Основные характеристики MS DOS

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЭВМ

Рассмотрим архитектуру наиболее распространенного персонального компьютера IBM PC. Под архитектурой ПК (ПЭВМ) понимают структурную схему внутренней организации и взаимодействия основных функциональных модулей компьютера (центрального процессора, чипсетов, устройств системы памяти, контроллеров периферийных устройств и самих периферийных устройств).

ПЭВМ имеет модульную структуру (рисунок 2). Все модули связаны с центральным процессором и между собой посредством системной шины (системной магистрали). Компоненты, представленные на структурной схеме, имеют следующее назначение.

Рисунок 2 – Упрощенная структурная схема персонального компьютера

Системный блок является главным блоком в ПЭВМ. Он включает все основные составляющие персонального компьютера. Важнейшим его компонентом является системная (или материнская) плата. Расположенные на ней электронные модули (чипсеты), а также центральный процессор, основная память ( ОЗУ (RAM) и ПЗУ (ROM)) составляют базовый комплект электроники компьютера. Кроме этого на системной плате расположены контроллеры внешних (периферийных) устройств. Кроме системной платы в системном блоке также размещаются: устройства внешней памяти – накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестеры, источник питания и системный динамик. В последние годы к перечисленным устройствам добавились накопитель на оптических дисках (НОД), или CD-ROM, а также накопитель на сменных магнитных дисках (последние два устройства являются не обязательными, поэтому могут и отсутствовать).

К системному блоку через разъемы, расположенные на его задней стенке, подсоединены все внешние устройства: монитор, клавиатура, мышь, принтер, сканер, звуковые колонки, модем и т. д. Состав как внутренних устройств системного блока, так и внешних устройств существенно зависит от потребностей и возможностей пользователя. Поэтому в каждом конкретном случае он будет различным. Благодаря модульной структуре ПЭВМ, пользователь по своему желанию может изменять ее конфигурацию, подключая дополнительные периферийные устройства.

Центральный процессор – это электронный модуль, выполняющий в компьютерной системе основную вычислительную работу. Он управляет взаимодействием между всеми блоками и системами компьютера. Центральный процессор является ядром любой ПЭВМ.

Конструктивно центральный процессор, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС). В его состав входят:

центральное устройство управления;

арифметико-логическое устройство (АЛУ);

внутренняя регистровая память;

КЭШ-память;

схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти;

схемы управления системной шиной и др.

В ПЭВМ может быть несколько процессоров. Одни из них управляют вводом-выводом данных и называются процессорами ввода-вывода. Другие выполняют вычисления с вещественными числами и называются математическими сопроцессорами. Третьи генерируют изображения на экран монитора и называются графическими процессорами. Но в любой ПЭВМ есть процессор, который управляет всей компьютерной системой, - это центральный процессор.

Чипсет – так называется комплект микросхем, предназначенный для поддержки в компьютерной системе функциональных возможностей, предоставляемых процессором, оперативной памятью, КЭШ-памятью, дисковой и видеопамятью, а также прочими компонентами системы. Микросхемы чипсета генерируют большинство сигналов для системных и периферийных компонентов, преобразуют сигналы между шинами, позволяют процессору и оперативной памяти работать с постоянной производительностью. В состав нескольких микросхем, из которых состоят чипсеты, входят узлы, называемые "обрамлением центрального процессора". Это – таймер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, контроллеры графической шины AGP, последовательного и параллельного портов и прочие устройства, поддерживающие системные процессы в ПЭВМ.

Основная память структурно объединяет оперативную память (ОЗУ) и постоянную память (ПЗУ). Оперативная память построена на БИС или СБИС и является энергозависимой: при отключении питания информация в ОЗУ теряется. В оперативной памяти хранятся исполняемые программы, исходные и промежуточные данные, а также результаты вычислений. Емкость ОЗУ измеряется в Мбайтах. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость ОЗУ составляет 16 … 64 Мбайт и более. Постоянная память является энергонезависимой. Она используется для хранения системных программ, в частности так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS). Программы, хранящиеся в ПЗУ, предназначены для постоянного использования центральным процессором.

Контроллеры – устройства, предназначенные для управления внешними (периферийными) устройствами. Каждое внешнее устройство имеет свой контроллер. В ПЭВМ широко используются контроллеры, встроенные непосредственно на материнскую плату. Встроенными, например, являются контроллеры клавиатуры, накопителей на гибких и жестких магнитных (оптических) дисках, параллельного и последовательного портов. Внешние контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Они могут состоять из нескольких микросхем. Внешние контроллеры часто называют адаптерами внешних устройств.

Как видно из рис. 2, все электронные элементы ПЭВМ взаимосвязаны друг с другом с помощью шин – совокупности линий связи и микросхем, осуществляющих передачу электрических сигналов определенного функционального назначения. Совокупность всех шин информационно-вычислительной системы называется системной шиной (системной магистралью).

