Дерево каталогов

Как правило, файлы сортируются пользователем согласно определённым признакам по группам. Список такой группы называется каталогом [directory]. Таким образом, организуется особая иерархическая структура – дерево каталогов (имена каталогов подчёркнуты).

Вершина такого дерева называется корневым каталогом [root directory]. Имя корневого каталога всегда строго определено (на рис. - C:\) и зависит от файловой системы

Любые данные хранятся во внешней памяти ЭВМ в виде файлов. Файлами нужно управлять: создавать, удалять, копировать, изменять и др. Такие средства пользователю в виде пользовательского и программного интерфейсов предоставляет операционная система. Способ организации файлов и управления ими называется файловой системой. Файловая система определяет, например, какие символы могут использоваться для имени файла, каков максимальный размер файла, каково имя корневого каталога и др. Способ организации файлов влияет на скорость доступа к нужному файлу, на безопасность хранения файлов и др.

Одна и та же операционная система может работать одновременно с несколькими файловыми системами. Как правило, функции файловой системы реализуются средствами ядра операционной системы.

Для ПЭВМ используется несколько видов файловых систем: FAT16 [File Allocation Table], FAT32 и VFAT [Virtual FAT], NTFS [NT File System];

Файловая система FAT наиболее просто устроена. Имя корневого каталога имеет всегда вид: А:\, В:\, С:\ и т.д. Имя файла состоит из трёх частей: путь, собственно имя, расширение.

Путь [path] – это имя каталога, в котором файл расположен. Расширение [extension] указывает на тип файла. Например, на рис. 1.6 полное имя файла C:\Windows\System\gdi.exe, путь - C:\Windows\System\, расширение – exe, собственно имя - gdi.

Согласно правилам FAT собственно имя файла может содержать до 8 символов, а расширение имени, отделяемое от имени точкой – до 3-х. При именовании файлов прописные и строчные буквы не различаются. Полное имя файла включает в себя наименование логического устройства, на котором находится файл и имя каталога, в котором файл расположен. Система хранит информацию о размере файла и дате его создания.

По организации данных VFAT напоминает FAT. Однако она позволяет использовать длинные имена файлов: имена до 255 символов, полные имена до 260. Система позволяет хранить также дату последнего доступа к файлу, что создаёт дополнительные возможности для борьбы с вирусами.

Файловая система может быть реализована в виде драйвера, с которым через операционную систему общаются все программы, читающие или записывающие информацию на внешние устройства.

Файловая система может включать в себя средства безопасности хранения информации. Например, файловая система NTFS имеет средства автоматического исправления ошибок и замены дефектных секторов. Специальный механизм отслеживает и фиксирует все действия, выполняемые над магнитными дисками, поэтому в случае сбоя целостность информации восстанавливается автоматически. Кроме этого, файловая система может иметь средства защиты информации от несанкционированного доступа.

Лекция 6. Классификация программного обеспечения (ПО).

Каждый программный продукт предназначен для выполнения опреде­ленных функций. По назначению все программные продукты можно разде­лить на три группы: системные, прикладные и гибридные (рис. 1).

К системным обычно относят программные продукты, обеспечи­вающие функционирование вычислительных систем (как отдельных ком­пьютеров, так и сетей). Это - операционные системы, оболочки и другие слу­жебные программы (утилиты).

Операционные системы, как правило, управляют ресурсами (процессо­ром и памятью), процессами (задачами и потоками) и устройствами. Слож­ность организации операционных систем обуславливается степенью автома­тизации и достигаемой эффективности процессов управления. Так мульти­программные операционные системы существенно сложнее однопрограммных, что хорошо видно на примере MS DOS и WINDOWS.

Оболочки (например, NORTON COMMANDER) в свое время появились для организации более удобного интерфейса пользователя с файловой систе­мой MS DOS. Современные оболочки, такие, как FAR, используют для обес­печения пользователю привычной среды при работе с файловой системой.

К утилитам принято относить программы и системы, непосредственно не входящие в состав операционной системы, но обеспечивающие выполнение определенных функций, таких как архивация файлов, проверка компью­тера на заражение вирусами, осуществление удаленного доступа к информа­ции и др.

Рисунок 1 – Классификация программных продуктов по их назначению

Прикладные программы и системы ориентированы на решение конкретных пользовательских задач. Различают пользователей:

• разработчиков программ;

• непрограммистов, использующих компьютерные системы для дости­жения своих целей.

Разработчики программ используют специальные инструментальные средства, такие как компиляторы, компоновщики, отладчики, которые по­следнее время обычно интегрируют в системы программирования и среды разработки. Современные среды программирования, например, Delphi, Visual C++, реализуют визуальную технологию разработки программных продуктов и предоставляют программистам огромные библиотеки компо­нентов, которые можно включать в свою разработку. К этой же группе отно­сят инструментальные комплексы создания баз данных, такие как Access, FoxPro, Oracle, средства создания интеллектуальных систем, например, экспертных, обучающих, систем контроля знаний и т. д. Последнее достижение в этом направлении - CASE-средства разработки программного обеспече­ния, такие как ERwin, BPwin, Paradigm Plus, Rational Rose и др.

