Понятие о информатике и информации

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАТИКЕ

1.1. Информация и формы ее представления Понятие количества информации

1.2. Информационные процессы и технологии

1.3. ЭВМ как средство обработки информации

Понятие архитектуры ЭВМ

Классификация ЭВМ

Структура и принципы функционирования ЭВМ

Основные характеристики вычислительной техники

Перспективы развития вычислительных средств

1.4. Виды программного обеспечения ЭВМ

1.5. Операционная система MS-DOS

Основные составные части MS-DOS

Начальная загрузка MS-DOS

Файловая система MS-DOS

Файловая структура логического диска

1.6. Контрольные вопросы

1.7. Глоссарий

1.8. Библиографический список

ТЕСТ1.3. ЭВМ как средство обработки информации

При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играют понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ, структура и принципы функционирования ЭВМ, а также основные характеристики вычислительной техник.

Понятие архитектуры ЭВМ

С середины 60-х годов существенно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо независимой разработки аппаратуры и некоторых средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие — архитектура ЭВМ.

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов. Среди этих факторов важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства. Основные компоненты архитектуры ЭВМ можно представить в виде схемы, показанной на рис. 1.2.

[pic]

Рис. 1.2. Основные компоненты архитектуры ЭВМ

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства.

Так, пользователю ЭВМ безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, схемно или программно реализуются команды и т. д. Важно другое: как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю, какие альтернативы реализованы при создании машины и по каким критериям принимались решения, как связаны между собой характеристики отдельных устройств, входящих в состав ЭВМ, и какое влияние они оказывают на общие характеристики машины. Иными словами, архитектура ЭВМ действительно отражает круг проблем, относящихся к общему проектированию и построению вычислительных машин и их программного обеспечения.

Классификация ЭВМ

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять на группы по определенным признакам, т. е. классифицировать. Сравнительно недавно классифицировать ЭВМ по различным признакам не составляло большого труда. Важно было только определить признак классификации, например: по назначению, по габаритам, по производительности, по стоимости, по элементной базе и т. д.

С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало все более затруднительно, ибо стирались грани между такими важными характеристиками, как производительность, емкость внутренней и внешней памяти, габариты, вес, энергопотребление и др. Например, персональный компьютер, для размещения которого достаточно стола, имеет практически такие же возможности и технические характеристики, что и достаточно совершенная в недавнем прошлом ЭВМ Единой системы (ЕС), занимающая машинный зал в сотни квадратных метров. Поэтому разделение ЭВМ по названным признакам нельзя воспринимать как классификацию по техническим параметрам. Это, скорее, эвристический подход, где большой вес имеет предполагаемая сфера применения компьютеров.

С этой точки зрения классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом:

сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ);

большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);

средние ЭВМ;

малые или мини-ЭВМ;

микро-ЭВМ;

персональные компьютеры;

микропроцессоры.

Отметим, что понятия «большие», «средние» и «малые» для отечественных ЭВМ весьма условны и не соответствуют подобным категориям зарубежных ЭВМ.

Исторически первыми появились большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до схем со сверхвысокой степенью интеграции. В процессе эволюционного развития больших ЭВМ можно выделить отдельные периоды, связываемые с пятью поколениями ЭВМ.

Поколение ЭВМ определяется элементной базой (лампы, полупроводники, микросхемы различной степени интеграции), архитектурой и вычислительными возможностями.

Основное назначение больших ЭВМ — выполнение работ, связанных с обработкой и хранением больших объемов информации, проведением сложных расчетов и исследований в ходе решения вычислительных и информационно-логических задач. Такими машинами, как правило, оснащаются вычислительные центры, используемые совместно несколькими организациями. Большие машины составляли основу парка вычислительной техники до середины 70-х годов и успешно эксплуатируются поныне. К ним относятся большинство моделей фирмы IBM (семейства 360,370,390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ.

В настоящее время высказываются полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью перекрываются, с одной стороны, супер-ЭВМ, а с другой — мини-ЭВМ и, выработав свой ресурс, этот класс прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости развития универсальных больших и супер-ЭВМ, которые обладают способностью работать одновременно с большим количеством пользователей, создавать гигантские базы данных и обеспечивать эффективную вычислительную работу. К этому следует добавить, что большие ЭВМ обеспечивают устойчивость вычислительного процесса, безопасность информации и низкую стоимость ее обработки.

Производительность больших ЭВМ порой оказывается недостаточной для ряда приложений, например, таких как прогнозирование метеообстановки, ядерная энергетика, оборона и т. д. Эти обстоятельства стимулировали создание сверхбольших или суперЭВМ. Такие машины обладают колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, основанном на выполнении параллельных вычислений и использовании многоуровневой иерархической структуры ЗУ(запоминающих устройств), требуют для своего размещения специальных помещений и крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигает десятков миллионов долларов. Представители этого класса ЭВМ — компьютеры фирм Cray Research, Control Data Corporation (CDC) и отечественные супер-ЭВМ семейства Эльбрус.

Средние ЭВМ представляют некоторый интерес в историческом плане. На определенном этапе развития ЭВМ, когда их номенклатура и, соответственно, возможности были ограниченными, появление средних машин было закономерным. Вычислительные машины этого класса обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им присуща и более низкая стоимость. Они предназначены для использования всюду, где приходится постоянно обрабатывать достаточно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами. В настоящее время трудно определить четкую грань между средними ЭВМ и большими с одной стороны и малыми — с другой. К средним могут быть отнесены некоторые модели ЕС ЭВМ, например: ЕС-1036, ЕС-1130, ЕС-1120. За рубежом средние ЭВМ выпускают фирмы IBM (International Business Machinary), DEC (Digital Equipment Corporation), Hewlett Packard, COMPAREX и др.

Малые ЭВМ составляют самый многочисленный и быстроразвивающийся класс ЭВМ. Их популярность объясняется малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями.

Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы (12-разрядная ЭВМ PD5-5 фирмы DEC). Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Для мини-ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений (машинное слово — 2 байта), использование принципа магистральности в архитектуре и более простое взаимодействие человека и ЭВМ. Такие машины широко применяются для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. К мини-ЭВМ относятся машины серии PDP (затем VAX) фирмы DEC и их отечественные аналоги — модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

При переходе от схем с малой и средней степенями интеграции к интегральным микросхемам с большой и сверхбольшой степенями интеграции оказалось возможным создание на одной БИС или СБИС функционально законченного устройства обработки информации, выполняющего функции процессора. Такое устройство принято называть микропроцессором. Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ — микро-ЭВМ. Определяющим признаком микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Создание микропроцессора не только изменило центральную часть ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств ее периферийной части. Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое распространение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса. С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ становится возможным создание так называемых интеллектуальных терминалов, выполняющих сложные процедуры предварительной обработки информации.

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола.

ПЭВМ, выпускаемые в сотнях тысяч и миллионах экземпляров, вносят коренные изменения в формы использования вычислительных средств, в значительной степени расширяют масштабы их применения. Они широко используются как для поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой и др.), так и в быту, например для обучения и досуга.

Персональный компьютер позволяет эффективно выполнять научно-технические и финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы и любые другие тексты, вести делопроизводство, обрабатывать графическую информацию и т. д. Выполнение многих из указанных функций поддерживается многочисленными эффективными универсальными функциональными пакетами программ.

На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.).

Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, Compaq, Hewlett Packard, Apple (США), Siemens (Германия), ICL (Англия) и др.

Структура и принципы функционирования ЭВМ

Более чем за полвека развития вычислительных средств прогресс в аппаратной реализации ЭВМ и их технических характеристик превзошел все прогнозы, и пока не заметно снижение его темпов. Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанным Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:

арифметико-логическое устройство (АЛУ);

устройство управления (УУ)

запоминающее устройство (ЗУ);

устройства ввода-вывода (УВВ);

пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Обобщенная логическая структура ЭВМ представлена на рис. 1.3.

[pic]

Рис. 1.3. Обобщённая логическая структура ЭВМ

Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислении по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную намять небольшого объема, именуемую местной или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве — памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя, или основная память — это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память. Оперативная память, по объему составляющая" большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы, и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней.

Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на магнитных лентах.

ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Иногда устройства ввода-вывода называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры.

Системный интерфейс — это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее устройств и обмена информацией между ними.

В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ.

Отличительной особенностью малых ЭВМ является использование в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной. В первых для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов. При такой организации системы шин обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами выполняется по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машины.

Пульт управления служит для выполнения оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в ходе управления вычислительным процессом. Кроме того, при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно-технический персонал. Пульт управления конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором.

Основные характеристики вычислительной техники

К основным характеристикам вычислительной техники относятся ее эксплуатационно-технические характеристики, такие, как быстродействие, емкость памяти, точность вычислений и др.

Быстродействие ЭВМ рассматривается в двух аспектах. С одной стороны, оно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых центральным процессором в секунду Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. С другой стороны, быстродействие

ЭВМ существенно зависит от организации ее памяти. Время, затрачиваемое на поиск необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ЭВМ.

В зависимости от области применения выпускаются ЭВМ с быстродействием от нескольких сотен тысяч до миллиардов операций в секунду. Для решения сложных задач возможно объединение нескольких ЭВМ в единый вычислительный комплекс с требуемым суммарным быстродействием.

Наряду с быстродействием часто пользуются понятием производительность. Если первое обусловлено, главным образом, используемой в ЭВМ системой элементов, то второе связано с ее архитектурой и разновидностями решаемых задач. Даже для одно» ЭВМ такая характеристика, как быстродействие, не является величиной постоянной. В связи с этим различают:

пиковое быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора без учета обращения к оперативной памяти;

номинальное быстродействие, определяемое с учетом времени обращения к оперативной памяти;

системное быстродействие, определяемое с учетом системных издержек на организацию вычислительной процесса;

эксплуатационное, определяемое с учетом характера решаемых задач (состав, операций или их «смеси»).

Емкость, или объем памяти определяется максимальным количеством информации которое можно разместить в памяти ЭВМ. Обычно емкость памяти измеряется в байтах. Как уже отмечалось, память ЭВМ подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя, или оперативная память, по своему объему у различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Емкость внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций накопителей практически неограниченна.

Точность вычислений зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ комплектуются 32- или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высокой точности расчетов самых разнообразных приложениях. Однако, если этого мало, можно использовать уд военную или утроенную разрядную сетку.

Система команд — это перечень команд, которые способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна имеет команда для ее распознания. Количество основных разновидностей команд невелико, с их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножена деления, сравнения, записи в память, передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления в другую и т. д. При необходимости выполняете модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с учетом их модификации). На современном этап развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, свзязанный с разработкой процессоров с полным набором команд, — архитектура CIS (Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). С друге стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употреблю емых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить ei быстродействие — архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер сокращенным набором команд).

Стоимость ЭВМ зависит от множества факторов, в частности от быстродействия, емкости памяти, системы команд и т. д. Большое влияние на стоимость оказывает конкретная комплектация ЭВМ и, в первую очередь, внешние устройства, входящие в состав машины. Наконец, стоимость программного обеспечения ощутимо влияет на стоимость ЭВМ.

Надежность ЭВМ — это способность машины сохранять свои свойства при заданных условиях эксплуатации в течение определенного промежутка времени. Количественной оценкой надежности ЭВМ, содержащей элементы, отказ которых приводит к отказу всей машины, могут служить следующие показатели:

вероятность безотказной работы за определенное время при данных условиях эксплуатации;

наработка ЭВМ на отказ;

среднее время восстановления машины и др.

Для более сложных структур типа вычислительного комплекса или системы понятие «отказ» не имеет смысла. В таких системах отказы отдельных элементов приводят к некоторому снижению эффективности функционирования, а не к полной потере работоспособности в целом.

Важное значение имеют и другие характеристики вычислительной техники, например: универсальность, программная совместимость, вес, габариты, энергопотребление и др. Они принимаются во внимание при оценивании конкретных сфер применения ЭВМ.

