Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Лабораторная № 1 «Изучение конструкции системного блока персонального компьютера» Техническим средствам компьютерных систем (Ткачук Ю. Н.)

Отчет

»Технические средства компьютерных систем»

Лабораторная работа № 1

Изучение конструкции системного блока персонального компьютера. Материнская плата

1.Цель работы

Изучение конструкции системного блока и материнской платы персональных компьютеров. Конструкция элементов оперативной памяти, карт расширения, микросхем процессора, chipset, слотов, разъемов и других составляющих материнской платы и ознакомление с их основными техническими характеристиками.

2.Содержание работы

• изучить конструкцию системного блока персонального компьютера;

• изучить конструкцию материнской платы и элементов, находящихся на ней;

• изучить конструкцию микросхем оперативной памяти, процессора;

• изучить конструкцию карт расширения и разъемов;

• определить основные характеристики изучаемых устройств.

Изучение конструкции системного блока персонального компьютера

В системном блоке расположена системная плата с установленными на ней центральными компонентами компьютера - процессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъемами- слотами, в которые можно устанавливать платы расширения. В корпусе системного блока имеются отсеки для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех и пятидюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса имеются отверстия для разъемов клавиатуры и некоторых других, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Платы (карты) расширения имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода/вывода, и металлическую скобу, которая закрепляет плату на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы. Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода/вывода унифицированы.

Компоновка традиционного системного блока:

1- Системная плата; 2- карта расширения ISA; 3 – карта расширения PCI; 4- органы лицевой панели; 5 – динамик; 6,7 – отсеки 3'' и 5'' накопителей;

8 – блок питания.

Все типы корпусов позволяют использовать стандартные платы расширения и довольно широкий ассортимент системных плат.

Изучение конструкции материнской платы и элементов, находящихся на ней

Системная (материнская) плата ( Mother Board ) является главной платой PC, на которой размещаются все его основные элементы, линии соединения и разъемы для подключения внешних устройств.

Тип установленной материнской платы определяет общую производительность системы, а также возможности по модернизации PC и подключению дополнительных устройств. На материнской плате PC находятся следующие элементы:

1. Процессор, установленный в специальный разъем. Как правило, на процессор устанавливается радиатор с вентилятором.

2 .Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней). В современных процессорах эти микросхемы устанавливаются на плату картриджа CPU.

3. Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти.

4. Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Современные модели оборудованы слотом AGP .

5 .Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM),в которой хранятся программы BIOS, тестирования PC, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS SETUP) и т.п.

6 .Разъемы для подключения накопителей HDD,FDD,CD-ROM, последовательные порты для подключения периферийных устройств, параллельные порты для подключения принтера ,сканеров некоторых типов и т.д.

7 .Набор микросхем (Chipset) высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами PC.

8. Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS( CMOS Setup) и электронного таймера (системных часов).

Центральный процессор.

Схема CPU

Центральный процессор (CPU) представляет собой сложную, в высокой степени интегрированную микросхему, выполняющую ,одновременно, множество различных функций. Именно здесь выполняются арифметические и логические операции, расшифровываются и выполняются команды. Процессоры состоят из миллионов транзисторов, объединенных в одну микросхему. В электронных схемах транзисторы используются как усилители и переключатели. Главную интегральную схему компьютера ,содержащую CPU, иногда называют просто чипом (chip). Чип, к которому добавлены память и устройства ввода/вывода ,превращаются в компьютер. Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

1. Степень интеграции

2. Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных.

3 .Тактовая частота

4. Память, к которой может адресоваться CPU.

5. Объем установленной кэш-памяти.

Электронная память.

Память является одним из основных элементов любой вычислительной системы. Основная или оперативная память (Main Memory) компьютера используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью (например, дисковой) и периферийными подсистемами (графика, ввод/вывод, коммуникации и т.п.). Требования ,предъявляемые к основной памяти, следующие:

1 большой (для электронной памяти) объем, исчисляемый единицами ,десятками и даже сотнями Мбайт;

2 быстродействие и производительность, позволяющие реализовать вычислительную мощность современных процессоров;

3 высокая надежность данных

Основными характеристиками элементов (микросхем) памяти являются:

Тип Емкость

Разрядность

Быстродействие

Временная

Микросхемы памяти. Разрядность модулей памяти определяется разрядностью микросхем памяти, установленных на плате.30-контактные SIMM- модули- 8 –разрядные ,72- контактные SIMM – модули-32-разрядные, а DIMM-модули -64-разрядные.

В конструкции модулей предусмотрены два ключа для правильного позиционирования DIMM- модулей в слоты на материнской плате.