Пользователи-непрограммисты в соответствии с современными требо­ваниями не должны быть профессионалами в проблемах создания программ­ных продуктов и специфике их взаимодействия с операционной системой. Для них разрабатывают специальные программные продукты, ориентиро­ванные на определенную предметную область. Такие продукты условно можно разделить на продукты общего назначения, профессиональные среды или пакеты, обучающие системы, развлекающие программы и т. д.

Иерархия программных средств

Все программные средства можно разделить на внутреннее и внешнее ПО.

Программы первого уровня хранятся в ПЗУ и работают непосредственно с аппаратурой ЭВМ. Таким образом, все подобные программы являются неотъемлемой частью конкретной ЭВМ. Поэтому набор таких программ называют внутренним программным обеспечением. Для ПЭВМ совокупность этих программ носит название BIOS (Base Input Output System – базовая система ввода-вывода). В состав BIOS входят:

• драйверы стандартных внешних устройств;

• тестовые программы для контроля работоспособности оборудования;

• программа начальной загрузки.

Все эти программы начинают работать при включении ЭВМ: сначала тестируют память, затем проверяют наличие внешних устройств и их работоспособность и после всего передают управление операционной системе.

Драйвер [driver] – программа, обслуживающая внешнее устройство. Она предоставляет пользователю или программам более высокого уровня набор функций – программный интерфейс – для управления конкретным внешним устройством. Кроме того, драйвер обрабатывает прерывания от обслуживаемого устройства.

Второй уровень принадлежит операционным системам. В состав операционной системы обычно также входят дополнительные драйверы, которые обеспечивают работу с внешними устройствами, не известными внутренним драйверам. Операционная система предоставляет программам более высокого уровня набор функций (программный интерфейс), а пользователям – набор утилит и некоторые инструментальные программы (пользовательский интерфейс).

К третьему уровню относятся все остальные программы.

Программы второго и третьего уровней хранятся в файлах.

Программное обеспечение первого уровня является машинно-зависимым [computer-independent]. То есть для каждого микропроцессора или семейства ЭВМ набор данных программ уникален.

Операционная система имеет машинно-зависимое ядро [kernel] – небольшой набор программ, с помощью которых осуществляется более эффективное управление ЭВМ конкретного типа (семейство ЭВМ, тип процессора, конкретные аппаратные компоненты ЭВМ и внешние устройства). Остальные программы операционной системы стараются делать максимально независимыми от конкретной ЭВМ. Свойство программы, позволяющее переносить её без переделок с одной ЭВМ на другую, называется переносимостью [portability]. Если программа является машинно-зависимой, то её переносимость определяется степенью совместимости ЭВМ. Переносимость программ имеет прямое влияние на коммерческие возможности программных продуктов.

Системное ПО: операционные системы, оболочки.

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами ЭВМ и процессами, которые используют эти ресурсы при вычислениях.

Ресурс – это любой логический или аппаратный компонент ЭВМ. Основными ресурсами являются процессорное время и оперативная память. Ресурсы могут принадлежать одной или нескольким внешним ЭВМ, к которым операционная система обращается, используя вычислительную сеть. Процесс – это последовательность действий, предписанных программой.

Управление ресурсом состоит из двух функций:

• упрощение доступа к ресурсу;

• распределение ресурсов между конкурирующими за них процессами.

Для решения первой задачи операционные системы поддерживают пользовательский и программный интерфейсы. Для решения второй операционные системы используют различные алгоритмы управления виртуальной памятью и процессором.

Операционные системы характеризуются признаками:

• количество пользователей, одновременно обслуживаемых системой (однопользовательские и многопользовательские);

• число одновременно выполняемых процессов (однозадачные и многозадачные);

• тип используемой вычислительной системы (однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые, распределённые).

Операционная система Windows98 является многозадачной, ОС Linux – многопользовательской, MS-DOS однозадачной и, следовательно, однопользовательской. Операционные системы Windows NT и Linux могут поддерживать многопроцессорные ЭВМ с 16 процессорами. Операционная система Novell NetWare является сетевой, однако, встроенные сетевые средства имеют также Windows NT и Linux.

Структура операционной системы

Современные операционные системы, как правило, имеют многоуровневое строение.

Непосредственно с аппаратурой работает ядро операционной системы. Ядро – это программа или совокупность связанных программ, которые используют аппаратные особенности ЭВМ. Таким образом, ядро является машинно-зависимой частью операционной системы.

Ядро определяет программный интерфейс. На втором уровне находятся стандартные программы операционной системы и оболочка, которые работают с ядром и предоставляют пользовательский интерфейс. Программы второго уровня стараются делать машинно-независимыми. В идеале замена ядра равнозначна замене версии операционной системы.