Перспективы развития вычислительных средств

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

В настоящее время ведутся интенсивные работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.) Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

Проблема создания эффективных систем параллельного программирования, ориентированных на высокоуровневое распараллеливание алгоритмов вычислении и обработки данных, представляется достаточно сложной и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания и необходимости синхронизации процессов во времени.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или оптоэлементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпьютеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютеры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудно формализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпьютеров.

Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

В заключение отметим, что ряд названных вопросов реализован в перспективных ЭВМ пятого поколения либо находится в стадии технической проработки, другие — в стадии теоретических исследований и поисков.

Перспективы развития вычислительных средств

упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

1.1. Информация и формы ее представления

Понятие информации является основополагающим понятием информатики. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решении и их выполнения. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.

Информация содержится в человеческой речи, текстах книг, журналов и газет, сообщениях радио и телевидения, показаниях приборов и т. д. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств, хранит и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы. Передаваемая информация обычно касается каких-то предметов или нас самих и связана с событиями, происходящими в окружающем нас мире.

В рамках науки информация является первичным и неопределяемым понятием. Оно предполагает наличие материального носителя информации, источника информации, передатчика информации, приемника и канала связи между источником и приемником. Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, социологии и повседневной жизни. Конкретное толкование элементов, связанных с понятием информации, зависит от метода конкретной науки, цели исследования или просто от наших представлений.

Термин «информация» происходит от латинского informatio — разъяснение, изложение, осведомленность. Энциклопедический словарь (М.: Сов. энциклопедия, 1990) определяет информацию в исторической эволюции: первоначально — сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.); с середины XX века — общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире (передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму).

Более узкое определение дается в технике, где это понятие включает в себя все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

Наиболее общее определение имеет место в философии, где под информацией понимается отражение реального мира. Информацию как философскую категорию рассматривают как один из атрибутов материи, отражающий ее структуру.

В эволюционном ряду вещество -> энергия -> информация каждое последующее проявление материи отличается от предыдущего тем, что людям было труднее его распознать, выделить и использовать в чистом виде. Именно сложность выделения различных проявлений материи обусловила, наверное, указанную последовательность познания природы человечеством.

С понятием информации связаны такие понятия, как сигнал, сообщение и данные.

Сигнал (от латинского signum — знак) представляет собой любой процесс, несущий информацию.

Сообщение — это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.

Данные — это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.

Различают две формы представления информации — непрерывную и дискретную. Поскольку носителями информации являются сигналы, то в качестве последних могут использоваться физические процессы различной природы. Например, процесс протекания электрического тока в цепи, процесс механического перемещения тела, процесс распространения света и т. д. Информация представляется (отражается) значением одного или нескольких параметров физического процесса (сигнала), либо комбинацией нескольких параметров.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.

Следует различать непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.

На рис. 1.1 в виде графиков изображены: а) непрерывный по уровню и во времени сигнал Хнн; б) дискретный по уровню и непрерывный во времени сигнал Хдн; в) непрерывный по уровню и дискретный во времени сигнал Хнд; г) дискретный по уровню и во времени сигнал Хдд.

[pic]

Рис. 1.1. Виды информационных процессов

Наконец, все многообразие окружающей нас информации можно сгруппировать по различным признакам, т. е. классифицировать по видам. Например, в зависимости от области возникновения информацию, отражающую процессы и явления неодушевленной природы, называют элементарной, процессы животного и растительного мира — биологической, человеческого общества — социальной.

По способу передачи и восприятия различают следующие виды информации: визуальную — передаваемую видимыми образами и символами, аудиальную — звуками, тактильную — ощущениями, органолептическую — запахами и вкусом, машинную — выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники, и т. д.

Понятие количества информации

Количеством информации называют числовую характеристику сигнала, отражающую ту степень неопределенности (неполноту знаний), которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала. Эту меру неопределенности в теории информации называют энтропией. Если в результате получения сообщения достигается полная ясность в каком-то вопросе, говорят, что была получена полная или исчерпывающая информация и необходимости в получении дополнительной информации нет. И, наоборот, если после получения сообщения неопределенность осталась прежней, значит, информации получено не было (нулевая информация).

Приведенные рассуждения показывают, что между понятиями информация, неопределенность и возможность выбора существует тесная связь. Так, любая неопределенность предполагает возможность выбора, а любая информация, уменьшая неопределенность, уменьшает и возможность выбора. При полной информации выбора нет. Частичная информация уменьшает число вариантов выбора, сокращая тем самым неопределенность.

Пример. Человек бросает монету и наблюдает, какой стороной она упадет. Обе стороны монеты равноправны, поэтому одинаково вероятно, что выпадет одна или другая сторона. Такой ситуации приписывается начальная неопределенность, характеризуемая двумя возможностями. После того, как монета упадет, достигается полная ясность и неопределенность исчезает (становится равной нулю).

Приведенный пример относится к группе событий, применительно к которым может быть поставлен вопрос типа «да-нет». Количество информации, которое можно получить при ответе на вопрос типа «да-нет», называется битом (англ. bit — сокращенное от binary digit — двоичная единица). Бит — минимальная единица количества информации, ибо получить информацию меньшую, чем 1 бит, невозможно. При получении информации в 1 бит неопределенность уменьшается в 2 раза. Таким образом, каждое бросание монеты дает нам информацию в 1 бит.

В качестве других моделей получения такого же количества информации могут выступать электрическая лампочка, двухпозиционный выключатель, магнитный сердечник, диод и т. п. Включенное состояние этих объектов обычно обозначают цифрой 1, а выключенное — цифрой 0.

Рассмотрим систему из двух электрических лампочек, которые независимо друг от друга могут быть включены или выключены. Для такой системы возможны следующие состояния:

Лампа А 0 0 1 1

Лампа В 0 1 0 1

Чтобы получить полную информацию о состоянии системы, необходимо задать два вопроса типа «да-нет» — по лампочке А и лампочке В соответственно. В этом случае количество информации, содержащейся в данной системе, определяется уже в 2 бита, а число возможных состояний системы — 4. Если взять три лампочки, то необходимо задать уже три вопроса и получить 3 бита информации. Количество состояний такой системы равно 8 и т. д.

