Раздел 1. Теоретические основы информатики

РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

ЛЕКЦИЯ №1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАТИКИ

Вопросы:

1. Появление и развитие информатики.

Структура информатики.

2. Информация и ее свойства. Формы представления информации. Единицы измерения информации.

3. Понятие количества информации. Формулы Хартли и Шеннона. Методы измерения информации.

4. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.

Литература:

Информатика. Учебник для вузов под ред. Проф. Н.В.Макаровой

 

ПОЯВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ИНФОРМАТИКИ

 

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин.

Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика".

В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. Основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной революции. Элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии. Термин "информатика" используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием "информатика" области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

В качестве источников информатики обычно считают две науки: документалистику и кибернетику.

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Основы кибернетики были заложены американским математиком Норбертом Винером в трудах по математической логике, опубликованными в 1948 г., а само название происходит от греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении). Основная концепция, заложенная Винером, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Кибернетика развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, активно используя все достижения компьютерной техники. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.

Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации, связанных с использованием компьютерной техники.

Таким образом информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее.

СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатика в узком смысле состоит из трех взаимосвязанных частей:

· технических средств (hardware),

· программных средств (software),

· алгоритмических средств (brainware).

В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций (рис. 1):

· как отрасль народного хозяйства:

· как фундаментальную науку:

· как прикладную дисциплину:

 

Рис. 1. Структура информатики как отрасли народного хозяйства, науки, прикладной дисциплины

Информатика как отрасль народного хозяйства занимается производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Цель фундаментальных исследований в информатике – получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения и функционирования.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

· изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

· созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

· разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

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

Инфоpматика — комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения.

Её приоритетные направления:

· pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;

· теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;

· математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;

· методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

· системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;

· биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;

· социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;

· методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

· телекоммуникационные системы и сети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;

· разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни.

Прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.

СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ

Возможность и эффективность использования информации обусловливаются такими основными ее свойствами, как

· содержательность,

· достаточность,

· доступность,

· актуальность,

· своевременность,

· точность,

· достоверность,

· устойчивость.

Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. C=Ic/Vд.

Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показателей). Как неполная, т.е. недостаточная для принята правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме.

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного с временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

 

Элементы конструкции ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на жестком и гибком дисках, разъемы для дополнительныхустройств и платы расширения с контроллерами - адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой Mother Board) размещаются:

· микропроцессор;

· микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

· генератор тактовых импульсов;

· блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

· адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

· контроллер прерываний;

· таймер;

· разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

· шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

 

3. ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

Внутримашинный системный интерфейс - система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой - представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса.

1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК.

2. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.

Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), которая содержит провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
• кодовую шину адреса (КША), для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
• кодовую шину инструкций (КШИ), для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
• шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

У процессоров Intel Pentium, а именно они наиболее распростра­нены в персональных компьютерах:

- адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий, и одновременно обрабатывается 4 байта;

- шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

- шина команд (инструкций) 32-разрядная, хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры).

Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации.

Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

• шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств,

• локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

 

Инструментальное ПО.

Литература:

Информатика. Учебник для вузов под ред. Проф. Н.В.Макаровой

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Программное обеспечение (sowtware) - совокупность программ обработки данных, выполняемых вычислительной системой и необходимых для их эксплуатации документов. Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы.

 

С позиций специфики разработки и вида программного обеспечения различают два класса задач - технологические и функциональные.

 

Технологические задачи ставятся и решаются при организации технологического процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде утилит, сервисных программ, библиотек процедур и др., применяемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данных функциональных задач.

 

Функциональные задачи требуют решения при реализации функций управления в рамках информационных систем предметных областей. Функциональные задачи в совокупности образуют предметную область и полностью определяют ее специфику.

 

Программное обеспечение является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

 

Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

 

 

ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ.

Данный класс программных средств наиболее представителен, что обусловлено прежде всего широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.

Классификация и типовые представители прикладного программного обеспечения.

ППП общего назначения.

Представители данного класса программных продуктов:

§ Настольные системы управления базами данных (СУБД), обеспечивающие:

- организацию и хранение локальных баз данных на автономно работающих компьютерах;

- централизованное хранение баз данных на файл-сервере и сетевой доступ к ним.

