Жанр: Учеба
Программно-аппаратная организация компьютера IBM PC
...юстрации рассмотрим работу команды COPY в ДОС. Предположим, что мы
используем ее для копирования с одной дискеты на другую. Вам может
показаться, что это не очень сложная процедура. Рассмотрим, однако, лишь
некоторые действия, которые должна выполнить операционная система:
- Проверить, имеется ли на исходной дискете файл с указанным именем.
- Проверить, должно ли копирование выполняться не в файл на дискете,
а на какое-нибудь устройство (например, на устройство печати).
- Проверить, нет ли файла с таким именем на целевой дискете.
- Проверить, достаточно ли места на целевой дискете для размещения
файла (учитывая все свободное место на дискете, а, если копия файла уже
есть на дискете, то еще и место, которое она занимает).
- Если на целевой дискете должен создаваться новый файл, то
необходимо проверить, имеется ли свободное место в справочнике или он уже
заполнен.
- Установить формат исходной дискеты: односторонний или
двухсторонний?
- Установить формат целевой дискеты: односторонний или двухсторонний?
- Проверить, не копируется ли файл сам в себя (что запрещено).
- Проверить наличие в системе двух дисководов, поскольку для систем с
одним дисководом необходимо имитировать диск В.
- Проверить, необходимо ли вычислять размер исходного файла по его
размеру, указанному в справочнике, или он будет определяться маркером
конца файла (как для текстовых файлов в коде ASCII).
- Проверить, находится ли таблица размещения файлов для исходной
дискеты в оперативной памяти.
- Проверить, находится ли таблица размещения файлов для целевой
дискеты в оперативной памяти.
- Проверить корректность размещения исходного файла на дискете по
соответствующей таблице размещения файлов.
- Проверить, совпадает ли размер файла, указаный в справочнике, с
действительным размером.
- Установить, какой обьем памяти можно использовать в качестве буфера
при перезаписи файла.
- Проверить, больше или меньше 64К размер буфера.
- Нужно ли удалять из памяти интерпретатор команд, чтобы увеличить
размер буфера?
Вы еще не устали от этого перечисления? А ведь это еще только начало!
Пока что рассмотрен только логический уровень задачи. Ниже приводится
физический уровень, причем при его изменении опущено значительно больше
подробностей:
- Запущен ли двигатель дисковода?
- Выведена ли головка чтения/записи на нужную дорожку?
- Сколько секторов данных нужно считать/записать на этой дорожке?
- Готов ли дисковод к выполнению команды?
- Работает ли дискета? Не требуется ли перезапуск, повторная попытка
выполнения операции или повторное позиционирование головки?
- Если уже выполнялась повторная попытка, достаточно ли было сделано
попыток, чтобы выдать запрос о дальнейших действиях?
- Каким был ответ на запрос? Повторить, игнорировать или аварийно
завершить работу?
- Ожидание готовности дисковода?
- Операция чтения/записи/поиска завершилась успешно?
- Целевая дискета защищена от записи?
Все описанное выше является лишь приблизительным перечислением
подробностей операции копирования файла. А это еще относительно простая
операция ДОС. Кстати, приведенное разделение на логический и физический
уровни очень важно для работы операционной системы.
Основная забота операционной системы, такой как ДОС, заключается в
том, чтобы скрыть от пользователя эти ненужные ему подробности.
Значительная часть функций операционной системы заключается в обслуживании
устройств ввода/вывода.
Помимо физического уровня обслуживания ДОС обеспечивает и услуги
более высокого уровня, такие как поиск в справочниках, копирование файлов
и загрузку программ.
Один из путей достижения эффективности операционных систем - это
модульность их разработки. Операционная система упрощается и становится
более эффективной, если ее разработчики разделят все ее функции на
отдельные части. Затем эти части должны быть организованы в тщательно
спланированную иерархическую систему, в которой каждый уровень иерархии
выполняет присущие ему функции, освобождая уровни, находящиеся выше по
иерархии, от их выполнения (и, в свою очередь, не занимаясь деталями
функций, присущих нижним уровням). Теперь мы перейдем к рассмотрению
отдельных частей ДОС.