Первый ключ расположен между контактами 10 и 11; он служит для определения типа памяти модуля (EDO DRAM или SDRAM)

Второй ключ расположен между контактами 40 и 41; он служит для определения напряжения питания модуля (5B или 3,3B)

Шины. Совокупность линий (проводников на материнской плате),по которым обмениваются информацией компоненты и устройства компьютера ,называются шиной(Bus).Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией сов семи другими подключенными к ней устройствами. Линии шины делятся на три группы в зависимости от типа передаваемых данных:

Линии данных ( шина данных)

Линии адреса (шина адреса)

Линии управления (шина управления)

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними.

Лабораторная работа № 2

Изучение конструкции видеосистемы персонального компьютера

1. Цель работы

Изучение конструкции видеосистемы персональных компьютеров. Ознакомление с их техническими характеристиками.

2. Содержание работы

• изучить типы мониторов;

• изучить типы видеоадаптеров и их стандарты;

• изучить конструкцию видеоадаптеров;

• определить основные характеристики изучаемых устройств;

Изучение типов мониторов

Электронно-лучевой монитор. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне – экран, покрытый люминофором.

Конструкция электронно-лучевого монитора

В большинстве мониторов частота регенерации (частота вертикальной развертки) во многих режимах приблизительно равна 85 Гц, то есть изображение на экране обновляется 85 раз в секунду.

Экраны мониторов могут быть двух типов: выпуклые и плоские.

Разрешающая способность, или разрешение монитора – это размер минимальной детали изображения, которую можно различить на экране. Данный параметр характеризуется количеством разложения – пикселей - по горизонтали и вертикали экрана.

Конструкция ЭЛТ выпуклого и плоского типов

Жидкокристаллический дисплей. Существует несколько разновидностей жидкокристаллических дисплеев: монохромный с пассивной матрицей, цветной с пассивной матрицей, цветной (аналоговый) с активной матрицей и самый современный цветной (цифровой) с активной матрицей.

Внешний вид обычного жидкокристаллического монитора

На ячейки ЖКМ с пассивной матрицей подается пульсирующее напряжение, поэтому они уступают по яркости изображению ЖКМ с активной матрицей, в каждую ячейку из которых подается постоянное напряжение. В ЖКМ с активной матрицей каждой ячейкой управляет отдельный транзисторный ключ. В ЖКМ установлено определенное количество транзисторов и поэтому дисплеи такого типа не работают на нескольких частотах. Все пиксели на экране имеют фиксированный размер. Существует два основных стандарта цифровых ЖКМ:

Стандарт DFP ,принятый Ассоциацией по стандартам в области видеоэлектроники (VESA) в феврале 1999 года.

Стандарт DVI ,принятый DDWG в апреле 1999 года.

Видеоадаптер. Видеоадаптер формирует сигнал управления монитором .Большинство видеоадаптеров поддерживают по крайней мере один из следующих вариантов:

MDA, HGC, CGA, VGA, SVGA, XGA.

Видеоадаптеры компьютеров поддерживают несколько стандартных разрешений, приведенных ниже вместе с общепринятыми наименованиями режимов:

Разрешение, пиксели Наименование режима

640x480 VGA

800x600 SVGA

1024x768 XGA

1280x1024 UVGA

1600x1200 -

Конструкции разъемов видеоадаптеров и ЖК мониторов

Компоненты видеоадаптеров. Для работы видеоадаптеров необходимы следующие компоненты:

- BIOS- базовая система ввода/вывода

- Графический процессор, иногда называемый набором микросхем системной логики видеоадаптера

- Видеопамять

- Цифроаналоговый преобразователь, он же DAC

- Разъем

- Видеодрайвер

Конструкция разъема адаптера SVGA

BIOS. Видеоадаптеры имеют свою BIOS, она содержит основные команды, которые представляют интерфейс между оборудованием видеоадаптера и программным обеспечением.

Графический процессор. Архитектура предполагает включение в состав видеоадаптера собственного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения.

Видеопамять. При формировании изображения видеоадаптер обращается к памяти. Дополнительная память позволяет повысить разрешение изображения и количество воспроизводимых цветов.

Цифроаналоговый преобразователь. ЦАП (RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговый сигнал, которые может отображать монитор, его быстродействие измеряется в МГц; чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации.

Конструкция платы видеоадаптера

Шина. Скорость обработки видеоинформации зависит от используемой в компьютере системной шины (ISA,EISA, или MCA).Шина ISA 16-разрядная,с тактовой частотой 8,33 МГц. Шины EISA и MCA -32 –разрядные с тактовой частотой менее 10 МГц. В настоящее время используются шины PCI и три разновидности шин AGP- 1x,2-x,4-x, AGP 1x с тактовой частотой 66 МГц ,AGP 2 x-133МГц.

Лабораторная работа № 3

Изучение конструкции устройств внешней памяти персонального компьютера

1.Цель работы

Изучение принципов построения устройств внешней памяти персональных компьютеров и ознакомление с их основными техническими характеристиками.

2.Содержание работы

• изучить конструкции накопителей на гибких дисках, винчестеров, CD-R и других устройств;

• определить основные характеристики изучаемых устройств.

