Физическая структура магнитного диска 1 страница

Магнитный диск представляет собой кольцо из алюминиевого сплава (жесткий диск) или из полимерного материала (гибкий диск), на поверхность которого нанесено магнитное покрытие (рис.). За внутреннее отверстие магнитный диск крепится на устройстве вращения.

Запись и считывание информации осуществляет магнитная головка (head), которая может занимать одно из фиксированных положений на радиусе диска или на кривой, близкой к радиусу. Ширина хода головки составляет примерно 1 дюйм (2.54 см) для диска диаметром 3.5 дюйма. При вращении диска и фиксированном положении головки на поверхности диска остается воображаемый след движения головки, называемый дорожкой (track).

Так как головка может занимать множество фиксированных положений, на диске существует множество дорожек, образующих концентрические круги небольшой ширины. Так, для гибкого диска 3.5 дюйма число дорожек составляет 80-83, для жесткого диска число дорожек имеет порядок 1000. Каждой дорожке присвоен порядковый номер, начиная от нулевой дорожки, расположенной у внешнего края диска. Для дискета 3.5 дюйма, например, рабочие дорожки имеют номера от 0 до 79.

При относительном перемещении головки и диска вследствие намагниченности поверхности диска в головке индуцируется электрический ток, который может быть усилен и использован для считывания информации с дорожки. Наоборот, если по катушке головки пропустить электрический ток, то на поверхности диска, на дорожке, поверхность диска приобретает некоторую намагниченность, и информация таким образом запоминается.

За время одного полного оборота диска с дорожки может быть считан (или записан на нее) поток информационных элементов (битов), который можно использовать непосредственно для считывания/записи информации, однако вся длина дорожки делится на равные части (за исключением последней, которая чуть длиннее), называемые секторами (sector).

Начало и конец каждого сектора определяется углом поворота диска относительно магнитной головки, так что все дорожки поделены на секторы одинаковым образом (радиальные линии на рисунке). Из-за того, что длина сектора на внутренних дорожках меньше, чем на наружных, плотность записи информации на них выше, потому что все секторы имеют одинаковое количество информационных элементов.

Для уменьшения влияния номера дорожки на длину сектора число секторов на дорожках может уменьшаться по мере приближения к центру диска. Для пользователя диска (для файловой системы) это происходит незаметно, так как внутренний контроллер диска выполняет пересчет секторов с тем, чтобы внешне структура диска выглядела как равномерная.

Кроме того, секторы каждой последующей дорожки сдвигают относительно предыдущей для увеличения скорости доступа. Так как при непрерывном чтении секторов требуется переходить с дорожки на дорожку, то после перехода, на которое требуется некоторое время, под головкой оказывается не первый сектор следующей дорожки, а какой-то другой, из-за чего требуется сделать почти полный оборот диска для того, чтобы продолжить непрерывную передачу данных. В целом структуру, показанную на рис. 1, имеют, пожалуй, только дискеты.

Сектором называют как сегмент круга, так и часть дорожки, попадающую в этот сегмент. На рис. синим цветом выделен сектор как часть дорожки.

Секторы также пронумерованы. Номер первого сектора равен 1. На рисунке номера секторов проставлены у отверстия для крепления диска.

Начало и конец каждого сектора на дорожке отмечаются на самой дорожке специальными маркерами (последовательностями бит), которые записываются во время операции низкоуровневого форматирования, которая обязательно должна быть выполнена перед первым использованием магнитного диска. В эти маркеры записывается адрес сектора и служебная информация для настройки скорости и синхронизации читающего устройства. При помощи адреса сектора управляющее диском устройство проверяет правильность установки головки на дорожку и определяет нужный сектор.

Сектор дорожки является самой важной частью структуры диска, потому что чтение и запись информации производится секторами. Нельзя прочитать или записать информацию объемом меньше сектора. Файловая система с этой точки зрения является секторно-ориентированной, так как функции для чтения и записи информации на диск используют обращение к секторам.

