Глава 2. Операционные системы

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Операционной системой¹⁷ называется комплекс программ, управляющий компьютером в процессе автоматизированной обработки информации.

Операционная системавыполняет следующие функции:управление заданиями, управление задачами, управление данными,сервисное обслуживание.

 Управления заданиямиобеспечивает расшифровку и синтаксический анализ заданий-команд, выполнение команд, распределение для этого периферийных устройств и организацию диалога пользователя с компьютером.

 Управление задачамиобеспечивает параллельное выполнение нескольких задач, распределение памяти и ресурсов под задачи, загрузку необходимых программ в оперативную память, взаимозащиту задач и их информационную связь.

 Управление даннымиобеспечивает эффективную организацию, хранение и выборку данных, обмен данными между аппаратными составляющими компьютера.

 Сервисное обслуживаниеобеспечивает выполнение с помощью программ-утилит (utilities) типовых действий по обработке данных:

 создание / корректировка данных и программ их обработки с записью ин-

формации на магнитные носители (осуществляется редакторами текстов);

 преобразование текстов программ, написанных на языках программирова-

ния, в программы в машинных кодах (осуществляется трансляторами);

 объединение по смысловому признаку программ в компактные структуры-

библиотеки (осуществляется библиотекарями);

 объединение программ пользователя и программ математического обеспе-

чения компьютера в выполнимые программы (осуществляется редактора-

ми связей);

 считывание выполнимых программ в оперативную память и передачу им

управления для выполнения (осуществляется загрузчиками);

 поиск, локализация и исправление ошибок в программах (осуществляется

отладчиками);

 диагностика и управление аппаратной составляющей компьютера, обслу-

живание данных на магнитных носителях.

Для персональных компьютеров в1981 году разработана и до сих пор применяется MS DOS¹⁸- дисковая операционная система фирмы Microsoft.

Принципы функционирования

Работа MSDOS основана на следующих принципах:

 несложный пользовательский интерфейс, предусматривающий только "коман­дный" ди­алог без использования манипулятора "мышь"; недостатком этого подхода является необходимость разработки для каждой программы собственного привлекательного интерфейса (меню, рисунков, элементов диалога и т.п.);

 возможность доступа к аппаратуре компьютера(рис. 23) либо опосредовано(через ядро MSDOS и специальные программы-драйверы), либонепосредственно(прямым доступом, что, несомненно, быстрее, но делает программу немобильной, зависимой от характеристик устройств);

Программа Ядро MSDOS Драйверы устройств

Рис. 23

Аппаратура

 использование нерасширяемой ASCII для кодирования символов;

 однозадачный характер, основанный на монопольном использовании

программой вычислительных ресурсов, и приводящий к невозможности совместной обработки данных несколькими специализированными программами;

 неполное использование вычислительных ресурсов компьютера:

 для работы программ используется только базовая память; для использования жеXMS, EMS и т.п. необходимо создавать уникальный пользовательский интерфейс; кроме того, в процессе загрузки/выгрузки программRAM может приобрести сегментированный характер с небольшими размерами фрагментов памяти,

не позволяющими другим программам загружаться в память и выполняться;

 код каждой выполняемой программы должен содержать один и тот же

фрагмент BIOS, что приводит к неэкономному использованию памяти;

 неразвитый пользовательский сервис, приводящий к необходимости "дора­бот­-

ки" MSDOSдополнительными утилитами¹⁹.

MS DOS состоит из следующих основных модулей:

 базовой системы ввода / вывода(BIOS -Base Input /OutputSystem).;

 начальной загрузки (Boot Record);

 расширения базовой системы ввода / вывода (IO.SYS - Input /OutputSYStem);

 обработки прерываний(MSDOS.SYS);

 командного процессора (COMMAND.COM);

 утилит.

BIOSзависит от модели компьютера и призвана обрабатывать запросы к аппаратуре на уровне конструкции устройств (нижнем уровне “системных прерываний”). BIOS выполняет следующие функции:

 автоматическое тестирование аппаратуры при включении компьютера,

 вызов модуля начальной загрузки;

 обслуживание прерываний: аппаратных, логических (например, деление на 0)

и программных (предусмотренных пользовательской программой).

Модуль начальной загрузкинаходится всегда на фиксированном участке специального "системного" диска (первый сектор нулевой дорожки стороны0) и предназначен для загрузки в оперативную память "ядра" MSDOS(IO.SYS, MSDOS.SYS и СOMMAND.COM) - минимально необходимого набора программ, уп­рав­ляющего дальнейшей работой компьютера.

Модуль расширения BIOSсо­держит набор драйверов внешних стандартныхустройстви выполняет следующие функции:

 управление программами BIOS;

 включение стандартных драйверов (программ, управляющих стандартными устройствами); драйверы, как правило, используются для работы аппаратуры в нестандартных с точки зрения BIOS режимах работы аппаратуры; различают драйверы символьных устройств (клавиатуры, принтера и т.п.) и блоковых устройств (дисководов);

 завершение загрузки компьютера размещением в оперативной памяти командного процессора.

Модуль обработки прерываний призван обрабатывать запросы к аппаратуре не­зависимо от модели компьютера (на верхнем уровне “программных прерываний”). Он поддерживает обработку256прерываний с помощью программISR, которые называютсявекторами прерываний. АдресаISRхранятся в специальной таблицеROM, а самиISR могут находиться в произвольном местеRAM. При наступлении некоторого события²⁰ISRсохраняет состояние регистров микропроцессора, выполняет обработку возникшей ситуации и затем восстанавливает регистры в прежнее состояние. Первые20 прерываний закреплены заISR аппаратных средств.ISR

этих прерываний и данные для их фун­кционирования образуютBIOS, записанный вROM. ЭтиISR взаимодействуют с аппаратурой на уровне физических сигналов, портов и является немобильной (не­переносимой) частью программного обеспечения, т.е. не зависят отОС. При появлении новых аппаратных средствBIOS перерабатывается. Каждое периферийное устройство снабжается своей секциейBIOSвRAM. Основной блокBIOSпри тести­ровании аппаратуры переключает прерывания на эти секции.BIOS служит посредником между программами MSDOS и аппаратурой. Таблицы данныхBIOS отража­ют текущие параметры и состояние аппаратуры (ре­жим работы дисплея, позицию печатающей головки принтера и т.п.).

Командный процессор - обычная программа, расположенная на диске где угодно

и выполняет следующие функции:

 получение и синтаксический анализ команд;

 исполнение команд с помощью внутренних(встроенных в командный процессор) функций иливнешних(расположенные на диске) функций:

 исполнение командных файлов(файлов, содержащих команды).

Командный процессор состоит из;

 резидентной части (она постоянно находится в RAMи содержит: векторы прерываний с номерами34..36, программу загрузки вRAM нерезидентной части, модуль обработки командных файлов);

 нерезидентной части (эта составляющая может быть уничтожена какой-либо программой в RAM,но резидентная часть ее восстанавливает по мере надобности).

MS DOSподдерживает следующие функцииОС:

 управления заданиями - модулями Boot RecordиCOMMAND.COM;

 управления данными - модулями IO.SYS,MSDOS.SYSифайловой системой;

 сервисное обслуживание - утилитамиMSDOS.

 Функция управления задачами MSDOS не поддерживается.

Взаимодействие MSDOS с другим аппаратно-программным обеспечением компьютера показано нарис. 24.