1.4 Забезпечення автозапуску та постійного перебування у оперативній пам’яті

Як сказано вище, однією з функцій ОС є запуск готових до виконання програм. Згідно з архітектурними принципами фон-Ноймана (John von Neumann) для цього програма повинна бути завантажена у оперативну пам’ять комп’ютера. Але і сама ОС — це програмний комплекс, тому працювати він може лише тоді, коли знаходиться в оперативній пам’яті.

Оскільки оперативна пам’ять комп’ютерів є енергозалежною, її вміст (інформаційний стан) руйнується при вимиканні живлення. Отже, після вмикання живлення комп’ютера для початку сеансу роботи необхідно завантажити операційну систему у оперативну пам’ять. Звичайно ОС розміщується на носію зовнішньої пам’яті, тому необхідним є спеціальний процес перенесення ОС з зовнішньої пам’яті у оперативну — завантаження ОС, що реалізується спеціальною невеликою компонентою ОС — програмним завантажувачем.

Однак програмний завантажувач сам по собі не знімає проблеми першої програми у оперативній пам’яті, позаяк, за згаданим принципом фон-Ноймана він може працювати лише тоді, коли хтось попередньо занесе його у оперативну пам’ять. Це "зачароване коло" розривається спеціальною програмою, що на постійно записана у одну з мікросхем внутрішньої пам’яті комп’ютера (для персональних комп’ютерів — BIOS) — апаратний завантажувач. Він активізується при вмиканні живлення комп’ютера, або при натиску на спеціальну клавішу пере завантаження ОС — RESET, яку мають більшість комп’ютерів, і переносить з зовнішньої пам’яті у оперативну програмний завантажувач та передає йому управління. Для спрощення роботи апаратного завантажувача програмний завантажувач розміщують на умовному початку носія зовнішньої пам’яті у спеціальному місці. Таким чином забезпечується автоматичний запуск операційної системи.

Оскільки операційна система супроводжує всю роботу, яку виконує комп’ютер, вона повністю або, принаймні, частково повинна розміщуватися у оперативній пам’яті.

Більшість операційних систем — це дуже великі програмні комплекси, тому було би занадто дорого постійно займати ними великі обсяги оперативної пам’яті комп’ютера. З іншого боку, постійне підчитування з носіїв зовнішньої пам’яті тих частин ОС, яких на даний момент немає у оперативній пам’яті, теж може займати досить значний час. Тому при розробці ОС стараються знайти розумний компроміс між часом і пам’яттю: постійно (резидентно) в оперативній пам’яті тримають лише ті складові ОС, які використовуються постійно, інші підчитуються у оперативну пам’ять в міру необхідності. Ту частину, яка постійно знаходиться в оперативній пам’яті, називають ядром ОС, інші її компоненти — транзитами або оверлеями ОС. Носій зовнішньої пам’яті, з якого підчитуються транзити ОС, повинен постійно знаходитися на одному і тому ж зовнішньому пристрої і його називають резидентним томом або резидентом ОС.

Позаяк навіть при реалізації автозапуску операційну систему потрібно попередньо розмістити на резидентному томі, то необхідний ще один процес — інсталяція чи встановлення операційної системи.

1.5 Управління розміщенням, нищенням та доступом до інформації на зовнішній пам’яті

1.5.1 Файлові системи

Всім комп'ютерним застосуванням потрібно зберігати і одержувати інформацію. Під час роботи програма може зберігати обмежену кількість даних у власному адресному просторі (у оперативній пам’яті). Проте місткість такого сховища обмежена розмірами цього адресного простору. Для деяких застосувань цього цілком достатньо, але для інших, наприклад систем резервування авіаквитків, систем банківського чи корпоративного обліку, одного лише такого адресного простору буде недостатньо.

Крім того, після завершення роботи програми інформацію, яку вона зберігає в свому адресному просторі, буде втрачено. Для більшості застосувань (наприклад, баз даних) інформація повинна зберігатися тижнями, місяцями або навіть вічно. Зникнення даних після завершення роботи програми для таких застосувань неприйнятне. Інформація повинна бути збереженою навіть при аварійному завершенні програми у разі збою комп'ютера.

Третя проблема полягає в тому, що часто виникає необхідність декільком застосуванням одночасно дістати доступ до одних і тих же даних (або частини даних). Якщо інтерактивний телефонний довідник зберігати в адресному просторі одного застосування, то доступ до нього буде лише у нього. Для вирішення цієї проблеми необхідно відділити інформацію від програм.

Таким чином, до пристроїв довготривалого зберігання інформації ставлять такі три важливі вимоги:

• Пристрої повинні мати можливість зберігати дуже великі обсяги даних.

• Інформація повинна бути збереженою після припинення роботи застосування, що її використовує.

• Декілька застосувань повинні мати можливість одночасного доступу до інформації.

Звичайне вирішення всіх цих проблем полягає в зберіганні інформації у зовнішній пам’яті в модулях, званих файлами. Застосування можуть у міру потреби читати їх чи створювати нові. Інформація, яку зберігають у файлах, повинна бути стійкою (в даному контексті іноді застосовують термін персистентність), тобто на неї не повинно впливати створення або припинення роботи будь-якого застосування. Файл повинен зникати лише тоді, коли його власник дає команду видалення файлу.

Файлами управляє операційна система. Їх структура, іменування, використовування, захист та доступ до них є важливими пунктами устрою операційної системи. Частину операційної системи, що працює з файлами, називають файловою системою.

З погляду користувача найважливішим аспектом файлової системи є її зовнішнє подання, тобто іменування і захист файлів, операції з ними тощо. З цієї точки зору говорять про логічне розміщення інформації у зовнішній пам’яті, де файл відіграє роль одиниці зберігання інформації. Менш цікавими для користувачів, але украй важливими для розробників файлової системи є такі деталі внутрішнього устрою, як використовування зв'язаних списків або біт-карт для стеження за вільними і зайнятими блоками диска, число фізичних секторів в логічному блоці і т. п. З цієї точки зору говорять про фізичне розміщення інформації у зовнішній пам’яті. Кожна операційна система має свої підходи до фізичного розміщення інформації, тому дуже часто записану у зовнішній пам’яті інформацію в середовищі однієї опраційної системи прочитати у середовищі іншої без спеціальних засобів неможливо.

Далі будуть розглянуті основні засади логічного розміщення інформації у зовнішній пам’яті, а деякі аспекти фізичного розміщення будуть подані у розділах, що безпосередньо відносяться до операційної системи Windows.