Системное программное обеспечение

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

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.

10