Базовое программное обеспечение

Базовое ПО, или BIOS, представляет программа, которая отвечает за управление всеми компонентами, установленными на материнской плате. Фактически BIOS является неотъемлемой составляющей системной платы и поэтому может быть отнесена к особой категории компьютерных компонентов, занимая промежуточное положение между аппаратурой и программным обеспечением.

Аббревиатура BIOS расшифровывается как Вasic Input/Output System – базовая система ввода/вывода.

Функции BIOS

1) поддержка функций ввода-выво­да за счет предоставления ОС интерфейса для взаимодействия с ап­паратурой.

2) процедура тестирова­ния (РОSТ – Роwеr Оn Self Test) всего установленного на материн­ской плате оборудования (за исключением дополнительных плат рас­ширения), проводимая после каждого включения компьютера. В процедуру тестирования входят:

• проверка работоспособности системы управления электропитанием;

• инициализация системных ресурсов и регистров микросхем;

• тестирование оперативной памяти;

• подключение клавиатуры;

• тестирование портов;

• инициализация контроллеров, определение и подключение же­стких дисков.

В процессе инициализации и тестирования оборудования BIOS сравнивает данные системной конфигурации с информацией, храня­щейся в СМOS – специальной энергозависимой памяти, расположен­ной на системной плате. Хранение данных в СМOS поддерживается специальной батарейкой, а информация обновляется всякий раз при изменении каких-либо настроек BIOS. Таким образом, именно эта память хранит последние сведения о системных компонентах, текущую дату и время, а также пароль на вход в BIOS или загрузку операционной системы (если он установлен). При выходе из строя, повреждении или удалении батарейки все данные в СМOS -памяти обнуляются.

3) Третьей важной функцией, которую BIOS выполняет со времен IВМ РС, является загрузка ОС. Современные BIOS позволяют загружать операционную систему не только с гибкого или жесткого дис­ка, но и с приводов СО-RОМ, ZIР, LS-120, SCSI-контроллеров. Оп­ределив тип устройства загрузки, BIOS приступает к поиску программы - загрузчика ОС на носителе или переадресует запрос на загрузку на BIOS другого устройства. Когда ответ получен, программа загрузки помещается в оперативную память, откуда и происходит загрузка системной конфигурации и драйверов устройств операционной системы.

4) С появлением процессоров Pentium BIOS стала выполнять еще одну функцию – управление потребляемой мощностью, а с появ­лением материнских плат форм-фактора (стандартизированный раз­мер) АТХ (Advanced Тесhnologу еХtended– расширенная продвину­тая технология) – и функцию включения и выключения источника питания в соответствии со спецификацией АСРI (Advanced Configuration and Power Interface – продвинутый интерфейс конфигури­рования и управления потребляемой мощностью). Существует так­же спецификация АРМ (Advanced Power Management – продвинутое управление потребляемой мощностью). Отличие их состоит в том, что АСРI выполняется в основном средствами ОС, а АРМ – сред­ствами BIOS.

Фирм, занимающихся разработкой программного обеспечения для BIOS, очень мало. Из наиболее известных можно выделить три: Award Software (Award BIOS), American Megatrends, Inc. (АМI BIOS) и Microid Research (МR BIOS). Но на подавляющем большинстве компьютеров сегодня применяются различные версии BIOS компа­нии Award Software. Пользовательский интерфейс разных версий и разных производителей BIOS может сильно отличаться, но систем­ные вызовы строго стандартизированы.

Физически BIOS находится в энергонезависимой перепрограм­мируемой флэш-памяти, которая вставляется в специальную колодку на материнской плате (на этой микросхеме есть яркая голографическая наклейка с логотипом фирмы - разработчика ПО для BIOS).

ОС – комплекс взаимодействующих программ, обеспечивающих поддержку работы аппаратных средств ЭВМ, сетей и всех программ. ОС осуществляет организацию вычислительного процесса и распределение ресурсов ЭВМ (процессорного времени, оперативной памяти, дискового пространства и т.п.)

ОС классифицируются

1. Однопользовательские и многопользовательские (по количеству одновременно работающих пользователей). Наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

2. Однозадачные и многозадачные.

Многозадачные.

Каждой задаче поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Т.к. процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доля времени малы, то создается впечатление одновременности выполнения сразу нескольких задач.