4.2. Шесть основных модулей ДОС
Всю систему можно разделить на шесть основных частей, функции каждой
из которых мы кратко рассмотрим в этом разделе. Первая часть - это система
BIOS в ПЗУ. Это система поставляется вместе с IBM/PC и может
использоваться любой операционной системой. Функция BIOS в ПЗУ заключается
в обслуживании основных и наиболее фундаментальных операций компьютера.
Поскольку система BIOS в ПЗУ для IBM/PC является "встроенной" в компьютер,
она является не только составной частью ДОС, но и составной частью любой
операционной системы IBM/PС.
Еще одна часть - "загрузочная запись" дискеты. Загрузочная запись
- это очень короткая и простая программа, находящаяся в первом секторе
каждой дискеты. Функция этой программы заключается в запуске процесса
загрузки операционной системы после включения компьютера или перезапуска
(нажатия клавиш CTRL-Alt-Del). Загрузочная запись считывает еще два модуля
операционной системы в память и они завершают процесс загрузки ДОС.
Следующие две части ДОС представляют собой дисковые файлы IBMBIO.COM
и IBMDOS.COM. Обе эти части загружаются в память загрузочной записью и
остаются в памяти во время работы ДОС, так что провести между ними
различие довольно трудно. Файл IBMBIO.COM представляет собой изменяемое
дополнение к системе BIOS в ПЗУ. Начиная с версии 2.00 файл IBMBIO.COM
может дополняться другими частями, называемыми независимыми драйверами
устройств, которые мы подробнее рассмотрим несколько позже. Система BIOS в
ПЗУ, IBMBIO.COM и драйверы устройств, вместе взятые образуют "физический"
уровень операционной системы.
Файл IBMDOS.COM реализует основные услуги ДОС. Это "логический"
уровень ввода/вывода операционной системы.
Оба эти файла являются "скрытыми" системными файлами (о которых
подробнее будет сказано в главе 5). Имена этих файлов не включаются в
оглавление диска, вызываемое по команде DIR. Команда CHKDSK (для ДОС
версии 1.10 и последующих) укажет, что эти файлы находятся на дискете, но
не сообщит их имена. Если Вы воспользуетесь процедурой DiskLook для
просмотра содержимого дискеты, то оба имени, IBMBIO.COM и IBMDOS.COM,
будут присутствовать в списке и их можно просматривать так же, как все
остальные файлы. Одна из функций IBMBIO.COM заключается в загрузке еще
одного модуля операционной системы.
Пятая часть - это дисковый файл COMMAND.COM. Главная функция
COMMAND.COM заключается в обработке команд, вводимых пользователем.
Команды ДОС, считающиеся внутренними, такие как TYPE, COPY и DIR
фактически реализуются программами COMMAND.COM. Собственно COMMAND.COM
разделяется на две части: одна становится частью IBMDOS.COM, а вторая -
процессором дополнительных команд. Более подробно об этом сказано в
разделе 4.7.
Шестая и последняя часть ДОС состоит из всех внешних команд, таких
как FORMAT и DISKCOPY. Функции этих команд различны и реализующие их
программы загружаются в память только в случае необходимости. В отличие от
остальных пяти частей ДОС, все эти дополнительные программы не являются
интегральной составляющей ДОС, хотя они и поставляются вместе с ней.
Некоторые из этих дополнительных программ, например, FORMAT, настолько
важны, что обойтись без них практически невозможно.
Внешние команды являются нерезидентными частями ДОС, поскольку они не
находятся в памяти постоянно. Файлы IBMBIO.COM, IBMDOS.COM и драйверы
устройств находятся в памяти постоянно и образуют резидентную часть ДОС.
Файл COMMAND.COM можно выделить в отдельную категорию как полу-резидентную
составляющую ДОС, о чем речь пойдет ниже. Загрузочная запись используется
только временно и поэтому не является резидентной частью ДОС. В следующих
шести разделах мы более подробно рассмотрим каждую из частей ДОС.
4.3. Система BIOS в ПЗУ
Первая часть в ДОС - это BIOS в ПЗУ или базовая система ввода/вывода,
размещающаяся в постоянной памяти. Эта система обеспечивает наиболее
простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с
осуществлением ввода/вывода.
