Системное программное обеспечение
.pdfСистемный блок. Материнская плата
|
Внешние устройства |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контроллер |
|
|
SCSI |
|
Видеоконтроллер |
|
|
Монитор |
||
сети |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НГМД, |
|
|
Шина |
|
|
|
НЖМД, |
|
|
|
|
||
CD-ROM |
|
|
|
|
|
|
|
Контро- |
Контроллер |
Кэш- |
ОЗУ |
CMOS |
|
|
па- |
|||||
|
|
|
|
|
||
Последователь- |
ллер |
накопителей |
мять |
|
|
|
портов |
|
BIOS |
Контроллер |
|||
ные-параллель- |
Процессор |
|||||
вв-выв |
клавиатур |
|||||
ные порты |
|
|
||||
|
Рис.1. Системный блок. Материнская плата |
|
Размер материнской платы: стандарт ATX (microATX, miniATX, nanoATX, picoATX). Слоты расширения: PCI (PCI-1), PCI-Ex16.
Радиаторы:
•активные (с вентилятором)
•пассивные.
Индуктор — электромагнитная катушка, предназначенная для хранения магнитной энергии, используется для удаления всплесков напряжения и провалов мощности.
Конденсаторы:
1.токопроводящая пластина с тонким изолятором, завёрнутая в пластмассовый или керамический контейнер. Когда конденсаторы получают ток, положительный заряд накапливается на одной из пластин, отрицательный — на другой.
2.электролитический конденсатор — большей ёмкости, но чаще выходит из строя. ЦПУ (сокет) — гнездо подключения процессора к материнской плате.
Мосты (Рис.2) — набор микросхем, которые отвечают за работу всех компонентов
платы и эффективность связи с процессором. Северный и южный мосты образуют чипсет. Название мосты получили из-за своего географического расположения на материнской плате. Северный мост расположен под процессором, использует, как правило, дополнительное охлаждение. Южный мост находится внизу, обходится без охлаждения.
1
Слот памяти
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CPU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RAM |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Графический |
|
|
|
|
|
|
|
Северный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
мост |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
контроллер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
(NorthBridge) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PCI |
|
|
|
|
|
|
|
Южный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мост |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PCI-Ex |
|
|
|
|
|
|
(SourthBridge) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мультиконт- |
||||||||
|
|
BIOS |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
роллер |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COM-Port |
||||||
|
|
Рис.2. Северный и южный мосты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разъёмы системной панели Процессор: макропроцессор, сокет, частота процессора (в мегагерцах), количество
ядер, частота шины, кэш. Блок питания
Загрузка операционной системы
Загрузка с жёсткого диска содержит таблицу разделов, программу-загрузчик и метку системы. Для этого системе отведено 512 байт.
0 445 510 511
4x16 байт
Рис.3. 512 байт
Если 510-й, 511-й байты содержат 16-ричные значения (0×55, 0xAA), можно загружаться дальше.
4x16 байт — таблица разделов жёсткого диска.
2
445 — последний байт загрузчика.
0-445 — программа-загрузчик, которая передаёт управление POST-процедуре.
MBR — функция перехода в нужный раздел жёсткого диска. Выполняется после POST-процедуры.
Процедура загрузчика производит следующие действия: определяет, какой из разделов в таблице разделов содержит метку активного раздела; далее считывает первый сектор в ОЗУ
ипроверяет его на наличие системной метки в первых двух байтах.
1.Первый сектор раздела — boot sector.
2.Загрузчик, расположенный в boot sector’е убеждается, что в первых кластерах данных расположен файл io.sys.
3.Следующим загружается файл config.sys. Он содержит в себе настройки ОС и ссылки на дополнительные драйверы.
4.Далее загружается текстовый файл autoexe.bat, содержащий команды вызова дополнительных программ.
5.Следующий — command.com. После загрузки этого файла ОС выдаст приглашение к вводу команд пользователя.
Файлы с расширением .com являются загружаемыми и исполнимыми образами программ.
С расширением .bat — содержат последовательности команд, которые выполняются в случае ввода с клавиатуры.
Одной из двух систем программного обеспечения является система управления файлами.
Файловая система — набор спецификаций и соответствующее им ПО, которое отвечает за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами.
В некоторых ОС может быть несколько систем управления файлами, что обеспечивает возможность работы с несколькими файловыми системами.