Для увеличения емкости дискового устройства используют обе стороны диска, а в жестких дисках часто используют несколько дисков, насаженных на одно устройство вращения (шпиндель). У каждой рабочей поверхности каждого диска есть своя головка чтения-записи, и все головки составляют один блок. Поэтому перемещение головок происходит одновременно, хотя считывание или запись информации в один момент времени производит только одна головка.

Для выбора той или иной головки они пронумерованы от нуля. На жестком диске самая верхняя головка нулевая. На гибком диске нулевая головка нижняя. Иногда вместо термина головка используют термин поверхность.

Для обращения к конкретному сектору диска нужно выбрать номер дорожки, номер головки и номер сектора. Эти три величины называют физическим адресом сектора.

На практике вместо номера дорожки используют номер цилиндра. Цилиндр - это совокупность всех дорожек (на всех поверхностях всех дисков) с одинаковым номером (перемещение блока головок в определенную позицию выбирает множество дорожек с одинаковым радиусом).

Секторы, на которые поделена вся поверхность магнитного диска, называют абсолютными физическими секторами. Файловая система обращается к абсолютным физическим секторам по их порядковому (линейному) номеру, который формируется следующим образом:

Все секторы цилиндра 0:

Все секторы головки 0

Все секторы головки 1

...

Все секторы последней головки

Все секторы цилиндра 1:

Все секторы головки 0

Все секторы головки 1

...

Все секторы последней головки

...

Все секторы последнего цилиндра:

Все секторы головки 0

Все секторы головки 1

...

Все секторы последней головки

Номер первого абсолютного физического сектора - 0. При обращении к диску файловая система пересчитывает номер сектора в его физический адрес. Порядковый номер сектора является логическим адресом.

Абсолютный сектор 0 имеет важное значение в структуре диска - его существование на диске предполагается однозначно. Поэтому нулевой сектор диска предназначен для хранения информации о самом диске.

Эта информация имеет отношение не к физической, а к логической организации диска. Если нельзя прочитать сектор 0 диска, можно сказать, что диска для файловой системы не существует, хотя при помощи специализированных программ можно прочитать его содержимое. Например, порча нулевой дорожки дискета приводит к невозможности прочитать дискет средствами файловой системы. Однако при помощи утилиты Disk Editor пакета Norton Utilities можно прочитать секторы диска и скопировать их в виде файлов.

16. Логическая структура магнитного диска.

Логическая структура диска описывает распределение абсолютных физических секторов. Это распределение зависит от того, является ли диск жестким или гибким, а также от количества логических дисков, размещенных на поверхности физического диска.

Нулевой сектор жесткого магнитного диска содержит главную загрузочную запись (MBR - Master Boot Record), предназначенную для старта компьютера. Она содержит первичный загрузчик ОС и таблицу разделов жесткого диска (partition table).

Предполагается, что диск может быть поделен на части, называемые разделами (partition) для лучшей организации файлов и для обеспечения возможности установки нескольких операционных систем. Разделы можно рассматривать как логические диски, разделяющие пространство физического диска.

Каждый из 4-х возможных разделов диска имеет независимую файловую систему. В зависимости от типа раздела, логический диск имеет операционную систему, которая может стартовать компьютер, или является просто логическим диском с данными.

Всего на жесткий диск может быть установлено до 4-х разных операционных систем. Выбор той или иной ОС при старте компьютера происходит по признаку активного раздела, установленному в таблице разделов для соответствующей ОС.

При старте компьютера загрузчик BIOS читает MBR и исполняет ее. Просматривая записи таблицы разделов, MBR определяет, какой из разделов активный, берет из таблицы адрес нулевого сектора этого раздела, загружает его в память и передает ему исполнение. В секторе 0 логического диска выбранного раздела должен находиться начальный загрузчик ОС, расположенной на этом диске.

Таким образом, возникает иерархия загрузчиков: загрузчик MBR - загрузчик ОС активного раздела. Если на диске один раздел, можно исключить загрузчик MBR, разместив логический диск на всей поверхности диска, а в секторе 0 - начальный загрузчик ОС. Такая организация диска присуща, например, дискетам.