В настоящее время наиболее широко представлены реляционные СУБД для персональных компьютеров.

§ Серверы баз данных - вид программного обеспечения, предназначенный для создания и использования при работе в сети интегрированных баз данных в архитектуре клиент-сервер.

§ Генераторы (серверы) отчетов – обеспечивают реализацию запросов и формирование отчетов в печатном или экранном виде в условиях сети с архитектурой клиент-сервер.

§ Текстовые процессоры - автоматическое форматирование документов, вставка рисованных объектов и графики, составление оглавлений и указателей, проверка орфографии, шрифтовое оформление, подготовка шаблонов документов.

§ Табличный процессор -удобная среда для вычислений силами конечного пользователя; средства деловой графики, специализированная обработка (встроенные функции, работа с базами данных, статистическая обработка данных и др.).

§ Средства презентационной графики - специализированные программы, предназначенные для создания изображений и их показа на экране, подготовки слайд-фильмов, мультфильмов, видеофильмов, их редактирования, определения порядка следования изображений.

§ Интегрированные пакеты - набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе.

Наиболее распространены интегрированные пакеты, компонентами которых являются:

- СУБД;

- текстовый редактор;

- табличный процессор;

- органайзер;

- средства поддержки электронной почты;

- программы создания презентаций;

- графический редактор.

Отличительными особенностями данного класса программных средств являются:

- полнота информационных технологий для конечных пользователей;

- однотипный интерфейс конечного пользователя для всех программ, входящих в состав интегрированного пакета - общие команды в меню, стандартные пиктограммы одних и тех же функций (сохранение на диске, печать, проверка орфографии, шрифтовые оформления и т.п.), стандартное построение и работа с диалоговыми окнами и др.;

- общий сервис для программ интегрированного пакета (например, словарь и средства орфографии для проверки правописания, построитель диаграмм, конвертер данных и др.);

- легкость обмена и ссылок на объекты, (применяется два метода: DDE - динамический обмен данными и OLE - динамическая компоновка объектами), единообразный перенос объектов (метод drag-and-drop);

- наличие единой языковой платформы для разработки макрокоманд, пользовательских программ;

- возможность создания документов, интегрирующих в себе возможности различных программ, входящих в состав интегрированного пакета.

4. Методо-ориентированные ППП - включает программные продукты, обеспечивающие независимо от предметной области и функций информационных систем математические, статистические и другие методы решения задач.

Наиболее распространены методы математического программирования, решения дифференциальных уравнений, имитационного моделирования, исследования операций.

5. Офисные ППП - охватывает программы, обеспечивающие организационное управление деятельностью офиса:

§ Органайзеры (планировщики) - программное обеспечение для планирования рабочего времени, составления протоколов встреч, расписаний, ведения записной и телефонной книжки (калькулятор, записная книжка, часы, календарь и т.п.). Наиболее часто подобное программное обеспечение разрабатывается для ноутбуков, персональных компьютеров блокнотного типа.

§ Программы - переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста включают:

- программы-переводчики, предназначенные для создания подстрочника исходного текста на указанном языке;

- словари орфографии, используемые при проверке текстов;

- словари синонимов, используемые для стилевой правки текстов;

- программы для распознавания считанной сканерами информации и преобразования в текстовое представление.

К ним относятся:

- ППП OCR CuneiForm 2.0 - обеспечивает распознавание смешанных русско-английских текстов, в формате RTF сохраняется как текст, так и иллюстрации;

- ППП OCR Tiger - шрифтовая обучаемая система распознавания русского языка с возможностью автоматического выбора шрифта из библиотеки, обеспечивает многостраничный ввод текстов;

- ППП Stylus Lingvo Office реализует весь цикл "от листа до листа" - с помощью сканера осуществляется считывание текстового изображения, находящегося на печатном листе;

Fine Reader осуществляет распознавание оптических образов и запись считанной информации в текстовом виде; Stylus for Windows выполняет перевод на указанный язык; корректор орфографии Lingvo Corrector и резидентный словарь Lingvo осуществляют проверку и правку. Результат перевода представляется в формате текстового редактора Word for Windows и др.