Система BIOS располагается в ПЗУ начиная с адреса FE00 и до FFFF,
сразу же после интерпретатора БЕЙСИКа. Распределение памяти, приведенное в
главе 3, показывает и размещение системы BIOS.
Поскольку BIOS в ПЗУ является частью IBM/PC, она может изменяться
только в том случае, когда изменениям подвергается аппаратная реализация
системы. В качестве составной части IBM/PC, система BIOS в ПЗУ является не
просто одной из частей ДОС, но частью любой операционной системы IBM/PC.
Система BIOS в ПЗУ состоит из нескольких частей, большинство из
которых представляет собой программы (остальные - это важные таблицы
данных, которые мы рассмотрим в последующих главах). Программа системы
BIOS, которая выполняется первой, представляет собой тест
функционирования.
Эта программа поверяет память и внешние устройства, подключенные к
IBM/PC, как только будет включено питание компьютера. Работа этой
программы определяет ту задержку, которая имеет место между включением
питания и загрузкой операционной системы. Чем больший объем памяти
подключен к Вашему компьютеру, тем дольше выполняется тест, поскольку
наиболее длительной процедурой является процедура поверки памяти.
Следующая часть BIOS, которая должна выполняться как программа
запуска операционной системы, - это программа вызова загрузчика
операционной системы. Эта программа проверяет, подключен ли дисковод с
гибкими дисками и считывает с дискеты "загрузочную запись". После
считывания загрузочной записи программа запуска передает ей управление,
чтобы она считала оставшиеся части операционной системы.
Если в системе нет дисковода или при считывании загрузочной записи
произошла ошибка, то программа запуска BIOS передает управление кассетной
системе БЕЙСИК. Если Вы включите IBM/PC, не установив дискету в дисковод,
то Вы увидите, что начала работу программа кассетной системы БЕЙСИКа.
Помимо двух уже описанных частей - автономного теста функционирования
и программы запуска, система BIOS в ПЗУ содержит множество других программ
и они-то представляют для нас наибольший интерес. Сюда входят программы
обслуживания всего стандартного периферийного оборудования IBM/PC. Эти
программы выполняют основные функции управления клавиатурой, дисплеем,
дискетами, асинхронным адаптером связи, устройством печати и кассетным
интерфейсом. Работой с этими программами нам необходимо овладеть, чтобы
полностью использовать все возможности IBM/PC. Подробно мы рассмотрим их в
главах с 6 по 11.
4.4. Начальная загрузка - загрузочная запись
Загрузочная запись необходима для запуска ДОС. Принцип использования
загрузочной записи реализован практически на всех компьютерах. Загрузочная
запись содержит минимум необходимых команд для считывания и запуска
основных частей операционной системы.
При запуске IBM/PC либо включением питания, либо нажатием клавиш
Ctrl-Alt-Del, процедура запуска системы BIOS в ПЗУ считывает первую запись
дискеты, установленной в дисковод А и помещает ее в стандартную область
памяти, по адресу 31744 или 7С00 (шестнадцатиричное). После считывания
загрузочной записи BIOS передает ей управление, выполняя переход по адресу
31744. Далее загрузочная запись должна продолжить загрузку операционной
системы.
Основное назначение загрузочной записи для ДОС заключается просто в
загрузке файлов IBMBIO.COM и IBMDOS.COM. Загрузочная запись имеет размер
стандартного сектора на дискете, 512 байт, что недостаточно для сложной
программы. Для упрощения работы этой программы, оба файла, IBMBIO.COM и
IBMDOS.COM, размещаются в определенных постоянных местах на дискете. Это
избавляет программу загрузки от необходимости искать их в справочнике
дискеты.
Этим, кстати, "системная" дискета отличается от обычной - на ней, в
определенных местах, находятся два системных файла IBMDOS.COM и
IBMBIO.COM. Поэтому нельзя просто преобразовать обычную дискету в
системную - места, зарезервированные для системных файлов, могут быть
заняты другими файлами.
Хотя загрузочная программа не столь совершенна, чтобы осуществлять
поиск системных файлов, она все же способна проверить правильность их
включения в справочник. Поскольку оба системных файла включены в
справочник дискеты, они защищены как от стирания, так и от любых других
способов доступа установлением атрибутов скрытого и системного файла. (В
следующей главе мы поясним, что такое скрытые и системные файлы).