Таблица разделов состоит из 4-х записей, называемых дескрипторами разделов. Дескриптор содержит физические адреса первого и последнего сектора раздела, и таблица разделов определяет, таким образом, распределение дискового пространства. Эта информация является чрезвычайно важной для работы с физическим диском.

17. ПО ПК

Персональный компьютер, как известно, является универсальным

устройством для обработки информации. Персональные компьютеры могут

выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо

составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную

последовательность инструкций – программу, как надо обрабатывать

информацию.

Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место

бухгалтера или конструктора, дизайнера или ученого, писателя или агронома.

Кроме того, тенденция понижения стоимости компьютерной техники при

одновременном росте ее производительности привела к тому, что компьютеры

становятся предметом домашнего обихода, как, например, телевизор или

холодильник, что расширяет сферу применения ПК еще больше. Соответственно,

требуется все более разнообразное программное обеспечение для решения задач

в новых областях применения ПК. Непрерывное повышение мощности персональных

компьютеров, периферийных устройств, а также развитие средств связи дает

разработчикам программного обеспечения все больше возможностей для

максимально полного удовлетворения запросов конечных потребителей. Это и

ставший стандартом графический интерфейс для любого ПО, и внедренные

возможности для отправки документов и данных с помощью Интернет

непосредственно из прикладной программы (Microsoft Word 97, Exel 97, Access

97 и др.), и возможность использования компьютера как хранилища информации

благодаря появлению новых видов накопителей большой емкости и малым

временем доступа к данным, а также многие другие возможности и сервисные

функции.

При своем выполнении программы могут использовать различные устройства

для ввода и вывода данных, подобно тому, как человеческий мозг пользуется

органами чувств для получения и передачи информации. Сам по себе ПК не

обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания

сосредоточены в выполняемых на нем программах. Поэтому часто употребляемое

выражение «компьютер сделал» означает ровно то, что на ПК была выполнена

программа, которая позволила выполнить соответствующее действие.

В настоящее время весь комплекс ПО делится на системные и

пользовательские программы. Системное программное обеспечение выполняет

функции «организатора» всех частей ПК, а также подключенных к нему внешних

устройств. Программы для пользователей служат для выполнения каких – либо

конкретных задач во всех сферах человеческой деятельности.

2.Классификация и структура ПО: системное, общего назначения,

специальное.

По функциональному признаку различают следующие виды ПО:

. Системное;

. Общее;

. Специальное.

Под системным (базовым) понимается ПО, включающее в себя операционные

системы, сетевое ПО, сервисные программы, а также средства разработки

программ (трансляторы, редакторы связей, отладчики и пр.).

Основные функции операционных систем (ОС) заключаются в управлении

ресурсами (физическими и логическими) и процессами вычислительных систем.

Физическими ресурсами являются: оперативная память, процессор, монитор,

печатающее устройство, магнитные и оптические диски. К логическим ресурсам

можно отнести программы, файлы, события и т.д. под процессом понимается

некоторая последовательность действий, предписанная соответствующей

программой и используемыми ею данными.

Сетевое ПО предназначено для управления общими ресурсами в

распределенных вычислительных системах: сетевыми накопителями на магнитных

дисках, принтерами, сканерами, передаваемыми сообщениями и т.д. к сетевому

ПО относят ОС, поддерживающие работу ПК в сетевых конфигурациях (сетевые

ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с

обычными, не сетевыми ОС.

Оболочки операционных систем предоставляют пользователю качественно

новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Такие

системы существенно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций,

например, операций с файлами. В целом, программы-оболочки заметно повышают

уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя

потребностям пользователя.

Программное обеспечение общего назначения используется для решения

определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы

называют приложениями, а программное обеспечение - прикладным. Прикладное

ПО может использоваться в промышленном производстве, инженерной практике,

научных исследованиях, медицине, управление, делопроизводстве, издательской

деятельности, образовании и т.д.

3.Системное обеспечение.

3.1.Операционная система MS DOS, структура, назначение блоков.

Операционная система MS DOS имеет развитые средства доступа ко всем

аппаратным компонентам, обладает достаточно гибкой файловой системой,

основанной на иерархической структуре каталогов, удобным командным языком.