Накопители на гибких дисках.

Конструктивно FDD состоит из большого числа механических элементов и малого числа электронных, поэтому для надежной работы дисковода в значительной степени необходима устойчивая работа механики привода. В дисководе имеются четыре основных элемента:

Рабочий двигатель

Рабочие головки

Шаговые двигатели

Управляющая электроника

Двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета и задвижка дисковода защелкнута. Дисковод оснащен двумя комбинированными головками(для чтения и записи каждая),которые располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Для записи и считывания информации используются магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности, намотанные на магнитном сердечнике с зазором.

При записи головка намагничивает участок магнитного слоя, проходящий под рабочим зазором, в направлении, определяемом направлением протекающего тока. При проходе намагниченных участков поверхности около индуктивной головки считывания в момент смены направления намагниченности в ней наводятся импульсы ЭДС, полярность которых определяется знаком смены направления. Позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Эти двигатели под действием серии импульсов, подаваемых на их обмотки, способны поворачивать свой вал на определенный угол. Этот угол может быть только кратен минимальному шагу, определяемому конструкцией двигателя. Вращательное движение вала шагового двигателя преобразуется в поступательное с помощью червячного механизма или металлической ленты, намотанной на вал. Таким образом, поворот вала двигателя на один шаг приводит к перемещению блока головок на один цилиндр. В современных накопителях применяют привод головок с подвижной катушкой, работающий по принципу звуковой катушки динамика. В таком приводе блок головок связан с катушкой индуктивности, помещенной в магнитное поле постоянного магнита. При протекании тока через катушку на нее начинает действовать сила, пропорциональная силе тока, которая вызовет перемещение катушки, а следовательно, и блока головок. Привод может быть линейным и поворотным. В накопителе с линейным приводом катушка с блоком головок перемещается по радиусу дисков. В накопителе с поворотным приводом блок головок с катушкой размещен на поворотной рамке, и траектория головок отличается от радиальной.

Схема привода головок дискового накопителя

В большинстве современных накопителей на жестких дисках применяется поворотный привод. Управляя направлением и силой тока, можно быстро перевести блок головок в любое положение – произвольное, а не по фиксированным шагам.

Винчестеры.

Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, называемым форм-фактор. Сейчас практически во всех настольных PC применяются HDD с форм – фактором 3,5''.Накопители с форм-фактором 3,5 '' имеют несколько стандартных значений высоты (толщины): 2,6'',1''.3/4,0,5''.В жестких дисках информация записывается на магнитный слой диска. Этот диск сделан из жесткого материала, чаще всего алюминия. В корпусе из прессованного алюминия объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, носитель информации (диски), головка чтения/записи и электроника.

Винчестер состоит из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом. От количества дисков зависит общий объем памяти HDD. Головки чтения/записи соответствуют рабочим головкам дисковода. Для каждого диска имеется пара таких головок, которые приводятся в движение и позиционируются шаговым двигателем. Все головки расположены «гребнем». Позиционирование одной головки обязательно вызывает аналогичное перемещение и всех остальных.

Конструкция винчестера

Рабочий двигатель приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 3000-7000 об/мин, а это означает, что головки движутся с относительной скоростью 60-120 км/час. Винчестер должен быть установлен только вертикально или горизонтально. Головки чтения /записи парят на воздушной подушке.

Логическая структура винчестера, состоящего из нескольких дисков

Внутри корпуса винчестера находится воздушная щель, которая снабжена микрофильтром для того чтобы защитить материал диска от пыли. Другой фильтр удаляет частицы, образующиеся в результате работы механических частей

Конструкция фильтра и системы охлаждения винчестера.

Винчестеры, в первую очередь, подразделяются по виду и способу расположения хранимой на них информации:

IDE SCSI

В IDE HDD управляющая электроника расположена не в контроллере, а в винчестере. Нет необходимости формировать на низком уровне. При приобретении необходимо выполнить следующее:

Записать в CMOS Setup его параметры

Разбить винчестер на разделы

Отформатировать его средствами операционной системы. IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода.

SCSI-винчестеры имеют самую высокую скорость обмена данными.Но их достоинством является не только скорость обмена информацией, сколько вся SCSI –система как таковая .SCSI Host-адаптер может управлять не только винчестером ,но и всеми периферийными устройствами ,которые подключены к нему и поддерживают протокол SCSI.

Приводы CD-ROM.

Конструкция привода CD-ROM

При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логический ноль. В результате на поверхности образуются маленькие углубления, так называемые питы.

Современные модели имеют размеры дисковода 5,25''.

Компакт – диск представляет собой металлизированный пластмассовый диск диаметром 110 мм и толщиной 1,2 мм. На верхнюю сторону наносится светоотражающий алюминиевый слой, который покрыт защитным лаком для предотвращения повреждений. Питы располагаются не на концентрических окружностях, а идут по спирали. Ширина пиитов составляет 0,6 мкм, а расстояние между дорожками- 1,6 мкм. Этим и обеспечивается огромная емкость этого носителя информации.