В связи с простотой ее задачи, программа загрузки является
относительно стабильной составной частью ДОС. Ее потребовалось изменить,
когда изменялся размер или местоположение системных файлов, а это
произошло с введением поддержки двухсторонних дискет в версии ДОС 1.10.
Вы можете обнаружить различия в загрузочных записях ДОС различных
версий. (Загрузочную запись легко просмотреть с помощью моей утилиты
DiskLook: запустите DiskLook, нажмите клавишу F7 и введите адрес
загрузочной записи на дискете: сторона 0, дорожка 00 и сектор 1, после
чего нажмите клавишу F6 - на экране будет отображена загрузочная запись).
Загрузочная запись ДОС версии 1.00 имеет одно незначительное отличие
от всех остальных версий, которое легко заметить.Вместо имени Роберта
О'Рира в исходной версии ДОС, во всех последующих версиях указывается
название фирмы "Майкрософт".
4.5. Дополнительные операции с устройствами: IBMBIO.COM
Первый из двух системных файлов, IBMBIO.COM, предназначен для
дополнения функций системы BIOS в ПЗУ. Как BIOS в ПЗУ, так и IBMBIO.COM
занимаются обслуживанием операций ввода/вывода или обслуживанием
устройств, что то же самое. Такая функция предполагает обработку различных
подробностей, связанных с функционированием устройств ввода/вывода. Сюда
же включается обнаружение ошибок и их исправление, что для программ еще
сложнее.
Программы IBMBIO.COM отличаются тем, что их легко можно изменить,
чего нельзя сказать о программах BIOS в ПЗУ. Файл IBMBIO.COM предназначен
для решения трех задач, которые невозможно решить с помощью системы BIOS в
ПЗУ. Первая задача заключается в настройке на нужды конкретной
операционной системы, ДОС. Любая операционная система, включая СР/М-86 и
р-систему Калифорнийского университета в Сан-Диего, может использовать
универсальную систему BIOS в ПЗУ, но в той части, в которой системы
различаются, они должны реализовывать собственные фрагменты системы
ввода/вывода.
Вторая задача IBMBIO.COM заключается в исправлении любых ошибок в
BIOS в ПЗУ, если в этом возникнет необходимость. Программы, подобные
системе BIOS, проверяются очень тщательно, ведь их размещение в ПЗУ не
допускает исправлений. Если ошибки все же будут позднее обнаружены в BIOS,
их можно будет исправить путем внесения соответствующих изменений в
IBMBIO.COM. Это делается путем изменения векторов прерываний таким
образом, чтобы управление при обращении к операциям BIOS сначала попадало
в IBMBIO.COM, а уже затем в BIOS. Соглашения о вызовах процедур системы
BIOS в ПЗУ всегда предполагает использование прерываний, вместо прямых
переходов по адресам ПЗУ. Основная причина использования прерываний как
раз и состоит в обеспечении возможностей перехвата управления у процедур
BIOS, ведь, в противном случае, такой возможности просто не существовало
бы. В главе 7, когда будет рассматриваться программа управления дискетами,
известная под названием "Disk base", Вы увидите одно из таких изменений,
частично подменяющее функции системы BIOS в ПЗУ.
Третья задача, которую не позволяет решить BIOS, и, которую за нее
решает IBMBIO.COM, заключается в обслуживании новых периферийных
устройств, таких как жесткие диски большой емкости, или восьмидюймовые
(203мм) дискеты, или плоттеры, или любые из сотен устройств, которые могут
быть подключены к IBM/PC. Когда новое устройство ввода/вывода подключается
к IBM/PC, обслуживающая его программа должна включаться в файл IBMBIO.COM
или его расширения, без необходимости замены микросхем ПЗУ, в которых
размещается система BIOS.
В наиболее ранних версиях ДОС задача включения нового устройства в
систему предполагала внесение изменений в IBMBIO.COM и, возможно, в другие
системные программы ДОС. Хотя это не слишком сложно для таких фирм как
"ИБМ" или "Майкрософт", такая задача может оказаться непосильной для
пользователя, которому требуется включить дополнительное оборудование в
свою систему.