Структура жёсткого магнитного диска
Информация на магнитных дисках размещается и передаётся блоками, которые называются секторами.
Секторы расположены на дорожках диска.
3
Современные жёсткие диски содержат два и более диска.
Рис.4
Группа дорожек одного радиуса образует цилиндр. Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации.
Размер сектора — 512 байт.
Физический адрес сектора определяется триадой [c-h-s].C—c-h-s]. C — номер цилиндра, h — номер рабочей поверхности диска, s — номер сектора дорожки.
В самом первом секторе [c-h-s].C—0-0-1] располагается главный загрузочный сектор, или MBR. MBR состоит из: выполняемого кода и таблицы разделов.
Жёсткий диск может быть разбит на несколько разделов. Разделы диска бывают двух типов: primary (первичный) и extended (расширенный).
На диске должен быть хотя бы один первичный раздел. На одном диске может быть только один расширенный раздел, который в свою очередь можно разделить на подразделы (логические диски).
4
Рис.5
Чаще всего это (винчестеры?) металлические диски, покрытые магнитным материалом (платтером).
Для записи используются обе поверхности дисков.
Данные считываются и записываются с помощью головки чтения-записи, которые перемещаются вдоль поверхности диска, не касаясь его. Чем ближе головка к поверхности диска, тем выше допустимая плотность записи.
Скорость вращения диска — 5400-7200 оборотов в минуту.
Количество секторов на дорожке
Зависит от того, внешняя дорожка или внутренняя. Внешняя имеет больше секторов.
Данные на чистый диск записываются с внешней дорожки.
5
Задержка позиционирования
После того как головка оказывается над желаемой дорожкой, она ждёт появления требуемого сектора на этой дорожке. Это время называется задержкой позиционирования (измеряется в миллисекундах).
В среднем время задержки позиционирования считается как время поворота диска на 180 градусов.
Блок электроники содержит: управляющий блок, ПЗУ, буферную память, интерфейсный блок, блок цифровой обработки сигналов.
Управляющий блок представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок и вырабатывающую управляющие воздействия, коммутацию информационных потоков с различных головок, приём и обработку сигналов с датчиков устройств и т. д.
Блок ПЗУ содержит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигналов.
Буферная память — сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя.
Классификация программного обеспечения
ПО делится на три класса:
1.СПО
2.Прикладное ПО
3.Специальное ПО информационных и управляющих систем
Прикладные программы предназначены для решения функциональных задач. Они выполняют обработку информации в различных предметных областях.
К специальному программному обеспечению относятся:
1.Программы управления БД (СУБД) — сложная программная система накопления данных и последующего манипулирования ими.
2.Программы управления языком интерфейса ОС
3.Программы сбора и предварительной обработки информации.
СПО — совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы
компьютеров и сетей ЭВМ. Предназначено для:
1.Создание операционной среды функционирования других программ
2.Автоматизация разработки новых программ
3.Обеспечение надёжности и эффективности работы компьютера
6
4.Проведение диагностики и профилактики … компьютера
5.Выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, восстановление файлов и БД)
СПО включает в себя системные управляющие и системные обрабатывающие
программы.
Управляющие программы организуют корректное функционирование всех устройств системы. Эти программы находятся в основной памяти, называются резидентными, т. е. составляющими ядра ОС.
Обрабатывающие программы выполняются как специальные прикладные задачи, или приложения.
СПО подразделяется на базовое и сервисное (рис. 6).
Рис.6
Базовое ПО — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.
ОС — совокупность программных средств, обеспечивающих управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействием между собой и пользователем.
Сервисное ПО — программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового ПО и организуют более удобную среду работы пользователя. Эти программы называются утилитами.
Утилиты — программы для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров.
Отдельная группа СПО — системное программирование, которое включает следующие компоненты:
1.Редактор текста
2.Транслятор соответствующего языка. Предназначен для преобразования программ, написанных на языках программирования в программно-машинном языке. Делятся на компиляторы и интерпретаторы. Компилятор переводит исходный модуль на машинный язык. Интерпретатор последовательно переводит на машинный язык и выполняет операторы исходного модуля.
7
3.Компоновщик — системная обрабатывающая программа, редактирующая и объединяющая объектные модули в единый загрузочный готовый к выполнению программных модулей.