Лабораторная работа № 4

Форматирование и тестирование жесткого диска персонального компьютера

1. Цель работы

Изучение настройки и форматирования жесткого диска персонального компьютера. Ознакомление с форматированием низкого уровня, логической разбивкой на разделы и форматированием высокого уровня.

2. Содержание работы

• Ручное определение типа накопителя;

• низкоуровневое форматирование;

• организация разделов жесткого диска;

• поддержка дисков большой емкости;

• назначение букв дискам; запуск программы fdisk;

создание разделов диска с помощью PartitionMagic;

• форматирование высокого уровня.

Ручное определение типа накопителя

Для этого предусмотрен так называемый определяемый пользователем тип устройства. Это означает, что можно ввести набор параметров (таких, как количество цилиндров, головок, секторов, на дорожке и т.д.), соответствующий конкретному жесткому диску.

Низкоуровневое форматирование.

Для низкоуровневого форматирования необходимо использовать специальные программы (лучше всего программы производителя или же других разработчиков, например Disk Manaqer компании Ontrack. Настоящая программа низкоуровневого форматирования работает в обход системной BIOS и отсылает команды непосредственно в регистры контроллера. Именно поэтому многие из этих программ ориентированы на конкретные контроллеры. Для SCSI-дисков программа низкоуровневого форматирования встроена в BIOS адаптера или же поставляется отдельно.

Организация разделов жесткого диска

Разбиение накопителя — это определение областей диска, которые операционная система будет использовать в качестве отдельных разделов, или томов. При организации разделов диска в его первый сектор (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) заносится главная загрузочная запись (Master Boot Record — MBR). В ней содержатся сведения о том, с каких цилиндров, головок и секторов начинаются и какими заканчиваются имеющиеся на диске разделы. В этой таблице также содержатся указания для системной BIOS, какой из разделов является загрузочным, т.е. где следует искать основные файлы операционной системы.

Для разбиения накопителей на жестких дисках необходимо использовать программу Fdisk из поставок операционных систем Windows 9 или DOS. При ее выполнении в загрузочный сектор (сектор на диске, в который заносится главная загрузочная запись) записывается таблица разбиения, что необходимо для нормальной работы программы Format. Перед установкой любой операционной системы необходимо разбить диск на разделы.

Все версии программы Fdisk (Windows и DOS) позволяют создавать два различных типа разделов диска: основной и дополнительный. Основной раздел может быть загрузочным, а дополнительный нет. Если в компьютере установлен один жесткий диск, то, как минимум, часть этого диска должна быть основным разделом при условии, что компьютер будет загрузочной с этого жесткого диска. Основному разделу назначается буква C: диска, а дополнительным — остальные буквы : D:,E: и т.д. Один дополнительный раздел может содержать одну букву диска (логический диск DOS) или же несколько логических дисков.

Термин логический диск DOS не подразумевает использования только операционной системы DOS — может использоваться любая операционная система : Windows 95, 98, Me, NT, 2000, Linux и т.д.

Оригинальная версия Windows 95 и MS DOS позволяет хранить не более 65 536 файлов на диске, а объем раздела не может превышать 2,1 Гбайт. Таким образом, жесткий диск объемом 10,1 Гбайт в этих операционных системах должен быть разделен минимум на пять дисков. Разбивать диск на разделы необходимо и в целях безопасности данных. Например, диск можно разделить по следующей схеме: C: — операционная система; D: — приложения; E: — данные. В этом случае будут созданы основной и дополнительный разделы, а в дополнительном разделе будет создано два логических диска. При такой схеме разделения диска данные будут в относительной безопасности - крах дисков C: и D: на них не повлияет. Кроме того, упрощается процедура резервного копирования данных: создается копия диска E:, а не папок, разбросанных по нескольким дискам.

Одна из схем разбивки жесткого диска

Поддержка дисков большой емкости.

При использовании Windows 95 OSR 2, Windows 98, Windows Me или Windows 2000 и дисков емкостью более 512 Мбайт можно прибегнуть к поддержке дисков большой емкости, что обеспечивает ряд преимуществ.

- Можно использовать диски емкостью более 2,1 Гбайт как

один диск; фактически размер 2 Тбайт. Такое свойство обеспечивается новой файловой системой FAT 32.

- Поскольку FAT 32 использует более эффективные методы хранения данных, уменьшает процент потерь свободного места жесткого диска.

При использовании FAT 32 не забывайте о том, что она не поддерживается оригинальной версией Windows 95 и MS DOS, т.е. доступ к данным на таких дисках невозможен из этих операционных систем. Файловую систему FAT 32 поддерживают

Windows 95 OSR 2, Windows 98, Windows Me и Windows 2000.