Связь между количеством информации и числом состояний системы устанавливается формулой Хартли:

i=log2N,

где i — количество информации в битах; N —. число возможных состояний. Ту же формулу можно представить иначе:

N =2i.

Группа из 8 битов информации называется байтом. Если бит — минимальная единица информации, то байт ее основная единица. Существуют производные единицы информации: килобайт (кбайт, кб), мегабайт (Мбайт, Мб) и гигабайт (Гбайт, Гб).

1 кб =1024 байта - 210 (1024) байтов.

1 Мб = 1024 кбайта = 220(1024 x 1024) байтов.

1 Гб = 1024 Мбайта - 230 (1024х1024 х 1024)байтов.

Эти единицы чаще всего используют для указания объема памяти ЭВМ.

1.2. Информационные процессы и технологии

Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание по существу осталось неизменным.

Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно. Например, пользователь может получить информацию о движении поездов или самолетов сам, изучив расписание, или же от другого человека непосредственно, либо через какие-то документы, составленные этим человеком, или с помощью технических средств (автоматической справки, телефона и т. д.). Задача сбора информации не может быть решена в отрыве от других задач, — в частности, задачи обмена информацией (передачи).

Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.

Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информацией.

Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.). Процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации называется накоплением информации. Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию. Часть информации в данный момент времени особой ценности может не представлять, хотя, возможно, потребуется в дальнейшем.

Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.

Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.

После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.

Информационная техника представляет собой материальную основу информационной технологии, с помощью которой осуществляется сбор, хранение, передача и обработка информации. До середины XIX века, когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, основу информационной техники составляли перо, чернильница и бумага. Коммуникация (связь) осуществлялась путем направления пакетов (депеш). На смену «ручной» информационной технике в конце XIX века пришла «механическая» (пишущая машинка, телефон, телеграф и др.), что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Понадобилось еще много лет, чтобы перейти от запоминания и передачи информации к ее переработке. Это стало возможно с появлением во второй половине нашего столетия такой информационной техники, как электронные вычислительные машины, положившие начало «компьютерной технологии».

Древние греки считали, что технология (techne — мастерство + togos — учение) — это мастерство (искусство) делать вещи. Более емкое определение это понятие приобрело в процессе индустриализации общества.

Технология — это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, при которых происходит качественное изменение обрабатываемых объектов.

Технологиям управляемых процессов свойственны упорядоченность и организованность, которые противопоставляются стихийным процессам. Исторически термин «технология» возник в сфере материального производства. Информационную технологию в данном контексте можно считать технологией использования программно-аппаратных средств вычислительной техники в данной предметной области.

Информационная технология — это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности.

Информационные технологии характеризуются следующими основными свойствами:

предметом (объектом) обработки (процесса) являются данные;

целью процесса является получение информации;

средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные и программно-аппаратные вычислительные комплексы;

процессы обработки данных разделяются на операции в соответствии с данной предметной областью;

выбор управляющих воздействий на процессы должен осуществляться лицами, принимающими решение;

критериями оптимизации процесса являются своевременность доставки информации пользователю, ее надежность, достоверность, полнота.

Из всех видов технологий информационная технология сферы управления предъявляет самые высокие требования к «человеческому фактору», оказывая принципиальное влияние на квалификацию работника, содержание его труда, физическую и умственную нагрузку, профессиональные перспективы и уровень социальных отношений.

.4. Виды программного обеспечения ЭВМ

Назначением ЭВМ является выполнение программ. Программа содержит команды, определяющие порядок действий компьютера. Совокупность программ для компьютера образует программное обеспечение (ПО). По функциональному признаку различают следующие виды ПО:

системное;

прикладное.

Под системным (базовым) понимается программное обеспечение, включающее в себя операционные системы, сетевое ПО, сервисные программы, а также средства разработки программ (трансляторы, редакторы связей, отладчики и пр.).

Основные функции операционных систем (ОС) заключаются в управлении ресурсами (физическими и логическими) и процессами вычислительных систем. Физическими ресурсами являются: оперативная память, процессор, монитор, печатающее устройство, магнитные и оптические диски. К логическим ресурсам можно отнести программы, файлы, события и т. д. Под процессом понимается некоторая последовательность действий, предписанная соответствующей программой и используемыми ею данными.

В настоящее время существует большое количество ОС, разработанных для ЭВМ различных типов. На ЭВМ Единой Системы (ЕС ЭВМ), например, использовались такие операционные системы, как СВМ и ОС ЕС, на малых ЭВМ (СМ-4, СМ-1420 и др.) - ОС РВ и RSX-11. На персональных ЭВМ долгое время эксплуатировалась ОС-MS-DOS. В настоящее время получили распространение системы Windows 98/Me, Windows 2000, Linix.

Сетевое ПО предназначено для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах: сетевыми накопителями на магнитных дисках, принтерами, сканерами, передаваемыми сообщениями и т. д. К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу ЭВМ в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными, не сетевыми ОС.

Например, большое распространение получили следующие сетевые ОС: NetWare 4.1 (фирма Novell), Windows NT Server 3.5 (фирма Microsoft) и LAN Server 4.0 Advanced (фирма IBM). Однако в последнее время лидирующие позиции начинает занимать ОС Windows 2000 Server фирмы Microsoft.

Для расширения возможностей операционных систем и предоставления набора дополнительных услуг используются сервисные программы. Их можно разделить на следующие группы:

интерфейсные системы;

оболочки операционных систем;

утилиты.

Интерфейсные системы являются естественным продолжением операционной системы и модифицируют как пользовательский, так и программный интерфейсы, а также реализуют дополнительные возможности по управлению ресурсами ЭВМ. В связи с тем, что развитая интерфейсная система может изменить весь пользовательский интерфейс, часто их также называют операционными системами. Это относится, например, к Windows 3.11 и Windows 3.11 for WorkGroups (для рабочих групп).

Оболочки операционных систем, в отличие от интерфейсных систем, модифицируют только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Такие системы существенно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций, например, таких операций с файлами, как копирование, переименование и уничтожение, а также предлагают пользователю ряд дополнительных услуг. В целом, программы-оболочки заметно повышают уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя потребностям пользователя.

На ПЭВМ широко используются такие программы-оболочки, как Norton Commander, FAR Manager и Windows Commander.