Поскольку возможность добавления новых устройств к компьютеру
составляет немаловажное условие его успеха на рынке, процедура включения
обслуживающих программ в ДОС была упрощена, начиная с ДОС версии 2.00.
Когда управление впервые после запуска системы передается IBMBIO.COM, он
проверяет, находится ли на дискете файл конфигурации системы. Если файл
конфигурации найден, считываются его команды, часть которых определяет ряд
параметров системы.
Команды файла конфигурации включают имена всех программ обслуживания
устройств, которые необходимо включить в BIOS. Каждая из этих программ
загружается в память как дополнение к IBMBIO.COM. Такая схема облегчает
добавление новых устройств, позволяет делать это модульно, не затрагивая
системные файлы ДОС.
Как правило, любая программа, работающая на IBM/PC, будет
использовать обычную версию BIOS для ДОС. Однако, в некоторых случаях
программе необходимо бывает особое обслуживание операций ввода/вывода.
Поскольку IBMBIO.COM представляет собой дисковый файл, который можно
изменить, имеет смысл разработать версию IBMBIO.COM, настроенную на Ваши
конкретные нужды. Пример такой настройки Вы можете найти в диагностических
программах.
4.6. Основа ДОС: IBMDOS.COM
Разделение операционной системы на два модуля, IBMBIO.COM и
IBMDOS.COM позволяет разделить те части, которые специфичны для
конкретного компьютера и те, которые являются общими для всех компьютеров,
работающих под управлением ДОС.
Служебные процедуры ДОС, в определенной степени произвольно,
разделены на те, которые вызываются с помощью собственных прерываний, и
те, которые разделяют общее прерывание (номер 33, шестнадцатиричное
значение 21). В терминологии ДОС, первая группа называется прерываниями
ДОС, а вторая - вызовами функций. В обоих случаях для их вызова
используются программные прерывания, причем по той же причине, что и для
вызова программ BIOS: для обеспечения модульности.
Диапазон прерываний от 32 до 63 (шестнадцатиричные значения от 20 до
3F) зарезервированы для использования ДОС. Используется только часть этих
прерываний, а остальные обеспечивают возможность дальнейшего расширения.
Программы обслуживания прерываний ДОС включают чтение и запись секторов
дискеты, доступ к контролю за ошибками ДОС и операциями клавиатуры
Ctrl-Break.
Вызовы функций ДОС обеспечивают, в основном, промежуточный уровень
обслуживания операций ввода/вывода. В качестве примеров можно упомянуть
ввод с клавиатуры, обычный вывод на экран дисплея, ввод/вывод по
асинхронной линии связи и вывод на печать. Предусмотрены также логические
операции для дискет - открытие и закрытие файлов, поиск в справочнике
файлов, удаление и создание файлов, чтение и запись данных. Эти процедуры
обеспечивают практически все элементарные операции, которые могут
потребоваться программе для работы с файлами и данными, хранящимися в
файле, так чтобы программе не приходилось самостоятельно расшифровывать
данные справочников, таблиц размещения файлов и т.п.
Большая часть этих служебных процедур ДОС интенсивно используется
программами более высокого уровня ДОС. Например, процедура поиска в
справочнике используется командами DIR и COPY. Кроме того, она
используется интерпретатором команд для поиска программных файлов. В
разделе 4.9 будет рассмотрен полный список служебных процедур ДОС.
4.7. Файл COMMAND.COM и внутренние команды
Следующая составная часть ДОС, файл COMMAND.COM, одна из наиболее
интересных частей, как с точки зрения тех услуг, которые она предоставляет
пользователю, так и с точки зрения принципов ее функционирования.
COMMAND.COM имеет несколько функций. Прежде всего, это "процессор команд",
что означает возложенные на него функции ввода команды, набираемой на
клавиатуре, и определения дальнейших действий.
Когда вводится внутренняя команда, такая как DIR, COPY, TYPE, REM или
PAUSE, то запрашивается случайная процедура, "встроенная" в COMMAND.COM,
так что она может выполняться немедленно.