Существует еще одна "уникальная" (по совместимости) файловая система NTFS. Она поддерживается в Windows NT и Windows 2000, причем в последней используется ее пятая версия.

Назначение букв дискам.

Программа Fdisk назначает дискам буквы. Например, жесткий диск разбит следующим образом:

- основной раздел диск — C:;

- дополнительный раздел—диски D: и E:.

При добавлении второго жесткого диска основному разделу второго жесткого диска будет назначена буква первого логического диска дополнительного раздела первого жесткого диска. Все буквы логических дисков дополнительного раздела первого жесткого диска будут смещены на одну.

Запуск программы Fdisk.

При запуске программы Fdisk будет выполнено тестирование диска и, если его размер превышает 512 Мбайт, появится следующее сообщение:

Включить поддержку больших дисков (Y/N).....? [Y]

Если ответ на этот вопрос будет утвердительным, все разделы размером более 512 Мбайт будут иметь файловую систему FAT 32. Кроме того, утвердительный ответ требуется для создания раздела размером более 2 Гбайт.

Далее появятся следующие команды меню: Текущий жесткий диск: 1

Выберите действие:

1. Создание раздела DOS либо логического диска DOS

2. Выбор активного раздела

3. Удаление раздела либо логического диска DOS

4. Вывод сведений об имеющихся разделах

5. Смена текущего диска

Введите номер выбранного действия: [1]

Пятая команда появляется лишь при установке в системе нескольких жестких дисков. Номер текущего диска отображается в первой строке.

Для создания раздела используется первая команда. Если диск уже разделен, то для просмотра его структуры можно воспользоваться четвертой командой.

При выборе первой команды появится следующее меню :

Текущий жесткий диск: 1

Выберите действие:

1. Создание основного раздела DOS

2. Создание дополнительного раздела DOS

3. Создание логических дисков DOS в дополнительном разделе

DOS Введите номер выбранного действия: [1] Вначале необходимо создать основной раздел на загрузочном диске, а затем дополнительные разделы на остальных дисках. После создания разделов один из них делается активным

(чаще всего это основной раздел на загрузочном диске). Для этого применяется вторая команда.

После создания разделов и перезагрузки компьютера нужно произвести высокоуровневое форматирование новых разделов, а также установить операционную систему.

Создание разделов диска с помощью программы PartitionMagic

Разбить диск на разделы можно с помощью программы PartitionMagic. Эта программа позволяет также изменять размеры разделов, не повреждая данных, преобразовывать файловую систему FAT16 в FAT32 и наоборот. Существенное отличие этой программы от Fdisk — высокое быстродействие.

Форматирование высокого уровня.

Последний этап программной настройки жесткого диска — форматирование высокого уровня (т.е. на уровне операционной системы). Основной целью данной процедуры является создание таблиц размещения файлов (FAT) и системы каталогов, чтобы операционные системы Windows 9х и DOS могли обращаться к файлам.

Обычно форматирование высокого уровня осуществляется с помощью стандартной командой Format, которая имеет следующий вид :

Format C: /S /V

По этой команде происходит высокоуровневое форматирование диска C:, в его начале размещаются скрытые (системные) файлы операционной системы, а в конце предлагается ввести метку тома. При высокоуровневом форматировании выполняется ряд операций.

1. Поверхность диска сканируется в поисках дорожек и секторов, помеченных как дефективные во время низкоуровневого форматирования, и отмечается, что считать их невозможно.

2. Головки возвращаются на первый цилиндр раздела, и вего первый сектор (головка 1, сектор 1) заносится загрузочная запись тома DOS (сектор).

3. Начиная со следующего сектора (головка 1, сектор 2), записывается таблица FAT. Сразу после нее записывается вторая копия FAT. Эти таблицы пока пусты, в них содержатся только координаты дефектных кластеров, список которых был составлен во время просмотра дефектов поверхности.

4. Записывается пустой корневой каталог.

5. Если программа запускалась с помощью параметра /S, то на диск копируются системные файлы Io.sys и Msdos.sys (или Ibmbio.com и Ibmdos.com, в зависимости от типа используемой операционной системы) и файл Command.com (именно в таком порядке).

6. Если программа запускалась с помощью параметра /V, предлагается ввести метку тома (volume label), которая записывается в качестве четвертого элемента корневого каталога.

После этого операционная система может использовать диск для записи и считывания файлов; кроме того, диск превращается в загрузочный.

На первом этапе форматирования высокого уровня сканируется поверхность диска в поисках дефектов. Те дефекты, которые были помечены при низкоуровневом форматировании, выглядят теперь как несчитываемые дорожки и секторы. Обнаружив такой участок, программа форматирования высокого уровня делает до пяти попыток прочесть записанные на нем данные. Но если дефектный участок был отмечен при низкоуровневом форматировании, то он останется нечитаемым.

После пяти попыток программа Format переходит к следующим дорожкам или секторам. Участки, данные на которых не удалось прочесть с пяти попыток, помечаются в таблице FAT как дефектные кластеры.