По шинам передаются сигналы трех групп: адресные, управляющие и данные. Соответственно различают следующие шины:

шина данных. Предназначена для передачи данных между электронными модулями ПЭВМ;

шина адреса. Обеспечивает пересылку кодов адресной информации к ОЗУ или электронным модулям ПЭВМ для доступа к ячейкам памяти или к устройствам ввода-вывода;

шина управления. Включает линии, по которым передаются сигналы управления: обмена, запросы на прерывания, синхронизации, передачи управления и т. д.

Каждая шина характеризуется разрядностью, т. е. количеством линий, составляющих шину (количеством одновременно передаваемых по линиям шины битов информации). В архитектуре ПЭВМ чаще всего встречаются 8-, 16-, 32- и 64-разрядные шины.

Источник питания ПЭВМ предназначен для формирования напряжений постоянного тока, необходимых для работы внутренних устройств и узлов системного блока. Внешние устройства, как правило, имеют отдельные источники питания. Типовые значения напряжений, формируемых источником питания – +3,3 В, +(-)5 В,

+(-)12 В. В настольных компьютерах мощность блока питания обычно бывает от 150 до 400 ватт.

Системный динамик предназначен для выдачи звуковых сообщений (сигналов) в случае каких-либо сбоев в работе оборудования ПЭВМ или в случае некорректных действий пользователя. Он позволяет пользователю следить за работой ПЭВМ, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ.

О назначении и основных характеристиках устройств внешней памяти и внешних устройств ПЭВМ речь пойдет на последующих лекциях.

MS DOS (Microsoft Disk Operating System – дисковая операционная система фирмы Microsoft) – это 16-разрядная однопользовательская однозадачная операционная система, принятая в качестве базовой для работы на IBM-совместимых компьютерах. В определении дана почти полная характеристика названной операционной системе. Во-первых, MS DOS предназначена для загрузки в память ПЭВМ с магнитного диска (гибкого или жесткого). В ней не предусмотрено встроенной поддержки накопителей на магнитных лентах.

Во-вторых, MS DOS является однопользовательской однозадачной ОС. Это значит, что она позволяет одновременно решать только одну задачу (т. е., может обслуживать только одну программу) или отвечать на запросы (выполнять команды) только одного пользователя. Отсюда следует, что MS DOS является операционной системой реального времени (такая ОС может обслуживать только те вычислительные процессы, скорость которых согласована со скоростью временных процессов, т. е., ходом реального времени).

С начала 80-х годов (первый IBM PC с операционной системой MS DOS поступил в продажу в 1981 г.) и по настоящее время было выпущено несколько версий операционной системы MS DOS. Последними такими версиями стали MS DOS 6.22 и MS DOS 7.0. Все они отличались друг от друга, в основном, возможностями по управлению накопителями на магнитных дисках и оперативной памятью. В частности, в последних версиях MS DOS программы могут занимать только первый мегабайт пространства оперативной памяти ПЭВМ, остальная память используется только для хранения данных.

Наибольшую популярность у пользователей ПЭВМ последних лет получила версия ОС MS DOS 6.22, появившаяся в мае 1994г. Она содержит, в отличие от первоначальных версий, множество усовершенствований. Например, в операционную систему встроены программные модули сжатия файлов Drive Space, программа резервного копирования, антивирусная программа, оптимизатор жесткого диска, дефрагментатор файлов и программа автоматического конфигурирования памяти.

Независимо от версии ОС MS DOS, структура (состав) ее остается одинаковой. На рис.1 представлены основные программные модули MS DOS и места их расположения. Операционная система MS DOS состоит из следующих частей: базовой системы ввода-вывода (BIOS), программы-загрузчика(BOOT), дисковых файлов IO.SYS и MSDOS.SYS, командного процессора (COMMAND.COM), драйверов устройств и внешних команд DOS.

Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в интегральной схеме ПЗУ ПЭВМ. BIOS представляет операционной системе стандартные программы для обслуживания операций ввода-вывода. Это – наиболее простые программы-драйверы, предназначенные для работы всех стандартных устройств – дисплея, клавиатуры, дисков, принтера, последовательного порта, интервального таймера, часов реального времени.

Рисунок 1 – Структура операционной системы MS DOS

После включения питания компьютера первой начинает работать BIOS. Вначале осуществляется проверка аппаратных средств (монитора, ОЗУ, клавиатуры, накопителей информации на дисках) и в случае неисправности какого-либо из устройств операционная система сообщает об этом пользователю соответствующей серией звуковых сигналов.