Чтобы распознавать внутренние команды, COMMAND.COM содержит таблицу
имен команд. Если просмотреть файл COMMAND.COM, то можно увидеть эти имена
команд. Для просмотра файла COMMAND.COM можно воспользоваться программой
DEBUG или DiskLook. Там же Вы увидите сообщение, которое ДОС выдает в
начале работы. При желании эти сообщения можно изменить с помощью команды
DEBUG или SecMod, так чтобы ДОС начинала работу выдачей Вашей фамилии или
названия компании. Можно также изменить и имена внутренних команд, причем
сделать это просто, если не изменяется длина имени.
Если команды нет в таблице внутренних команд, значит имеется в виду
внешняя команда, которую COMMAND.COM будет искать во внешнем файле. В
ответ на наш запрос, COMMAND.COM осуществляет поиск файла обработки
команды на соответствующей дискете и запускает его выполнение.
Существует три типа файлов обработки команд, поиск которых в
определенном порядке осуществляет COMMAND.COM. Название команды точно
совпадает с именем файла, в котором хранится программа обработки команды.
Три типа файлов обработки команд различаются расширениями имен файлов. Три
расширения, в порядке их приоритетности: ".COM", которое обозначает
программный файл в одном из двух программных форматов; ".EXE",
обозначающее программный файл другого формата и ".BAT", обозначающее файл
пакетной обработки. (Форматы этих файлов и масса другой информации,
касающейся файлов на дискетах, приведены в следующей главе.)
Когда COMMAND.COM находит программный файл в любом формате, он
выполняет загрузку этого файла в память и выполняет любое необходимое
преобразование. После загрузки файла и формирования приставки программного
сегмента, COMMAND.COM передает управление этой программе, так чтобы она
могла выполнить свою работу.
Если файл обработки команды относится к типу ".BAT", то есть является
файлом пакетной обработки, то он содержит в формате текстового файла в
коде ASCII последовательность команд, которые должны выполняться так, как
будто они вводятся с клавиатуры. Одна из многих задач COMMAND.COM
заключается в отслеживании позиции в файле пакетной обработки, так чтобы
после выполнения одной команды сразу переходить к другой. Если в процессе
обработки одного пакетного файла будет вызван другой, то возврата к
первому не произойдет, так как файлы пакетной обработки не могут быть
вложенными, зато их можно объединять в цепочку.
В некоторых системах весь ввод команд может быть переназначен на
файл, причем это относится как к программам, вводящим данные с клавиатуры,
так и к интерпретатору команд. К ДОС это не относится. Только
интерпретатор команд COMMAND.COM может автоматически выполнять чтение из
файлов пакетной обработки.
Кстати, программы могут вносить изменения в файл пакетной обработки и
таким образом определять, какая команда будет выполнена следующей. Это
часто делается в сложных приложениях для замены последовательного
выполнения программ.
Файл COMMAND.COM имеет значительно больше функций, чем было описано.
Фактически, COMMAND.COM разделяется на три части. Первая часть размещается
в памяти сразу после программ IBMBIO.COM и IBMDOS.COM и, подобно им,
становится резидентной частью ДОС. Фактически эта часть COMMAND.COM не
отличается от IBMDOS.COM.
Вторая часть COMMAND.COM используется только временно: при запуске
системы она осуществляет поиск файла пакетной обработки AUTOEXEC.BAT и,
если он найден, его выполнение. После выполнения этой функции данная часть
COMMAND.COM уже не нужна.
Третья, наиболее интересная часть COMMAND.COM является
полурезидентной и одной из наиболее хорошо проработанных частей ДОС. Эта
часть включает интерпретатор команд и программы, реализующие внутренние
команды ДОС. Необходимо отдавать себе отчет в том, что такая сложная
программа как интерпретатор команд не может быть очень компактной. С одной
стороны, лучше всего было бы, чтобы интерпретатор команд постоянно
находился в памяти. С другой стороны, не хотелось бы, чтобы он занимал
место в памяти все время, особенно, если места не слишком много (в
системах с 64К, например).
Интересное решение этой проблемы заключается в том, чтобы разместить
эту часть COMMAND.COM в верхних адресах памяти (обычно используются
послед
...Поділитися у соцмережах