• Системы пакетной обработки – решение максимального числа задач в единицу времени, из сформированного пакета задач выбираются выгодные для ОС задания.

• Системы разделения времени

• Системы реального времени

История развития ОС насчитывает уже много лет. Операцион­ные системы появились и развивались в процессе совершенствова­ния аппаратного обеспечения компьютеров, поэтому эти события исторически тесно связаны. Развитие компьютеров привело к появ­лению огромного количества различных ОС, из которых далеко не все широко известны.

На самом верхнем уровне находятся ОС для мэйнфреймов. Эти огромные машины еще можно встретить в больших организациях. Мэйнфреймы отличаются от персональных компьютеров по своим возможностям ввода/вывода. Довольно часто встречаются мэйнфрей­мы с тысячью дисков и терабайтами данных. Мэйнфреймы высту­пают в виде мощных web-серверов и серверов крупных предприятий и корпораций. Операционные системы для мэйнфреймов в основ­ном ориентированы на обработку множества одновременных зада­ний, большинству из которых требуется огромное количество опе­раций ввода-вывода. Обычно они выполняют три вида операций: пакетную обработку, обработку транзакций (групповые операции) и разделение времени. При пакетной обработке выполняются стандарт­ные задания пользователей, работающих в интерактивном режиме. Системы обработки транзакций управляют очень большим количе­ством запросов, например бронирование авиабилетов. Каждый от­дельный запрос невелик, но система должна отвечать на сотни и тысячи запросов в секунду. Системы, работающие в режиме разделения времени, позволяют множеству удаленных пользователей од­новременно выполнять свои задания на одной машине, например, работать с большой базой данных. Все эти функции тесно связа­ны между собой, и операционная система мэйнфрейма выполняет их все. Примером операционной системы для мэйнфрейма является ОS/390.

Уровнем ниже находятся серверные ОС. Серверы представляют собой или очень большие персональные компьютеры, или даже мэйн­фреймы. Эти ОС одновременно обслуживают множество пользова­телей и позволяют им делить между собой программно-аппаратные ресурсы. Серверы также предоставляют возможность работы с печа­тающими устройствами, файлами или Internet. У Internet -провайдеров обычно работают несколько серверов для того, чтобы поддержи­вать одновременный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы Wеb-сайтов и обрабатываются входящие запросы. UNIX и Windows 2000 являются типичными серверными ОС. Теперь для этой цели стала использоваться и операционная система Linux.

Для увеличения мощности компьютеров соединяют нескольких центральных процессоров в одной системе. Такие системы назы­ваются многопроцессорными. Для них требуются специальные опера­ционные системы, но зачастую такие ОС представляют собой ва­рианты серверных операционных систем со специальными возмож­ностями связи.

Следующую категорию составляют ОС для персональных компью­теров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфей­са для одного пользователя. Такие системы широко используются в повседневной работе. Основными ОС в этой категории являются Windows 98, Windows 2000, операционная система компьютера Macintosh и Linux.

Еще один вид ОС – это системы реального времени. Главным па­раметром таких систем является время. Например, в системах управ­ления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленном процессе и использу­ют их для управления оборудованием. Такие процессы должны удов­летворять жестким временным требованиям. Если, например, по конвейеру передвигается автомобиль, то каждое действие должно быть осуществлено в строго определенный момент времени. Если сварочный робот сварит шов слишком рано или слишком поздно, то нанесет непоправимый вред изделию. Системы VxWorks и QNХ яв­ляются операционными системами реального времени.

Встроенные операционные системы используются в карманных компьютерах и бытовой технике. Карманный компьютер – это ма­ленький компьютер, помещающийся в кармане и выполняющий не­большой набор функций, например, телефонной книжки и блокно­та. Встроенные системы, управляющие работой устройств бытовой техники, не считаются компьютерами, но обладают теми же харак­теристиками, что и системы реального времени, и при этом имеют особые размер, память и ограничения мощности, что выделяет их в отдельный класс. Примерами таких операционных систем являются PalmOS и Windows СЕ (Consumer Electronics – бытовая техника).

Самые маленькие операционные системы работают на смарт-картах, представляющих собой устройство размером с кредитную карту и содержащих центральный процессор. На такие операцион­ные системы накладываются очень жесткие ограничения по мощно­сти процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например электронным платежом, но другие ОС выполняют более сложные функции.