Основными компонентами MS DOS являются:

. Базовая система ввода-вывода (БСВВ) – BIOS (Basic Input/Output System);

. Системный загрузчик SB (System Bootstrap) – размещается в блоке начальной

загрузки (Boot Record);

. Модуль расширения BIOS – располагается в скрытом файле io.sys;

. Модуль обработки прерываний – скрытый файл msdos.sys;

. Командный процессор – файл command.com;

. Утилиты, реализующие выполнение внешних команд MS DOS – файлы с

расширением COM, например format.com;

. Драйверы устройств – размещаются в виде файлов на диске;

. Информация о желательных параметрах настройки MS DOS – при необходимости

задается в файле конфигурации config.sys;

. Командный файл, при необходимости выполняемый для настройки параметров и

конфигурирования MS DOS называется autoexec.bat.

БСВВ находится в ПЗУ ПК и устанавливает связь между обладающими

некоторыми особенностями техническими средствами и стандартизированным ПО,

а именно с ОС. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и

универсальных функций ОС, связанных с вводом-выводом. BIOS в ПЗУ содержит

также тест функционирования ПК, проверяющий работу памяти и устройств при

включении питания. Кроме того, он содержит программу вызова загрузчика ОС.

БСВВ в ПЗУ является общей и неизменяемой частью всех возможных ОС для

данной модели ПЭВМ. Системный загрузчик предназначен для считывания в

оперативную память модуля расширения БСВВ и модуля обработки прерываний.

Модуль расширения БСВВ придает гибкость ОС, позволяет управлять с ее

помощью набором аппаратных средств ПК, наиболее точно удовлетворяющим

замыслу разработчиков ОС. Этот модуль сравнительно легко позволяет

перекрыть функции БСВВ в ПЗУ и обеспечивает возможность подключения

дополнительных драйверов (программ обслуживания внешних устройств).

Модуль обработки прерываний образует верхний уровень ОС, с которым

взаимодействует большинство ПП. Компонентами данного модуля являются

программы, обеспечивающие работу файловой системы, устройств ввода/вывода,

обслуживания некоторых ситуаций, связанных с завершением программ, их

принудительным прерыванием и обработкой ошибок.

18. Системное ПО.

Системное программное обеспечение необходимо для функционирования компьютера, работы с файлами, защиты программ и данных, а также для разработки прикладного программного обеспечения.

Операционная система. Базовой и необходимой состав­ляющей системного программного обеспечения компьютера является операционная система. Без операционной системы компьютер не может работать в принципе и является лишь

набором отдельных аппаратных устройств (процессор, па­ мять и так далее).

Первой задачей операционной системы является обеспече­ние совместного функционирования всех аппаратных устройств компьютера. Для этого в состав операционной систе­мы входят драйверы устройств — специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согла­сование информационного обмена одних устройств с другими. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

Второй задачей операционной системы является предо­ставление пользователю доступа к ресурсам компьютера. Пользователь получает возможность запуска программ на выполнение, осуществления операций над файлами, печати документов и так далее.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

На персональные IBM -совместимые компьютеры уста­навливаются операционные системы Windows или Linux, а на персональные компьютеры Macintosh — операционная система MacOS

Установка и загрузка операционной системы (рис. 1.40). Операционные системы распространяются в форме дистрибу­тивов на лазерных дисках. В первую очередь, необходимо провести установку операционной системы, в процессе кото­ рой файлы операционной системы копируются с лазерного диска дистрибутива на жесткий диск компьютера.

Программы (в том числе операционная система) могут выполняться, только если они находятся в оперативной па­мяти компьютера. Однако после установки файлы операци­онной системы хранятся в долговременной памяти на жест­ ком диске, который называется системным. Необходима загрузка файлов операционной системы с системного диска в оперативную память.

Загрузка операционной системы начинается в одном из трех случаев — после:

• включения питания компьютера;

• нажатия кнопки Reset на системном блоке компьютера;

• одновременного нажатия комбинации клавиш
{ Ctrl }+{ Alt }+{ Del } на клавиатуре.