Ограничения программ Fdisk и Format.

При использовании программы Fdisk разрушается прежняя структура жесткого диска — разделов и логических дисков. Перед запуском этой программы необходимо выполнить резервное копирование всех данных, находящихся на диске. Ниже приведен список основных ограничений программ Fdisk и Format:

- Программа Fdisk не обеспечивает "дружественного" способа изменения буквы диска.

- После разбиения диска на разделы необходимо запускать программу Format.

- Эти программы не позволяют создать мультизагрузоч-ный диск.

-Эти программы не обеспечивают средств переноса данных на новый диск.

Некоторые производители жестких дисков создали специальные программы автоматической установки нового диска, которые свободны от перечисленных недостатков программ Fdisk и Format (например, Disk Manager фирмы Ontrack, EZ Drive и Drive Pro фирмы StorageSoft, DiskWizard фирмы Seagate, MaxBlast! фирмы Maxtor).

Лабораторная работа № 5

Устройства ввода информации в ПК

1.Цель работы

Изучение конструкции и принципов работы устройств ввода информации персональных компьютеров и ознакомление с их основными техническими характеристиками и программным обеспечением.

2.Содержание работы

- изучить конструкции клавиатур, мышей, сканеров и других устройств;

- определить основные характеристики изучаемых устройств.

Клавиатура.

Клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики и датчики на эффекте Холла. Независимо от типов применяемых датчиков нажатия клавиш, все они объединяются в матрицу. Клавиатура содержит внутренний контроллер, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом.

Среди обычных (стандартных) исполнений существуют 3 основных типа клавиатур:

- Клавиатура XT — 83 клавиши;

- Клавиатура AT— 84 клавиши, которая отличалась от XT появлением дополнительной клавиши и индикаторов Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock.

- Расширенная клавиатура — 101/102 клавиши, применяемая в большинстве моделей AT и PS/2, ставшая современным стандартом.

Клавиши расширенной клавиатуры разделены на 4 группы:

- основная клавиатура;

-функциональная клавиатура;

- цифровая клавиатура, при выключенном индикаторе NumLock (или включенном NumLock и нажатии Shift) используемая для управления курсором и экраном;

- выделенные клавиши управления курсором и экраном, дублирующие эти функции цифровой клавиатуры.

Клавиатура PS/2 отличается от AT только исполнением разъема. При необходимости можно использовать переходник. Кроме традиционного стандартного исполнения существуют и другие варианты клавиатур.

Манипулятор.

Устройство ввода мышь (Mouse) передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости и нажатии кнопок (двух или трех).

Назовем основные характеристики мыши:

Разрешение.

Разрешение мыши измеряется в dpi (количество точек на дюйм). Электронная схема мыши пересчитывает в импульсы расстояние, которое прошла мышь. Если мышь имеет разрешение 1500 dpi и вы передвигаете ее на 1 дюйм вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 1500 единиц вправо. Драйвер мыши рассчитывает эту информацию и усредняет ее в зависимости от графического разрешения монитора для позиционирования курсора на экране. При этом не имеет значения, двигалась мышь быстро или медлен-но.

Зависимость точности позиционирования мыши от скорости ее перемещения определяется так называемым баллистическим эффектом. Этот эффект можно варьировать. При коротких перемещениях мыши уменьшается баллистический эффект скорости, что ведет к увеличению точности позиционирования указателя мыши, если вы, например, работаете в графической программе с мелкими деталями. Во время движений, при которых мышь проходит относительно большое расстояние, например, при перемещении между окнами редактирования и линейкой инструментов, курсор соответственно будет двигаться быстрее. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi.

На нижней стороне оптико-механической мыши находится отверстие, которое открывается поворотом пластмассовой шайбы. При снятии этой шайбы вы увидите круглый шарик диаметром 1,5 — 2 см. Обычно шарик изготовлен из металла и покрыт резиновым слоем. Если удалить шарик, то можно увидеть два или три маленьких валика, которые контактировали с шариком. Обычно только один из валиков служит для управления шариком, а два других валика регистрируют механические передвижения мыши. Эти пластмассовые валики на конце осей связаны с диском, име-ющим растровые отверстия.

Наиболее распространенным является оптико-механический принцип регистра положения мыши. При перемещении мыши по коврику "тяжелый" шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось вращения одного из валиков вертикальна, а другого — горизонтальна. На этих осях установлены диски с растровыми отверсти-ями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На первом цоколе находится источник света, а на другом - фоточувствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фо-тотранзистор). Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих импульсов - скорость. Импульсы при помощи микроконтроллера превращаются в совместимые с РС данные и передаются через интерфейс на материнскую плату.