Для операционных систем существует набор базовых понятий, например процессы, память и файлы, которые являются самыми важ­ными для понимания общей идеи построения и функционирования ОС.

Ключевое понятие ОС – процесс. Процессом называют програм­му в момент ее выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство – список адресов в памяти от некоторого ми­нимума до некоторого максимума. По этим адресам процесс может занести информацию и прочесть ее. Адресное пространство содер­жит саму программу, данные к ней и ее стек. Со всяким процессом связывается некий набор регистров, включая счетчик команд, ука­затель стека и другие аппаратные регистры, а также вся информа­ция, необходимая для запуска программы. Чтобы лучше разобраться в понятии процесса, проведем аналогию с системой, работающей в режиме разделения времени. Предположим, ОС решает остановить работу одного процесса и запустить другой, потому что первый израсходовал отведенную для него часть рабочего времени ЦП. Позже остановленный процесс должен быть запущен заново из того же состояния, в каком его остановили. Следовательно, всю информацию о процессе нужно где-либо сохранить. Так, процесс может иметь несколько одновременно открытых для чтения файлов. Связанный с каждым файлом указатель дает текущую позицию, т.е. номер байта или записи, которые будут прочитаны после повторного запуска про­цесса. При временном прекращении действия процесса все указате­ли нужно сохранить так, чтобы команда чтения, выполненная после возобновления процесса, прочла правильные данные. Во многих ОС вся информация о каждом процессе хранится в таблице операционной системы. Эта таблица называется таблицей процессов и представляет собой связанный список структур, по одной на каждый существующий в данный момент процесс.

В каждом компьютере есть оперативная память, используемая для хранения исполняемых программ. В простых ОС в конкретный момент времени в памяти может находиться только одна программа. Более сложные системы позволяют одновременно хранить в памяти несколько программ. Для того чтобы они не мешали друг другу, необходим защитный механизм. Этот механизм управляется операционной системой.

Другой важный, связанный с памятью вопрос – управление адресным пространством процессов. Обычно под каждый процесс отводится некоторое множество адресов, которые он может использовать. В простейшем случае, когда максимальная величина адресного пространства для процесса меньше оперативной памяти, процесс заполняет свое адресное пространство, и памяти хватает на то, чтобы содержать его целиком. Однако, что произойдет, если адресное пространство процесса окажется больше, чем ОЗУ компьютера, а процесс захочет использовать его целиком? В этом случае используется метод, называемый виртуальной памятью, при котором ОС хранит часть адресов в оперативной памяти, а часть на диске и меняет их местами при необходимости. Управление памятью – важная функция операционной системы.

Файловая система – еще одно базовое понятие, поддерживаемое виртуально всеми ОС. Как было установлено, основной функцией операционной системы является маскирование особенностей работы дисков и других устройств и предоставление пользователю понятной и удобной абстрактной модели независимых от устройств фай­лов. Системные вызовы необходимы для создания, удаления, чтения или записи файлов. Перед тем как прочитать файл, его нужно раз­местить на диске и открыть, а после прочтения его нужно закрыть. Все эти функции осуществляют системные вызовы.

При создании места для хранения файлов ОС использует поня­тие каталога как способ объединения файлов в группы. Например, студент может иметь по одному каталогу для каждого изучаемого им курса, каталог для электронной почты и каталог для своей домаш­ней web-страницы. Для создания и удаления каталога также необходимы системные вызовы. Они же обеспечивают перемещение су­ществующего файла в каталог и удаление файла из каталога. Содержимое каталога могут составлять файлы или другие каталоги. Эта модель создает структуру – файловую систему.

Иерархии процессов и файлов организованы в виде деревьев. Иерархия процессов обычно не очень глубока, в ней ред­ко бывает больше трех уровней, тогда как файловая структура дос­таточно часто имеет четыре, пять и даже больше уровней в глубину. Иерархия процессов обычно живет, как правило, несколько минут, иерархия каталогов может существовать годами.

Каждый файл в иерархии каталогов можно определить, задав его имя пути(полное имя файла).

Пример MS DOS C:\BP\BIN\t.pas

Дата добавления: 2014-11-29