В процессе загрузки операционной системы сначала про­ изводится тестирование работоспособности процессора, памяти и других аппаратных средств компьютера, причем краткие диагностические сообщения о процессе тестирования выводятся на экран монитора.

После окончания загрузки операционной системы поль­зователь получает возможность управлять компьютером с использованием графического интерфейса операционной системы.

Служебные программы. В состав операционных сис­тем обычно входят программы настройки и обслуживания компьютера, а также программы, позволяющие получать информацию о работе компьютера.

После сбоя компьютера (аварийного сбоя питания, не­ правильного выключения компьютера и др.) могут произой­ти нарушения файловой системы компьютера. В этом случае служебная программа Windows Проверка диска может вос­ становить сбойные записи о файлах в каталоге диска, а так­ же сами файлы.

Служебная программа Дефрагментация диска может про­ извести упорядочение размещения файлов на диске, записав каждый файл в последовательно расположенные секторы. Служебная программа Сведения о системе позволяет полу­чать информацию о работе компьютера, а служебная програм­ма Системный монитор — наглядно представить степень за­грузки процессора и занятости оперативной памяти.

В состав операционных систем обычно входят также программы, которые являются приложениями общего на­значения.

Файловые менеджеры. Для выполнения операций над хранящимися на компьютере файлами (копирования, пере­мещения, удаления и других), а также для их архивации и разархивации используются файловые менеджеры. В состав операционной системы Windows входит файловый менед­жер Проводник, довольно популярны файловые менеджеры Total Commander и FAR.

Антивирусные программы. В связи с широким распро­странением компьютерных вирусов для обеспечения нор­мального функционирования компьютера и для защиты от удаления или повреждения хранящихся на компьютере про­ грамм и данных используются антивирусные программы. Наиболее надежную защиту от вирусов обеспечивают рос­ сийские антивирусные программы DrWeb и Антивирус Касперского.

19. Пакет прикладных программы

Основную часть прикладного программного обеспечения составляют пакеты прикладных программ (ППП). Пакет прикладных программ – это комплекс программ, предназначенный для решения определённого класса задач по некоторой тематике. Пакеты разрабатываются таким образом, чтобы максимально упростить использование компьютера специалистами разных профессий, освободив их от необходимости изучения программирования и других областей знаний, связанных с компьютером. Это достигается за счёт так называемого дружественного интерфейса. При этом пользователь выполняет в режиме общения с компьютером набор действий, определённых входным языком пакета (ввод с клавиатуры, выполнение команд, просмотр информации и т. п.) или следует указаниям встроенного средства (программного модуля) пошагового достижения результата, называемого мастером.

Основу многих современных систем моделирования (как и САПР) составляют пакеты прикладных программ (ППП). Комплексные программные системы могут объединять несколько ППП.

Пакеты прикладных программ могут быть:
• объектно-зависимыми, проблемно-ориентированными на определенную предметную область;
• объектно-независимыми, методоориентированными (инвариантными), т.е. могут использоваться при моделировании и решении задач из различных предметных областей.
Применение таких методоориентированных ППП часто менее эффективно:
• в них не учитывается специфика задач конкретной предметной области;
• требуется достаточно высокая математическая подготовка пользователя, так как при использовании объектно-независимых ППП необходима специальная предварительная подготовка задачи в соответствии с особенностями применяемого метода.

Что же из себя представляет проблемно-ориентированный ППП в общем случае?
Проблемно-ориентированный ППП – это комплекс специально-организованных программных средств, ориентированных на решение задач в определенной предметной области науки и техники, отличающийся следующими главными чертами:
1) наличие проблемно-ориентированного языка программирования (ПОЯ) с непроцедурной формой задания на уровне, близком к естественному профессиональному языку данной предметной области. ПОЯ не требует от пользователя специальных знаний в области алгоритмического программирования;
2) выполнение функции организации и планирования вычислительного процесса — организация правильной последовательности выполнения программных модулей, обмен данными между ними, ввод-вывод и хранение информации, т.е. наличие достаточно универсального монитора.

