на разделы: диски, каталоги, файлы.
Программе достаточно указать имя файла с путём и дать команду
операционной системе записать в него определённую информацию, а
та уже будет сама обращаться к диску, находить дескриптор
нужного файла, заглядывать в FAT-таблицу, и заполнять свободные
кластеры указанной информацией. То же происходит, когда
программа считывает информацию из файла.
Кроме обеспечивания связи прикладных программ с различными
устройствами компьютера, операционная система иногда играет роль
полицейского. Она внимательно следит за тем, чтобы прикладные
программы не превышали предоставленных им полномочий и не
пытались самостоятельно делать то, что надлежит делать только
через неё. Ещё операционная система не должна допускать
несанкционированных проникновений к компьютерной информации с
других компьютеров через интернет, или через локальную сеть, или
посредством других коммуникационных соединений. Однако, это ей,
к сожалению, удаётся не всегда.
Теперь поговорим о некоторых конкретных операционных
системах. Это будут упоминаемые ранее DOS и WINDOWS. Мы больше
уделим внимания первой из них, но все эти сведения будут весьма
полезны для глубокого изучения второй. Есть несколько версий
этих операционных систем. Поэтому при упоминании о WINDOWS мы
будем подразумевать операционные системы WINDOWS-95 и
WINDOWS-98. Между прочим, если в названиях программ всё
совпадает кроме одного-двух символов, то их принято объединять
под одним названием, заменяя эти символы переменной X. Таким
образом, мы будем говорить об операционных системах WINDOWS-9X.
Здесь буква X заменяет пятёрку и восьмёрку в числах 95 и 98.
Операционная система DOS состоит из пяти компонентов: это
программа-загрузчик, ядро операционной системы, хранящееся в
файле MSDOS.SYS, BIOS операционной системы, размещённый в файле
IO.SYS, командный процессор COMMAND.COM и комплекс стандартных
программ, входящих в досовский комплект. О этих программах мы
поговорим чуть позже, а сейчас охарактеризуем первые четыре
части.
Программа-загрузчик - это коротенькая программка, которая
находится не в файле, поскольку в момент её работы файловой
системы ещё нет. Она находится в загрузочном секторе диска, с
которого осуществляется загрузка системы. Мы помним, что
загрузочный сектор - это первый сектор нулевой дорожки диска.
Такая программа есть далеко не навсех дисках, а только на
системных - тех, на которых есть операционная система и с
которого осуществляется загрузка компьютера. В корневом каталоге
этого же диска, в первых кластерах его области данных, находятся
файлы MSDOS.SYS, IO.SYS И COMMAND.COM. После загрузки содержимое
этих файлов оказывается в памяти и управление переходит к
программе COMMAND.COM.
Мы не будем здесь особо глубоко вникать в описание функций
ядра и BIOSа. Отметим, что BIOS - это сокращение четырёх
английских слов "Basic input output system", что по-русски
означает: "Основная система ввода-вывода". Не следует BIOS
операционной системы путать с BIOS ПЗУ, о котором мы поговорим
позднее. прикладные программы обращаются к ядру, а оно, когда
считает это возможным, задействует силы BIOS, посредством
которых осуществляется связь с устройствами ввода-вывода. Ещё
отметим, что именно ядро определяет работу файловой системы, а в
недрах BIOSа скрывается тайна работы загадочных то ли файлов, то
ли устройств с именами PRN, LPT1, AUX, CON и т.д.
Кроме упомянутых выше файлов, в загрузке компьютера
участвуют ещё два файла-программы. Это CONFIG.SYS и
AUTOEXEC.BAT. Обе эти программы обеспечивают запуск целого ряда
других программ, одни из которых остаются в памяти резидентными,
а другие, отработав, из памяти выгружаются.
Уделим немного внимания командному процессору COMMAND.COM.
Может вы и удивитесь, но с определённой сферой его деятельности
вы уже хорошо знакомы по предыдущей главе. Он по своей природе
является программой, т.е. относится к софту, а не к харду, но,
при этом, он и в самом деле является процессором. Он управляет
процессом отдачи команд DOS и запуска прикладных программ. Он
даже может работать по заранее составленным программам,
предусматривающим последовательное выполнение подобных действий.
Командный процессор COMMAND.COM состоит из трёх частей, и в
разное время разные из них присутствуют в памяти. Первая часть -
резидентная. Она в памяти находится всегда. Вторая отвечает за
выполнение хорошо нам известных команд DOS. Когда такая команда
поступает, эта часть командного процессора загружается в память,
выполняет команду и выгружается. Третья часть отвечает за запуск
прикладных программ. Когда поступает команда запустить какую-то
из них, эта часть командного процессора находит файл с нужной
программой, загружает её в память, предварительно согласовав с
ядром, в какую именно её часть. Затем командный процессор
выгружает эту свою часть из памяти, оставляя лишь резидентную
часть, и передаёт управление запущенной программе. Когда та
закончит работу, резидентная часть командного процессора
перехватывает управление и загружает свою третью часть. Кстати,
именно COMMAND.COM, а точнее третья его часть, обеспечивает
работу досовского окна (см. гл. 4).