По окончании проверок BIOS передает управление программе-загрузчику. Загрузчик операционной системы (BOOT) – короткая программа, записанная в первом секторе раздела системного диска. Этот сектор занимает на диске строго определенное место и называется бут-сектор. Программа-загрузчик загружает в оперативную память компьютера системный файл IO.SYS и передает ему управление дальнейшей загрузкой модулей ОС.

Системные файлы IO. SYS и MSDOS.SYS, называемые также дисковыми файлами, загружаются в оперативную память компьютера и находятся там резидентно, т.е. постоянно. Оба названных файла размещаются на загрузочном (системном) диске в строго определенном месте (сектора, следующие за бут-сектором).

Файл IO.SYS дополняет программы BIOS. Он позволяет загрузить в оперативную память драйверы, обслуживающие внешние устройства, которых нет в BIOS. Какие именно драйверы необходимо загрузить описано в файле конфигурации CONFIG.SYS. Файл IO.SYS включает также модуль SYSINIT, управляющий процессом загрузки ОС.

Файл MSDOS.SYS управляет обработкой прерываний высокого уровня. Этот модуль содержит ядро ОС – средства, предназначенные для управления прикладными программами, оперативной памятью и дисковыми данными.

Всего в персональном компьютере используется 256 прерываний (с 0-го по 255-е) – специальных аппаратных и программных средств, обеспечивающих возможность переключения с одной программы на другую и возврат для продолжения прерванной программы. BIOS обслуживает прерывания с номерами 0 … 31 (прерывания нижнего уровня). Прерывания с номерами 32 … 255 (прерывания верхнего уровня) обслуживает модуль обработки прерываний MSDOS.SYS.

Файлы IO.SYS и MSDOS.SYS не могут быть скопированы на другой диск обычными командами копирования. Для их записи на диск применяется специальная команда DOS SYS.COM. Кроме этого указанные файлы можно записать на диск при его форматировании.

После загрузки ядра операционной системы модуль SYSINIT выполняет команды текстового файла CONFIG.SYS, который находится в корневом каталоге системного диска. Команды файла конфигурации CONFIG.SYS определяют режим работы MS DOS и загружают драйверы устройств и резидентные программы.

Далее в память загружается командный процессор.

Командный процессор (COMMAND.COM) предназначен для реализации следующих функций:

прием и синтаксический разбор команд, полученных с клавиатуры или из командного файла;

исполнение внутренних команд операционной системы;

загрузка и исполнение внешних команд операционной системы и прикладных программ пользователя (файлов с расширениями COM, EXE, BAT).

Файл COMMAND.COM может быть записан на системном диске в любом его месте. Командный процессор располагает двумя модулями – резидентным и транзитным. Команды внутреннего, или резидентного, модуля при загрузке ОС помещаются в резидентную область оперативной памяти и выполняются непосредственно командным процессором. Транзитные команды находятся в модуле, расположенном на диске. Для выполнения транзитных команд командный процессор находит их и загружает в память, после чего передает им управление.

Процесс загрузки завершается выполнением команд файла автозапуска AUTOEXEC.BAT, расположенного в корневом каталоге системного диска. Выполнение программ и установка переменных окружения, определяемых в этом файле, должны быть согласованы с установками файла CONFIG.SYS. Если файл AUTOEXEC.BAT в корневом каталоге отсутствует, то загрузка MS DOS завершается.

Файл AUTOEXEC.BAT – это командный файл, предназначенный для хранения команд, осуществляющих настройку системы. Особенностью файла является то, что DOS автоматически выполняет содержащиеся в нем команды, считая их частью процедуры загрузки. Этот файл должен постоянно находиться в корневом каталоге загрузочного диска.

Драйверы устройств – программы ввода-вывода, дополняющие BIOS для нестандартных устройств. Они позволяют расширить возможности операционной системы, обеспечивая обслуживание новых или нестандартных устройств, для которых отсутствуют программы-драйверы в BIOS. К числу таких программ, например, относятся программы ввода русских букв с клавиатуры, доступ к оперативной памяти свыше одного мегабайта и т.д.

Прикладные программы MS DOS поставляются для реализации таких важных операций, как проверка дисков, форматирование и т.д.

Драйверы устройств и прикладные программы могут размещаться как на системном (загрузочном) диске, так и на других дисках.

По первому учебному вопросу можно сделать следующие выводы:

1. Операционная система MS DOS является дисковой операционной системой (т. е., загрузка ее модулей в ОЗУ персонального компьютера возможна только с магнитного диска).

2. Основными составными частями ОС MS DOS являются: базовая система ввода-вывода, программа-загрузчик, модуль расширения BIOS (файл IO.SYS) и модуль обработки прерываний (файл MSDOS.SYS), командный процессор (файл COMMAND.COM), драйверы устройств и внешние команды DOS.

3. Системные файлы должны размещаться на загрузочном диске, как правило, в строго определенных местах.

Дата добавления: 2014-01-15