6. Коммуникационные ППП - предназначены для организации взаимодействия пользователя с удаленными абонентами или информационными ресурсами сети.

В условиях развития глобальной информационной сети Internet появился новый класс программного обеспечения - браузеры, средства создания WWW-страниц. Они различаются возможностями поддержки языка HTML, использованием цвета при оформлении фона, текста, форматированием текста, использованием графических форматов изображений, таблиц, фонового звука, мультипликации и т.п. Большинство браузеров использует язык Java.

Электронная почта также становится обязательным компонентом офисных ППП. Наиболее широко распространенные ППП электронной почты:

- Eudora2.1.2(Qualcomm);

- Pegasys Mail 2-4 (David Haris);

- DML (DEMOS).

Языки программирования.

Машинный язык

Как известно, ЭВМ — это автомат, являющийся формальным исполнителем алгоритмов, поэтому для решения какой-либо задачи с помощью ЭВМ ей необходимо задать соответствующий алгоритм. Поскольку этот алгоритм предварительно надо ввести в память машины, а затем он должен интерпретироваться (т.е. восприниматься и исполняться) аппаратным путем, то этот алгоритм должен быть записан на специальном языке, понятном машине. Такой язык принято называть машинным языком (или языком машины), а запись алгоритма на таком языке называется машинной программой.

Поскольку машинные языки непосредственно управляют работой устройств, составляющих самый низший уровень детализации ЭВМ (регистры, аккумулятор, ячейки памяти и т.д.), то их принято называть языками низкого уровня. Машинные языки имеют предопределенный набор команд (инструкций машине), который зависит от типа процессора.

Недостатки машинного языка выражаются в следующем.

1. Разные типы ЭВМ могут иметь разные языки, так что программа, написанная на языке одной ЭВМ, может быть непонятна другой ЭВМ. Таким образом, каждая ЭВМ способна непосредственно выполнять только программы, записанные на ее собственном машинном языке. Поэтому говорят, что машинный язык является аппаратно зависимым.

2. Необходимость аппаратной реализации алгоритма, подлежащего выполнению, особенности элементной базы ЭВМ, вопросы их экономичности и т.д. приводят к тому, что язык машины довольно неудобен для человека. Например, любая машинная программа, в конечном счете, должна быть записана с помощью всего двух различных символов, в качестве которых обычно принимаются цифры 0 и 1, поэтому выразительные возможности машинных языков чрезвычайно бедны.

3. Каждая ЭВМ может непосредственно выполнять весьма ограниченный набор операций (называемый набором машинных команд), зависящий от ее архитектуры. В этот набор, для избежания чрезмерного усложнения, включается сравнительно небольшое число достаточно простых операций. Важно лишь, чтобы этот набор обеспечивал универсальность ЭВМ, т.е. чтобы с помощью этих операций можно было реализовать любой процесс обработки данных (хотя для решения некоторых задач ресурсов данной ЭВМ, например, емкости ее памяти, может оказаться недостаточно). Бедность набора машинных операций вынуждает программиста разрабатывать алгоритм решения интересующей его задачи до весьма высокого уровня детализации, доводя ее до планирования соответствующей последовательности машинных команд.

4. Ограниченные возможности аппаратуры приводят к тому, что каждая законченная фраза на машинном языке (называемая командой) может содержать в себе весьма ограниченный объем информации. Поэтому каждая машинная команда обычно определяет такой простейший этап вычислений, на котором выполняется единственная машинная операция. Это приводит к тому, что запись алгоритма получается весьма громоздкой.

5. Каждая машинная команда задается цифровым кодом, а ее операнды обычно задается в виде адреса, т.е. номера той ячейки памяти, которая отведена для хранения данного операнда. Эта форма записи является специфичной и неудобной для человека. Поэтому машинная программа получается очень ненаглядной и трудно понимаемой - даже в том случае, если он является автором этой программы.

Все указанные выше обстоятельства приводят к тому, что использование машинного языка влечет за собой большие трудности для человека при разработке и записи алгоритма решения интересующей его задачи. Кроме того, при использовании машинного языка имеется слишком много возможностей допущения различного рода ошибок, в том числе и таких, которые связаны не с сутью алгоритма, а со спецификой машинного языка.