Утилиты предоставляют пользователям средства обслуживания компьютера и его ПО. Они обеспечивают реализацию следующих действий:

обслуживание магнитных дисков;

обслуживание файлов и каталогов;

предоставление информации о ресурсах компьютера;

шифрование информации;

защита от компьютерных вирусов;

архивация файлов и др.

Существуют отдельные утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные комплекты утилит. В настоящее время для ПЭВМ среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities. Существуют его версии для использования в среде DOS и Windows.

Средства разработки программ используются для разработки нового программного обеспечения как системного, так и прикладного.

Прикладным называется ПО, предназначенное для решения определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями.

Спектр проблемных областей в настоящее время весьма широк и включает в себя по крайней мере следующие: промышленное производство, инженерную практику, научные исследования, медицину, управление (менеджмент), делопроизводство, издательскую деятельность, образование и т. д.

Из всего разнообразия прикладного ПО выделяют группу наиболее распространенных программ (типовые пакеты и программы), которые можно использовать во многих областях человеческой деятельности.

К типовому прикладному ПО относят следующие программы:

текстовые процессоры;

табличные процессоры;

системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);

системы управления базами данных;

экспертные системы;

программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных.

Предлагаемые на рынке ПО приложения, в общем случае, могут быть выполнены как отдельные программы либо как интегрированные системы. Интегрированными системами обычно являются экспертные системы, программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных, а также офисные системы. Примером мощной и широко распространенной интегрированной системы является офисная система Microsoft Office.

Поскольку разработка ПО любого назначения, как правило, является довольно сложным и трудоемким процессом, дальнейший материал настоящего раздела посвятим общим вопросам разработки программ и инструментальному ПО.

1.5. Операционная система MS-DOS

Операционная система MS-DOS – это однопользовательская, однозадачная, не сетевая 16-разрядная операционная система (ОС), ориентированная на использование на ПЭВМ с микропроцессором Intel 8088(80286).

Краткая история появления данной операционной системы такова. В октябре 1980 г. менеджеры фирмы IBM занялись поисками ОС для своего 16-разрядного персонального компьютера (ПК), находящегося в стадии разработки. В тот период на ПЭВМ наиболее широко применялась ОС CP/M (Control Program for MicroComputers) фирмы Digital Research. Не достигнув приемлемых соглашений с Digital Research, фирма IBM обратилась к фирме Microsoft (президент – Билл Гейтс). В тот момент у Microsoft не было соответствующей OС, но ей была известна небольшая фирма Seattle Computer Products, которая имела такую OС. За 50 000$ Билл Гейтс приобрел права на эту OС. В дальнейшем эта OС послужила основой для MS-DOS. В ноябре 1980 г. Microsoft и IBM подписали договор на разработку OС для IBM PC. В феврале 1981 г. появилась первая версия PC/MS-DOS, которая работала на IBM PC, в августе того же года – PC DOS 1.0 (эта версия была утверждена для применения на IBM PC).

Операционная система MS-DOS позволяет полностью использовать возможности процессоров Intel 8088 и Intel 80286, работающих в реальном режиме.

Основными характеристиками данной ОС являются:

– максимальный объем адресуемой физической памяти – 640 Кбайт;

– максимальный объем памяти, доступный из прикладных программ 640 Кбайт. Последние версии MS-DOS (начиная с 5.0) могут использовать адресное пространство между 640 Кбайт и 1 Мбайт для размещения своих составных частей и некоторых драйверов, освобождая тем самым память в адресном пространстве 0-640 Кбайт для использования прикладными программами;

– представление всех ресурсов персонального компьютера для одной, активной в настоящий момент, программы;

– развитая файловая система и процессор командного языка;

– слабая поддержка интерактивных средств взаимодействия с пользователем;

– занимаемый объем на диске, в зависимости от версии, от 1 Мбайта до

6 Мбайт. (минимум, при котором можно работать – 100 Кбайт).Основные составные части MS-DOS

MS-DOS состоит из следующих компонент:

– блок начальной загрузки (размещается в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты);

– модуль расширения BIOS (IO.SYS для версии 5.0 и выше);

– модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS для версии 5.0 и выше),

– командный процессор (COMMAND.COM);

– внешние команды (программы) MS-DOS;

– драйверы устройств;

– файл Config.SYS;

– файл Autoexec.bat.

Ядро MS-DOS включает блок начальной загрузки и файлы IO.SYS, MSDOS.SYS.

Блок начальной загрузки размещается в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты и/или в 1-м секторе HDD-диска, в разделе, отведенном под DOS. Выполняет следующие функции: просматривает корневой каталог системного диска и проверяет, являются ли первые два файла в каталоге – файлами IO.SYS и MSDOS.SYS. Если ДА – загружает их в ОЗУ и передает управление MS-DOS, если НЕТ – выдает сообщение на экране и ожидает нажатия какой-либо клавиши пользователем:

Non-System disk or disk error

Replace and press any key when ready

Не системный диск или ошибка диска

Замените и нажмите какую-либо клавишу, когда будет готово

Именно поэтому , при создании системной дискеты необходимо переносить на неё файлы IO.SYS и MSDOS.SYS с помощью специальной программы SYS.COM.

Модуль расширения BIOS IO.SYS

Это резидентный модуль (всегда находится в ОЗУ после загрузки, пока включен ПК). Взаимодействует с BIOS. Расширяет возможности BIOS или изменяет ее свойства (там, где необходимо) с помощью дополнительных драйверов.

Модуль обработки прерываний MSDOS.SYS

Это резидентный модуль. Обеспечивает интерфейс высокого уровня для прикладных программ, содержит программные средства для управления файлами, устройствами ввода-вывода, обработки исключительных ситуаций (ошибок) и др. Прикладная программа вызывает функции этого модуля через механизм программных прерываний, передавая (принимая) информацию к (от) MS-DOS через регистры CPU или (и) области памяти ОЗУ. MSDOS.SYS транслирует (переводит) запрос прикладной программы в один или несколько вызовов IO.SYS + BIOS.