Оптическая мышь работает по принципам, схожим с работой оптикомеханической мыши, только перемещение мыши регистрируется не механическими валиками. Оптическая мышь посылает луч на специальный коврик. Этот луч после отражения от коврика поступает в мышь и ана-лизируется электроникой, которая в зависимости от типа полученного сигнала определяет направление движения мыши, основываясь либо на углах падения света, либо на специальной подсветке. Преимущество такой мыши — достоверность и надежность. Уменьшение количества механических узлов приводит к увеличению ее срока службы. Большинство мышей, подключаемых через последовательный порт, поставляется с 9-контактным Sub-D-разъемом. В комплект поставки мыши иногда входят переходники для подключения мыши. Другой вариант — это 6-контактный миниатюрный разъем для PS/2-совместимой мыши (mini-DIN). Чаще всего неисправности мыши связаны с внутренним переломом проводов около корпуса, что легко исправить, вырезав износившийся кусочек провода. Также часто мышь плохо работает из-за загрязнения шарика или валиков датчиков. Если резиновый шарик или валики датчиков загрязняются, мышь перестает распознавать движение.

Дигитайзер.

Дигитайзер (со световым пером) практически является стандартным устройством для профессиональных графических работ, т. к. он позволяет с помощью соответствующих программ преобразовывать в векторный формат изображение, полученное в результате передвижения руки оператора. Дигитайзер состоит из двух элементов — графического план-шета и устройства указания (указателя), в качестве которого могут выступать курсор или перо. Принцип действия дигитайзера основан на регистрации местоположения устройства указания с помощью интегрированной в планшет сетки, состоящей из печатных проводников. Расстояние между соседними проводниками может быть 3 — 6 мм.

В электростатических дигитайзерах определение местоположения курсора осуществляется путем регистрации локального изменения электрического потенциала сетки под курсором. В электромагнитных дигитайзерах курсор является передатчиком электромагнитных волн, а сетка — приемником.

Сканеры.

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др. Несмотря на обилие различных моделей сканеров, классификацию их можно провести по нескольким признакам: по способу формирования (кодирования) изображения, типу кинематического механизма (способу перемещения преобразователя свет-сигнал и оригинала относительно друг друга), типу вводимого изображения, степени прозрачности оригинала, особенностям аппаратного и программного обеспечения. Технология считывания данных в современных устройствах оцифровывания изображений реализуется на основе использования светочувствительных датчиков двух типов: приборов с зарядовой связью (ПЗС) или фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Неотъемлемой частью любого сканера являются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Они предназначены для преобразования непрерывно изменяющихся значений напряжения, получаемых с помощью ПЗС или ФЭУ, в числа, соответствующие оттенкам цвета или градациям серого. Качество сканированного изображения напрямую связано с разрядностью используемого в сканере АЦП. ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных датчиков, которые преобразуют интенсивность падающего на них света в пропорциональный ей электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости р -п- перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На р -п- переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больший ток проходит через диод. В зависимости от типа сканера ПЗС могут иметь различную конфигурацию. При линейном способе считывания информации микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или в три линии (для однопроходного ска-нирования). Такая конфигурация позволяет устройству

производить выборку всей ширины исходного аналогового изображения и записывать его как полную строку.

В качестве источника света в этих сканерах используется ксеноновая или вольфрамогалогенная лампа, излучение которых с помощью конденсорных линз и волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно небольшой области оригинала. Основанные на ламповой технологии ФЭУ осуществляют электронное усиление интенсивности отраженного от оригинала света. Попадая на катод ФЭУ, свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины динодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Коэффициент усиления зависит от свойств материала и количества динодов. Напряжение, пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код.

Способ формирования изображения в планшетных сканерах.

В слайдовых сканерах, цифровых фото- и видеокамерах ПЗС-датчики обычно имеют форму прямоугольной матрицы, что позволяет формировать образ оригинала целиком, а не построчно. В этом случае говорят о матричном способе формирования изображения

Способ формирования изображения в барабанных сканерах

Приведем основные характеристики сканеров:

- Оптическое разрешение сканера определяется размером элементарного ПЗС датчика и характеризует плотность, с которой сканирующее устройство производит выборку информации в заданной области оригинала. Разрешающая способность сканера измеряется в точках на дюйм (dpi). В описании устройства иногда указывается диапазон возможных значений оптического разрешения, это означает, что при сканировании с разрешением, меньшим максимального, используются не все датчики ПЗС.

- Максимальное разрешение сканера (dpi) приводится с учетом интерполяционных возможностей устройства. При помощи методов, называемых интерполяцией, между фактически сканированными точками вставляются дополнительные точки, цвета или градации серого цвета, которые рассчитываются исходя из значений соседних точек. Например, если в результате сканирования один из пикселов имеет значение уровня серого 36, а соседний с ним 88, то предполагается, что уровень серого для промежуточного пиксела мог бы быть равным 62. Таким образом, если вставить все оценочные значения пикселов в файл отсканированного изображения, то разрешающая способность сканера как бы удвоится, т. е., например, вместо "аппаратной" 400 dpi станет равной "программной" 800 dpi.