Представим обобщенную архитектуру ППП, отражающую ее внутреннюю организацию и способ общения с пользователем. В архитектуре пакета можно выделить ядро пакета (это неизменная часть пакета), составляющая системное обеспечение ППП, и изменяющуюся для предметных областей — проблемное обеспечение. Ядро (монитор) пакета развивает возможности операционных систем ЭВМ для решения конкретных прикладных задач.

Архитектура ППП включает следующие основные составляющие:
• монитор пакета (управляющая программа);
• библиотека программных модулей (база данных);
• процессор с входного языка;
• сервисные средства пакета.

Монитор пакета — специальная программа, которая по формулировке задачи на входном языке автоматически организует вызов модулей в нужной последовательности, обеспечивает обмен информацией между ними и управляет процессом решения задач. Ввод модели на входном языке можно осуществлять в произвольном порядке.

Анализатор обеспечивает трансляцию исходного текста задания на входном языке пакета во внутренний язык ЭВМ. Другими словами осуществляется расшифровка конструкций, сформулированных на входном языке пакета и извлечение из них информации для организации работы всех остальных программ пакета.

Планировщик вычислительного процесса определяет правильную необходимую цепочку, последовательность обработки модулей для выполнения соответствующих инструкций.
Загрузчик-исполнитель последовательно загружает и выполняет все программные модули по вычислительной схеме планировщика.

Пакет прикладных программ сопровождается документацией, необходимой для его установки и эксплуатации. Документация включает:
1) паспорт и пояснительную записку (составные части и характеристику пакета — назначение и область применения);
2) инструкцию по вводу ППП в эксплуатацию, т.е. инструкцию по генерации пакета на ЭВМ;
3) инструкцию для пользователя по подготовке исходных данных и инструкцию по работе с пакетом для решения задач;
4) документацию на модули.

Модуль системы — это программа, реализующая законченную функцию, ориентированная на его совместное использование с другими модулями и в соответствии с этим оформленная.

Модуль — программная единица, для создания которой нужен минимум знаний о других программных единицах, программных модулях. Перекомпоновка и замена модулей не должна вызывать перекомпоновку пакета. Значит центральная концепция модульности — независимость.

И, наконец, модуль должен:
1) реализовать требуемую функцию, т.е. иметь один выход;
2) возвращать управление тому, кто его вызвал, и иметь возможность обращаться к другим модулям;
3) быть сравнительно небольшим — считается, что в среднем длина исходного текста модуля не должна превышать одну страницу распечатки АЦПУ (или от нескольких десятков до нескольких сотен операторов языка программирования).

Представим документы, сопровождающие модуль:
1) название, назначение, область применения (идентификатор модуля);
2) алгоритм, реализованный в модуле;
3) текст программы;
4) контрольный (текстовый) пример.

Модули можно разрабатывать параллельно и независимо друг от друга, их легко менять, включать при адаптации к новым условиям. Но эти преимущества тем ощутимее, чем слабее так называемое сцепление модулей.

Под сцеплением понимается теснота связей модулей друг с другом. Другими словами, межмодульные связи, их взаимозависимость должна быть минимально возможной. Минимальное сцепление обеспечивается при делении модулей по функциональному признаку.

Наличие сильного сцепления между модулями системы есть основание для их объединения в единый модуль.

Итак, ППП позволяет хранить относительно простые готовые программы (модули) и автоматически собирать из них сложные программы, подобно тому, как из унифицированных деталей строятся разнообразные архитектурные сооружения.

20. Интегрированные среды разработки программ.

Интегрированная среда разработки, ИСР — система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО).

Обычно среда разработки включает в себя:

• текстовый редактор;
• компилятор и / или интерпретатор;
• средства автоматизации сборки;
• отладчик.

Иногда содержит также средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов — для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Хотя и существуют ИСР, предназначенные для нескольких языков программирования — такие, как Eclipse, NetBeans, Embarcadero RAD Studio, Qt Creator или Microsoft Visual Studio, но обычно ИСР предназначается для одного определённого языка программирования - как, например, Visual Basic, PureBasic, Delphi, Dev-C++.

Дата добавления: 2015-04-23