Командный процессор COMMAND.COM

Отдельный модуль MS-DOS. Этот модуль может быть заменен на другой, более удобный. Предназначен для приема команд с клавиатуры или из *.bat - файлов и их выполнения; выполнения команд файла Autoexec.bat при загрузке MS-DOS; загрузки в ОЗУ и запуск на выполнение прикладных программ в среде MS-DOS.

Командный процессор состоит из 3-х частей :

– резидентной (размещается в ОЗУ сразу после MSDOS.SYS, включает процедуры обслуживания некоторых прерываний, процедуры обработки стандартных ошибок MS-DOS, процедуру загрузки транзитной части командного процессора);

– инициализирующей (в ОЗУ следует сразу за резидентной частью; во время загрузки OС ей передается управление; она выполняет файл Autoexec.bat и некоторые другие действия; эта часть командного процессора стирается из ОЗУ первой же загруженной программой);

– транзитной (загружается в старшие адреса ОЗУ; обрабатывает все внутренние команды, команды с клавиатуры и из *.bat-файлов; выдает системную подсказку MS-DOS; загружает в ОЗУ программы и передает им управление).

Внешние команды (программы)

Дополнительные программы, входящие в MS-DOS, выполняющие определенные функции.

Драйверы устройств

Специальные резидентные программы, которые управляют внешними устройствами. Драйверы загружаются в ОЗУ в том порядке, как они указаны в файле CONFIG.SYS.

Файл CONFIG.SYS

Специальный текстовый файл, где содержится информация о подгружаемых дополнительных драйверах и некоторая другая информация, касающаяся непосредственно MS-DOS и выполняемых в ее среде прикладных программ. MS-DOS выполняет этот файл автоматически, сразу после загрузки COMMAND.COM.

Файл AUTOEXEC.BAT

Специальный текстовый файл, в котором содержится дополнительная настроечная информация. MS-DOS выполняет этот файл автоматически, сразу после выполнения файла CONFIG.SYS.

Начальная загрузка MS-DOS

1. При включении ПК вначале выполняются программы BIOS.

2. После тестирования оборудования и выполнения других действий процедура POST (из модуля BIOS) осуществляет поиск и загрузку блока начальной загрузки по следующему алгоритму: вначале производится поиск на устройстве A:. Если блок не найден, то поиск выполняется на устройстве C:. Если снова поиск не завершился успешно, то вызывается встроенный в ПЗУ BASIC или производятся другие действия, записанные в ПЗУ.

3. Блок начальной загрузки производит поиск в корневом каталоге системной дискеты (диска) файлов IO.SYS и MSDOS.SYS (эти файлы должны быть первыми и именно в таком порядке).

4. Блок начальной загрузки производит загрузку файла IO.SYS и передает ему управление.

5. Файл IO.SYS выполняет следующие действия:

– загружает и настраивает MSDOS.SYS;

– определяет состояние подключенных устройств;

– инициализирует подключенные устройства;

– загружает необходимые драйверы устройств;

– передает управление файлу MSDOS.SYS.

6. Файл MSDOS.SYS выполняет следующие действия:

– инициализирует (настраивает) свои внутренние рабочие таблицы;

– загружает драйверы, указанные в файле CONFIG.SYS;

– загружает командный процессор (файл COMMAND.COM).

7. Командный процессор выполняет команды, указанные в файле Autoexec.bat.

8. Командный процессор выдает на экран монитора системную подсказку MS-DOS и ожидает ввода команд пользователя.

Файловая система MS-DOS

Файл (по-английски file – папка, скоросшиватель) – это поименованная область памяти на каком-либо физическом носителе, предназначенная для хранения информации.

Совокупность средств MS-DOS, обеспечивающих доступ к информации на внешних носителях, называется системой управления файлами, или файловой системой.

Одно из понятий файловой системы MS-DOS – логический диск. В некотором приближении можно считать, что с точки зрения MS-DOS каждый логический диск – это отдельный магнитный диск. Каждый логический диск имеет свое уникальное имя.

В качестве имени логического диска используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно).

Таким образом, количество логических дисков, может быть не более 26.

Буквы A и B – отведены строго под имеющиеся в IBM PC дисководы.

Начиная с буквы C именуются логические диски (разделы) жесткого диска (рис. 1.3).

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B пропускается (см. рис. 1.4).

Как правило, только логические диски A и C могут быть системными.

Рис. 1.3. Разделение на логические диски в системе с двумя дисководами.

Рис. 1.4. Разделение на логические диски в системе с одним дисководом.

[pic] [pic]

SpRecord - система записи телефонных разговоров на компьютер

Зарегистрируй себе домен RU

Файловая структура логического диска

Чтобы обратиться к информации на диске, находящейся в файле, надо знать физический адрес первого сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

MS-DOS избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама.

Для обеспечения доступа к файлам файловая система MS-DOS организует и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру (рис. 1.5).

Элементы файловой структуры:

– стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор);

– таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table);

– корневой каталог(Root Directory);

– область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).

Эти элементы создаются специальными программами в среде MS-DOS в процессе инициализации диска.

Стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Boot-сектор)

Здесь записана информация, необходимая MS-DOS для работы с диском:

– идентификатор ОС (если диск системный);

– размер сектора диска;

– количество секторов в кластере;

– количество резервных секторов в начале диска;

– количество копий FAT на диске (стандарт – две);

– количество элементов в каталоге;

– количество секторов на диске;

– тип формата диска;

– количество секторов в FAT;

– количество секторов на дорожку;

– количество поверхностей;

– блок начальной загрузки ОС.

[pic]

Рис. 1.5. Файловая структура на дискете емкостью 360 кбайт

За стартовым сектором располагается FAT.

FAT (таблица размещения файлов)

Область данных диска представлена в MS-DOS как последовательность пронумерованных кластеров.

FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

FAT – крайне важный элемент файловой структуры. Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют специальные программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.

Корневой Каталог. Это определенная область диска, создаваемая в процессе инициализации (форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске. Корневой каталог всегда существует на отформатированном диске. На одном диске бывает только один корневой каталог. Размер корневого каталога для данного диска – величина фиксированная, поэтому максимальное количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (подкаталогов) – строго определенное.