Язык ассемблер

Чтобы уйти от сухих и невыразительных машинных инструкций машинного языка, но при этом иметь возможность работать на самом низком уровне разработали машинно-ориентированные языки программирования. Представителем машинно-ориентированного языка является язык ассемблер.

Язык ассемблер – это символьная форма записи машинного языка. Его использование существенно упрощает написание машинных программ, так как каждая из команд ассемблера выражается мнемокодом и набором операндов.

Мнемокод – это служебное слово, записанное в символьной форме и указывающее, какую необходимо выполнить операцию над операндами. В ассемблере не используются цифровые коды операций, операции указываются только своими символьными названиями, которые, конечно, легче запомнить (слово "мнемонический" означает "легко запоминающийся").

Операнды – это данные, над которыми выполняются операции, заданные мнемокодом. В качестве операндов в языке ассемблер могут использоваться числа и имена переменных.

Символьная форма записи машинных команд позволяет ассемблеру избавиться от ряда недостатков, свойственных языку машинных команд. Язык становится более выразительным и понятным. Кроме того, в ассемблере сохраняются все достоинства машинного языка:

· доступ ко всем ресурсам компьютера;

· короткий и эффективный программный код;

· программы, как правило, "быстрыми".

Вместе с тем, большинство из недостатков, связанных с аппаратно зависимым набором доступных команд, громоздкостью алгоритмов и программ, сложностью отладки больших приложений являются необъемлемой отличительной особенностью всех языков низкого уровня.

Служебные приложения.

ЛИТЕРАТУРА:

[3], стр. 98-113

Основные понятия и функции операционных систем

 Операционная система (ОС) представляет комплекс системных и служебных программных средств и предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех операционных систем — посредническая и заключаются в обеспечении нескольких видов интерфейса:

§ интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

§ интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно - программный интерфейс);

§ интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем.

В пакетном режиме ОС автоматически исполняет заданную последовательность команд.

В диалоговом режиме ОС находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а, исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды.

Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора или прерываний работы самой системы. Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы.

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы.

Неграфические ОС реализуют интерфейс командной строки.

Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

Активный элемент управления это указатель мыши — графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. Пассивные элементы управления - графические элементы управления приложений

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь.

Даже для одной аппаратной платформы   существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние.

Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций.

Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

Операционные системы для персональных компьютеров делятся на:

§ одно- и многозадачные;

§ одно- и многопользовательские;

§ непереносимые и переносимые на другие типы компьютеров;

§ несетевые и сетевые, обеспечивающие работу в локальной вычислительной сети ЭВМ.

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск.

Для дисковых ОС в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. Ее автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ, с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.

 

Файловая система FAT

Файловая система построены на основе таблицы размещения файлов (File Allocation Table - FAT).

Принцип организации файловой системы FAT — табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора, в соответствии с рисунком 20.1.

Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах).

Секторы, не содержащие пользовательских данных (файлов), не отражены в FAT. К таким секторам относятся загрузочные секторы, таблицы размещения файлов и секторы корневого каталога.

Поскольку нарушение FAT-таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.

Сектор - наименьшая физическая единица хранения данных.Размер сектора равен 512 байт. Поскольку размер FAT-таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим группы секторов условно объединяются в кластеры (блоки).

Кластер - наименьшая единица адресации к данным.Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.

Рисунок 20.1 – Структура жесткого диска

При записи файла на диск, информация о нем (о типе файлов, их названиях, размерах, дате создания) записывается в корневой каталог. Кроме этого, для каждого файла в корневом каталоге есть номер кластера, с которого начинается файл. По этому номеру, система обращается в ячейку таблицы, с таким же номером, где будет записан номер следующего кластера. И так далее, до тех пор, пока не будет описано расположение всего файла на диске. Запись закончится командой "стоп".

Рисунок 20.2

Считывание происходит так же. Сначала считывается информация о файле, затем по указателю система переходит в таблицу и там, считывает остальные номера кластеров, которые занимает файл.

Возьмем, к примеру, (рисунок 20.2) файл mydoc.txt. В поле "указатель" стоит номер 01. По этому но