Как видите, работа у командного процессора COMMAND.COM
гораздо интеллектуальнее, чем у микропроцессора компьютера.
Командный процессор передаёт микропроцессору программу и
заставляет его по ней работать. Однако, несмотря на свою власть
над микропроцессором, командный процессор тоже особа
подневольная. Во-первых, он зависит от пользователя, который
даёт ему задание. Во-вторых, он подчинён ядру операционной
системы, которое может не разрешить запустить программу,
например, из-за её большого размера. Тогда командный процессор
не подчинится даже пользователю.
Пользователь может передать роль командного процессора
другой программе, работа которой в каких-то деталях будет
отличаться от COMMAND.COM. Это можно сделать как в процессе
загрузки компьютера, так и уже во время работы, при помощи
специальной команды DOS, которую в гл. 4 мы не рассматривали.
В операционных системах WINDOWS-9X присутствуют те же файлы,
о которых мы говорили выше. И начало загрузки осуществляется
точно так же. Однако, и ядро, и BIOS здесь объединяются в файле
IO.SYS, а файл MSDOS.SYS хоть и присутствует, но играет уже
несколько другую роль. Он является текстовым и в нём содержатся
параметры, связанные с дальнейшей загрузкой. Оба этих файла, как
и в операционной системе DOS, имеют составной атрибут ReadOnly +
Hidden + SysFile = 7. Поэтому для изменения текстового файла
MSDOS.SYS нужно предварительно эти атрибуты снять.
В нормальной ситуации загрузка операционной системы
WINDOWS-9X не завершается передачей управления командному
процессору COMMAND.COM и отработкой программы AUTOEXEC.BAT.
Дальше начинает загружаться защищённый графический режим. По
сути, всё, что загружается дальше - это и есть то, что отличает
соответствующую версию WINDOWS от DOS. В чём же заключаются эти
различия?
1. Графическая природа и большая самостоятельность. Любая из
версий операционной системы WINDOWS является графической. У
пользователя в руках оказываются очень наглядные и простые
инструменты для выполнения операций с файловой системой и для
запуска прикладных программ. Ему для этого не нужно даже иметь
больших знаний. Читать, правда, он должен уметь, хотя бы по
слогам. Ведь почти всё, что ему разрешено в данный момент,
отражено надписями на экране монитора с использованием цветовых
эффектов. Достаточно только подвести курсор манипулятора мышь к
нужному месту экрана и щёлкнуть кнопкой на самой мыши. Примерно
так же осуществляется связь пользователя с прикладными
программами, работающими в среде WINDOWS. Это, конечно, не
означает, что при работе в этой операционной системе
пользователю не нужны ни какие знания и навыки. Для полноценной
работы с некоторыми программами, приходится зачастую изучать
толстые тома руководств пользователя. Но это касается самих
программ, а не вопросов их запуска и работы операционной системы
и компьютера. Об этих вещах пользователь WINDOWS может вообще не
иметь ни малейшего представления, и, при этом, часами напролёт
выполнять на компьютере какие-то действия. многие вопросы
WINDOWS решает самостоятельно, не советуясь с пользователем.
Даже опытные программисты не всегда могут наверняка сказать,
какую именно программу запустила в данный момент операционная
система. Пользователю DOS, который имеет достаточно знаний и
навыков, контролировать ситуацию во время работы компьютера
гораздо проще.
2. Использование расширенной памяти. Операционная система
DOS весьма ограничена в возможностях использования оперативной
памяти. Она нормально справляется с памятью до одного мегабайта.
Память, расположенная за пределами этого мегабайта называется
расширенной (по-английски extended memory). Только отдельные
досовские программы способны пользоваться этой памятью, а
остальные имеют в своём распоряжении лишь часть памяти,
находящейся в пределах этого мегабайта. Часть этой памяти
резервируется операционной системой и используется в её
внутренних целях. В самой простой ситуации в распоряжении
прикладных программ остаётся 640 килобайт памяти. Это
пространство называется обычной памятью. Какую-то её часть
занимают резидентные программы, и для запускаемой прикладной
программы пространства остаётся ещё меньше. Это серьёзно
ограничивает досовские программы в размерах. Есть, правда,
возможность при помощи специальных программ установить так
называемую верхнюю память. Это часть оставшейся памяти в
пределах того же мегабайта. Её размер зависит от аппаратных
возможностей компьютера. Он может равняться 150 килобайт, а
может и 80. В эту память можно загружать резидентные программы,
освобождая таким образом основную память для запускаемых
прикладных программ. Однако, это хоть и значительно улучшает
ситуацию, но ограничений на размер досовской программы не
снимает.
Операционная система WINDOWS может полноценно использовать
расширенную память, сколько бы её ни было. И если даже
оперативной памяти для работы какой-то прикладной программы не
хватает, операционная система создаёт на диске специальный файл
подкачки, который работает как расширение оперативной памяти.