Каталоги (подкаталоги). Каталог – это определенное место на диске (в области данных диска), где содержится информация о файлах и подкаталогах, привязанных к данному каталогу.

MS-DOS поддерживает иерархическую структуру каталогов (древообразную, см. рис. 1.6).

[pic]

Рис. 1.6. Иерархическая структура каталогов

В отличие от корневого каталога, остальные каталоги (подкаталоги) создаются с помощью команд MS-DOS. Основная цель такой структуры каталогов – организация эффективного хранения большого количества файлов на диске.

Каждый каталог, кроме корневого, имеет "родителя", т.е. другой каталог, в котором зарегистрирован данный каталог. MS-DOS рассматривает каждый каталог, кроме корневого, как файл.

Файлы. Файл – это поименованная область памяти на каком-либо физическом носителе, предназначенная для хранения информации. Файл всегда зарегистрирован в каком-либо каталоге, в том числе, может быть "привязан" и к корневому каталогу (см. рис. 1.7).

Рис. 1.7. Иерархическая структура каталогов с файлами

[pic]

Идентификация логических дисков, каталогов и файлов. Идентификация логических дисков, каталогов, файлов осуществляется на базе имен.

Файловая система MS-DOS не допускает, чтобы логические диски, каталоги, файлы были с одинаковыми ИДЕНТИФИКАТОРАМИ!

В качестве имени логического диска используется одна из букв латинского алфавита (A ... Z). Каждый файл или каталог, кроме корневого, имеет полное имя.

Полное имя файла состоит из следующих частей (рис. 1.8):

[pic]

– имя логического диска (A … Z);

– символ-разделитель(двоеточие) ':';

– символ, идентифицирующий корневой каталог – '\' (слэш);

– перечень каталогов и подкаталогов (разделенных символом '\');

– собственно имя файла.

Рис. 1.8. Полное имя файла

Собственно имя файла состоит из имени, символа-разделителя '.' (точка) и расширения имени файла.

Маршрут доступа к файлу = "Имя логического диска" + "двоеточие" + "идентификация корневого каталога" + "весь перечень имен родительских каталогов".

Максимальное количество символов в полном имени файла равно 128.

Максимальное количество символов в имени файла равно 8.

Максимальное количество символов в расширении имени файла равно 3.

Расширение не обязательно, т.е. может и не присутствовать (в этом случае точка тоже отсутствует). Таким образом, размер собственно имени файла не превышает 13 символов (с учетом точки).

В полном имени файла разрешается использовать только следующие символы: A…Z, a … z, 0 … 9, $, &, #, `, ~, (, ), -, %, !, _, ^.

В полном имени файла запрещается использовать все остальные символы.

Примеры допустимых имен файлов:

format.COM read.me myfile.txt 28-03-96.doc 123.45

Примеры не допустимых имен файлов:

123456789.txt aa?.doc 35*.? i\t.f.doc *.txt my:file.txt

Использование расширений. Файлы, в зависимости от информации которая там хранится, могут иметь различное назначение: данные, программы, драйверы, настроечные файлы и т.д.

Расширения имени файла – не обязательный, но очень важный компонент. Он используется для разделения файлов по отдельным категориям (данные, программы, драйверы и т.д.).

В MS-DOS есть перечень предопределенных и наиболее часто встречающихся расширений файлов. В табл. 3 приведены некоторые из них.

Таблица 1

Расширения и их расшифровка

С точки зрения пользователя эти устройства ничем не отличаются от обычных файлов (с ними можно производить все те же операции, что и с обычными файлами). Однако не рекомендуется использовать имена файлов, построенные на базе вышеприведенных зарезервированных имен, такие, как: NUL.BAT, COM2.COO, PRN. TXT и т.п. Использование их в качестве расширений имен файлов допустимо: TEXT.PRN, FILE1.CON, FILE.NUL и т.п.

Символы подстановки в именах файлов. Когда необходимо произвести какие-либо действия над файлами пользователь вызывает определенные внутренние или внешние команды MS-DOS и передает им в качестве параметров имена файлов. Очень часто приходится производить одни и те же действия над многими файлами. Например, необходимо скопировать все файлы какого-либо каталога в другой каталог. Если файлов больше 200, то ровно 200 раз необходимо произвести эту операцию для каждого файла в отдельности. Это, как минимум, неудобно и непроизводительно для пользователя. Для решения такого рода проблем существуют специальные средства, которые помогают производить однотипные операции над целой группой файлов одной командой.

Так называемые символы подстановки, называемые также масками (по-английски они называются wildcards), позволяют фильтровать файлы, выполняя функцию обозначения места в имени файла. Такими масками являются знак вопроса(?) и звездочка (*).

Эти символы можно использовать в любом месте собственно имени файла и расширения. Символ ? означает, что команда при фильтрации файлов признает любой символ в имени или расширении файла, в позиции которого находится символ ?.

Символ * означает, что команда при фильтрации файлов признает все символы, в имени или расширении файла, начиная с позиции, где находится символ *.

Символы ? и * действуют не зависимо друг от друга применительно к имени или расширению.

Примеры:

Выполнить операцию над следующими группами файлов:

*.* – все файлы, без исключения;

*.txt – файлы с любыми именами, но с расширением txt;

II*.* – файлы, имена которых начинаются с цепочки символов II и имеющие любое расширение;

YE??0198.* – файлы, имена которых начинаются с цепочки символов YE, два следующих символа могут быть любыми, следующие четыре символа должны быть 0198, расширение любое.

Атрибуты файлов. Каждый файл и каталог имеет атрибут, который указывает на то, что этот файл является именно файлом, или на то, что он является каталогом. Файлы, в зависимости от атрибута, могут быть скрытыми, архивными, системными, только для чтения.

1.7. Глоссарий

BAT-файл (Batch-файл) – специальный текстовый файл, содержащий команду или группу команд MS-DOS (или вызовов программ), которые выполняются последовательно или в более сложном порядке.

CD-ROM – дисковод для воспроизведения информации, записанной на компакт-дисках.

EMB (расширенные блоки памяти) – блоки памяти, располагающиеся выше границы HMA.