4.Отладчик. Позволяет управлять процессом выполнения программы. Также является инструментом для поиска и исправления ошибок.
5.Библиотеки подпрограмм Загрузчик — системная обрабатывающая программа, объединяющая основные
функции редактора связи и программы выборки в одном пункте задания.
Средства сетевого доступа — ещё одна группа СПО. Обеспечивает передачу и хранение данных в сети. Ключом использования этих ресурсов является сервер.
Требования СПО:
1.Прозрачность работы
2.Гарантированная надёжность выполнения в соответствии со спецификацией.
3.Максимальная скорость выполнения
4.Минимальные затраты на хранение машинного кода
Система управления файлами. Файловая система FAT
В файловой системе (ФС) дисковое пространство делится на две области: системная область (СО) и область данных (ОД).
СО создаётся при форматировании, а впоследствии обновляется при манипулировании файловой структуры. СО состоит из следующих компонентов:
1.Загрузочный сектор
2.Таблица размещений
3.Корневой каталог ОД содержит файлы и каталоги, подчинённые корневому.
Загрузочный сектор файловой системы FAT
Загрузочный сектор состоит из двух частей: блока параметров диска (блок параметров BIOS) и программы начальной загрузки ОС.
Блок параметров диска содержит:
1.Размер сектора
2.Число секторов в кластере
3.Количество копий FAT
4.Количество секторов таблицы FAT
8
5.Метку тома
6.Имя файловой системы
Каждый элемент ФС FAT соответствует одному кластеру диска и характеризует его
состояние (свободен, занят, является сбойным кластером). Если кластер распределён к какому-либо файлу, то есть занят, то соответствующий элемент FAT содержит номер следующего кластера файлов. Последний кластер файлов отличается числом в диапазоне FF8h-FFFh, которое значит, что он занят. Если кластер свободен, он содержит нулевое значение — 000h. Кластер, непригодный для использования (сбойный), отмечается числом FF7h. Разбиение области данных на кластеры (вместо использования секторов) позволяет:
1.Уменьшить размер таблицы FAT
2.Уменьшить фрагментацию файлов
3.Сократить длину цепочек файлов, т. е. ускорить доступ к файлам Однако слишком большой размер кластера ведёт к неэффективному использованию
области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов.
Таблица файлов FAT хранится в двух идентичных экземплярах, которые следуют друг за другом. При разрушении первой копии таблицы используется вторая. Таблица обычно загружается в оперативной памяти и остаётся там настолько долго, насколько это возможно.
Основной недостаток FAT — медленная работа с файлами. При создании файлов работает правило: выделяется первый свободный кластер.
Корневой каталог
Элементом каталога является дескриптор. Он включает в себя имя, расширение, дату создания и последней модификации, время создания и последней модификации, атрибуты, длину файла (каталога), номер первого кластера в цепочке кластера.
ОС ищет файл с нужным именем, просматривая описания файлов в текущем каталоге. Когда найден требуемый элемент в текущем каталоге, ОС считывает номер первого кластера данного файла, а затем по таблице FAT определяет остальные номера кластеров. Данные из этих кластеров считываются в оперативную память, объединяясь в один непрерывный участок. ОС передаёт управление файлом, и программа начинает работать.
Файловая система FAT32
FAT32 – полностью самостоятельная 32-разрядная ФС.
1.Намного эффективнее расходуется дисковое пространство за счёт того, что используются кластеры меньшего размера — 4 кБайта.
9
2.Имеет расширенную загрузочную запись, которая позволяет создавать копии критических структур данных.
3.Может перемещать корневой каталог, т. е. он может находиться в произвольном месте. Новые поля: дата последнего доступа и контрольная сумма.
Файловая система NTFS
Диск NTFS условно делится на две части: первые 12% диска отводится под т. н. MFTзону. Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой. Это делается для того, чтобы самый главный служебный файл MFT не фрагментировался при своём росте. Остальные 88% представляют собой обычное пространство для хранения файлов.
Рис.7
Механизм использования MFT-зон
Когда файлы нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона сокращается. При освобождении места в обычной области MFT-зона снова расширяется.
NTFS |
FAT |
vcmd.ex |
vcmd.ex |
spchtel.dll |
spchtel.dll |
speech.dll |
speech.dll |
speech.hlp |
speech.hlp |
vemshl.dll |
vemshl.dll |
10