Поэтому программы, предназначенные для работы в среде WINDOWS,
фактически не ограничиваются в размерах, что существенно
увеличивает их возможности.
3. Многозадачность. Операционная система DOS является
однозадачной. Это означает, что когда управление передаётся
какой-то программе, микропроцессор занимается исключительно ею,
пока она не выполнит надлежащие действия и не отдаст управление
другой программе. Не смотря на то, что в памяти может находиться
несколько резидентных и одна запущенная программа, управление
всегда находится только у одной из них.
Любая из версий операционной системы WINDOWS является
многозадачной. Это значит, что микропроцессор имеет перед собой
несколько программ и одновременно занимается их выполнением.
Слово "одновременно" здесь нельзя понимать буквально. В
конкретное мгновение времени микропроцессор может заниматься
выполнением только одной своей команды. Но здесь микропроцессор
имеет перед собой несколько потоков информации, каждый из
которых является отдельной программой. Микропроцессор выступает
в данном случае чем-то вроде гроссмейстера, ведущего сеанс
одновременной игры: походил на одной доске и перешёл к
следующей. Микропроцессор выполняет команду из одного потока и
переходит к соответствующей команде другого. Слово "windows" в
переводе с английского означает "окна". Внешне размежевание
между работающими программами осуществляется с помощью так
называемых окон - специальных вместилищ для запуска и работы
прикладных программ. Каждая из них запускается и работает в
одтельном окне. Пользователь, переходя из одного окна в другое,
может поочерёдно работать с разными программами, раздавая им
задание. Кто-то может подумать, что нет разницы выполнить ли
одну программу, а потом вторую, а потом третью или выполнить эти
же три программы так:часть одной, а потом часть второй, а потом
часть третьей, а потом опять часть первой и т.д. Однако,
последний вариант может занять значительно меньше времени, чем
первый. Ведь микропроцессор, выполняя одну программу, часто
работает вхолостую, ожидая либо заданий пользователя, либо
завершения работы каких-то внешних устройств, которым давалось
задание согласно этой программе. А тут микропроцессор может
заняться выполнением других программ. Это точно так же, как
вышеупомянутый гроссмейстер не ждёт, пока один из его соперников
будет делать ответный ход, а переходит ко второму. А ещё бывает
ситуация, когда пользователь, работает с одной программой и
хочет иметь возможность, не закрывая её, время от времени
обращаться к другим программам. В этом случае многозадачность
очень удобна.
Нельзя сказать, что при одновременной работе нескольких
программ никогда не возникает проблем. Бывает, что две программы
начинают обращаться к одному и тому же устройству, например, к
принтеру. Он же не является многозадачным и работать с одной из
программ откажется. Ещё если программы требуют для работы очень
много памяти, то вряд ли они смогут работать в одно и то же
время.
Конечно, этими тремя моментами отличия между операционными
системами DOS и WINDOWS-9X не исчерпываются. Можно было бы ещё
вспомнить, что WINDOWS имеет возможность давать файлам и
каталогам длинные имена, что DOS, работая с большими магнитными
дисками, видит только 2 гигабайта, и т.д. Однако, уже из всего
перечисленного видно, что WINDOWS имеет гораздо больше
возможностей.
Теперь сделаю небольшое лирическое отступление. Поскольку
это пособие предназначается в первую очередь для лиц с
проблемами зрения, то я хочу обратиться сейчас именно к таким
читателям. Выскажу своё личное мнение по вопросу использования
незрячими той или иной операционной системы. Сразу отмечу, что
слабовидящих, тех, кто может пользоваться экраном, это не
касается.
Так вот, для незрячих пользователей операционная система DOS
является значительно комфортнее, чем WINDOWS. Конечно, наличие
специальных говорящих программ даёт возможность приспособиться и
к неуютной среде графической операционной системы. Некоторые
незрячие пользователи даже достигли здесь немалых успехов и
работают довольно быстро. Однако, DOS позволяет незрячему
выполнять многие операции значительно быстрее и легче. К этим
операциям я отношу следующие действия: работа с файловой
системой (копирование/, удаление, перемещение), чтение книг,
составление простых текстов (без рисунков и громоздких формул,
распечатка их на принтере, работа с электронной почтой,
прослушивание музыкальных файлов в MP3-формате. Есть даже
возможность прослушивать видеофильмы.
Мне жалко тех начинающих незрячих пользователей, которых
сразу помещают во враждебную среду, не знакомя с возможностями
более удобного выполнения очень многих действий. Не думаю, что
мало-мальски научившись работать в этой среде, они смогут
достичь большого совершенства.
К тому же, низкое материальное состояние может не позволить
незрячему приобрести современный компьютер, а за почти
символическую сумму сейчас можно купить компьютер, на котором не
будет работать WINDOWS, но с помощью DOS можно справляться с
очень многими задачами, которые без компьютера незрячему были не
под силу.
Я не утверждаю, что нужно избрать DOS вместо WINDOWS. Есть
целый ряд задач
...Закладка в соц.сетях