EMS – дополнительная (expanded) оперативная память – вид оперативной памяти (свыше 640 кбайт) в компьютерах типа IBM PC. В отличие от расширенной памяти дополнительная память с помощью специальной аппаратуры и программного обеспечения отображается в диапазон адресов, лежащий ниже 1 Мбайт. Такой способ пригоден для компьютеров, использующих процессор Intel 8086, не обладающий возможностью адресации расширенной памяти.

FAT – таблица размещения файлов.

HMA-память (старшая область памяти) – это первые 64 кбайт расширенной памяти, начинающиеся с адреса FFFFh:0010h. Эта область может адресоваться процессором в реальном режиме и поэтому может быть использована обычными программами, предназначенными для работы в MS-DOS.

laptop (лэптоп) – портативный компьютер «наколенного» формата. Обычно такой компьютер может переноситься, как небольшой чемоданчик. Типичная масса – от 4 до 10 кг.

Norton Commander – неграфическая файловая оболочка.

notebook (ноутбук) – портативный компьютер «книжного» формата, обычный размер – 30х21х3-4 см, масса – 2-4 кг.

Plug-and-play – принцип динамического распределения ресурсов операционной системой.

POST – программа начального тестирования (Power-On Self Test) - это программа, прошитая в ПЗУ BIOS, которая выполняется при включении ПЭВМ. Она выполняет следующие действия:

анализирует установку DIP-переключателей (PC/XT) или содержимое памяти CMOS (AT и PS/2) для определения конфигурации подключенного к ПЭВМ оборудования и устанавливает соответственно флаги оборудования в области данных BIOS;

выполняет тестирование ОЗУ, записывая и считывая определенные данные во все адреса памяти;

исполняет тесты основных компонент ПЭВМ (контроллеров ПДП, прерываний, клавиатуры, дисководов и т. д.);

выполняет сканирование ПЗУ для инициализации дополнительных адаптеров;

вызывает программу начальной загрузки операционной системы или Бейсик, прошитый в ПЗУ.

UMB-память (верхние блоки памяти) – блоки памяти на машинах, использующих процессор 8086. Эти блоки памяти располагаются между границей 640 кбайт и 1 Мбайт.

XMS – спецификация, содержащая описание программного интерфейса драйвера HIMEM.SYS и рекомендации по использованию области памяти HMA.

Атрибуты файла – дополнительные параметры, определяющие свойства файла.

Архитектура ЭВМ – совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Базовое программное обеспечение – самый низкий уровень программного обеспечения, отвечающий за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами.

Байт – восемь взаимосвязанных битов, наименьшая единица измерения информации.

Бит – наименьшая единица измерения объема информации.

Винчестер (HDD ) – несъемный жесткий магнитный диск (пакет дисков).

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью.

Внешние команды MS-DOS – отдельные программы, которые для выполнения загружаются командным процессором MS-DOS в ОЗУ.

Внутренние команды MS-DOS – команды, которые выполняются непосредственно командным процессором MS-DOS.

Вычислительная техника – совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных.

Гбайт – 1024 Мбайт.

Деинсталляция программы – это обратный процесс, т.е. удаление программы.

Двоичное кодирование – система представления данных последовательностью двух знаков: 1 и 0.

Дорожка – концентрические окружности на магнитной поверхности диска, где располагается информация. Дорожки нумеруются с 0-й (дорожка с самым большим радиусом)

Инсталляция программы – это установка программы на персональный компьютер.

Информатика – наука , систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Информационный процесс — это процесс, в результате которого осуществляется прием, передача (обмен), преобразование и использование информации.

Информация – сведения об окружающем мире, которые повышают уровень осведомленности человека.

Каталог (папка) – это определенное место на диске (в области данных диска), где содержится информация о файлах и подкаталогах, привязанных к данному каталогу.

Кбайт – 1024 байт.

Кибернетика – наука об управлении.

Кластер – это минимальная порция информации, которую MS-DOS считывает/записывает за одно обращение диску. Кластер “содержит” только последовательно расположенные сектора (цель - увеличить скорость обмена с диском). Размер Кластера = N×(Размер Сектора)= N×512 байт, где N = 2,4,8 и т.д.

Кодирование данных – выражение данных одного типа через данные другого типа.

Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.

Мбайт – 1024 Кбайт.

Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает.

Операционная система – набор программ и драйверов, обеспечивающих взаимодействие программ с аппаратным обеспечением компьютера и базовые возможности для ввода команд пользователем.

Оперативная память служит для приема, хранения и выдачи информации.

Пользовательский интерфейс – методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации.

Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую.

Прикладное программное обеспечение – комплекс программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания.

Программа – упорядоченная последовательность команд.

Процессор, или микропроцессор, – основное устройство ЭВМ, предназначен для выполнения вычислении по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ.

Расширенная память (Extended Memory) – это память, используемая в компьютерах с процессорами 80286 и выше, располагающаяся в адресном пространстве выше одного мегабайта.

Регистры CPU – специальные внутренние устройства CPU, которые предназначены для хранения информации.

Резидентная программа – программа, которая после загрузки в ОЗУ и передаче ей управления инициализируется таким образом, что постоянно находится в ОЗУ и выполняется параллельно другим программам.

Самоустанавливающиеся устройства – устройства, удовлетворяющие принципу plug-and-play.

Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.

Сектор – каждая дорожка, размещенная на диске, делится на секторы. Каждый сектор имеет размер = 512 байт (для MS-DOS)

Сигнал (от латинского signum — знак) представляет собой любой процесс, несущий информацию.

Системное программное обеспечение – программное обеспечение, отвечающее за взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня, а также средства пользовательского интерфейса.

Слово – 16 взаимосвязанных битов (2 взаимосвязанных байта).

Служебное программное обеспечение (утилиты) – обеспечивает автоматизацию проверки, наладки и настройки компьютерной системы.

Сообщение — это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.

Тбайт – 1024 Гбайт.

Указатель мыши – активный элемент управления, графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной.

Флоппи-диск (дискета) – съемный гибкий магнитный диск.

Цилиндр – объединение дорожек с одним и тем же номером, расположенных на разных поверхностях диска(для флоппи-диска под цилиндром подразумевается 2 дорожки)