- Область сканирования определяет размер самого большого оригинала, который может быть сканирован устройством.

- Оптический (динамический) диапазон применительно к устройству сканирования характеризует его способность воспроизводить плавные тоновые изменения и выражает различие между самыми светлыми и самыми темными тонами, которые могут быть зафиксированы с помощью сканера.

- Разрядность битового представления в качестве показателя степени с основанием 2 определяет максимальное число цветов или градаций серого, которые может воспринимать сканер. Для определения данного параметра цветных сканеров также используется термин глубина цвета.

- Поддерживаемые компьютерные платформы — характеристика совместимости сканера с различными компьютерными системами и всеми применяемыми в них периферийными устройствами и программными приложениями.

- Под интерфейсом в описании сканера следует понимать варианты аппаратного подключения устройства к компьютеру.

Программное обеспечение сканеров различных типов и даже модификаций однотипных устройств может значительно различаться.

Лабораторная работа №6

Печатающие устройства персональных компьютеров

1.Цель работы

Изучение принципов построения печатающих устройств, используемых для вывода информации из персонального компьютера. Ознакомление с техническими характеристиками принтеров.

2.Содержание работы

-изучить конструкции принтеров различного типа: матричного, струйного, лазерного и других.

- определить основные технические характеристики печатающих устройств;

- дать характеристику программным средствам, обеспечивающим работу принтеров.

Струйные принтеры.

Основной принцип работы струйных принтеров напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые находятся в головке принтера. На этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Число сопел зависит от модели принтера и изготовителя. Некоторые последние модели имеют 100 и больше сопел.

Для хранения чернил используются два метода:

- головка принтера объединена с резервуаром для чернил; замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки;

- используется отдельный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

Современные модели струйных принтеров в своей работе могут использовать следующие методы:

- пъезоэлектрический метод;

- метод газовых пузырей;

- метод drop-on-demand.

Рассмотрим один из наиболее распространенных методов (используется в принтерах фирмы EPSON) — пъезоэлектрический метод.

Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пъезокристалл, связанный с диафрагмой. А как известно, под воздействием электрического поля происходит деформация пъезоэлемента. При печати, находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые "выдавились" наружу, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства выпускают компании Epson, Brother и др.

Лазерные принтеры.

В основу работы принтеров этого класса положен принцип электрофотографии. Поверхность светочувствительного барабана или, как в некоторых принтерах свернутой в кольцо светочувствительной фольги сначала заряжается в электрическом поле коронного разряда. Затем с помощью лазерного луча некоторые участки поверхности разряжаются, создавая скрытое изображение, проявляемое далее тонером одного из цветов СМУК. При последовательном наложении всех четырех цветов создается полноцветное изображение, переносимое потом на бумагу.

Доминирующими для лазерных принтеров являются электро-фотографическая и светодиодная (LED, Light Emitting Diode) технологии. Электрофотографическая технология подобна используемой в копировальных аппаратах. В светодиодной технологии в качестве оптического устройства, формирующего изображение, используются светодиоды (исторически светодиодные принтеры относятся к классу лазерных). Светодиодная технология, как правило, находит применение в широкоформатных принтерах (до 36 дюймов). Электрофотографическая технология обычно используется в настольных и офисных лазерных принтерах. Лазерные принтеры формируют изображение путем позицио-нирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера и лишь затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управлением контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы, как на шахматной доске. Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер — мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу. Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд, и он пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры 180°—200°С . После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати.

В светодиодном принтере для засвечивания барабана вместо лазерного луча, управляемого с помощью системы зеркал, используется неподвижная светодиодная строка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которой формируется не каждая точка изображения, а целая строка.

В противоположность другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к PC через параллельный интерфейс. Правда, для старых моделей принтеров имеется возможность подключения через последовательный интерфейс. В отличие от параллельной передачи данных использование последовательного интерфейса приводит к существенному замедлению работы, особенно при печати в графическом режиме.

Последние модели лазерных принтеров для повышения быстродействия снабжены высокоскоростным портом с расширенными возможностями ЕСР (Extended Capabilities Port) для быстрой печати. При этом драйвер принтера также должен обеспечивать режим ЕСР. Драйверы для принтеров находятся в непрерывном развитии и постоянно обновляются. Только для небольшого числа принтеров имеются специальные драйверы, относящиеся к конкретной модели. Если такие драйверы прилагаются к принтеру, например, HP DeskJet и HP LaserJet, то следует применять именно их. Принтер должен быть не только коммутирован с PC, но и пра-вильно обрабатывать принимаемые данные. Для управления принтером служат специальные языки.

Для лазерного принтера основными языками управления стали PCL (Printer Control Language) и PostScript. Как правило, принтеры всех типов также понимают стандартные команды ESC/P. ESC является сокращением от Epson Standard Code. Эти команды управления принтером начинаются со служебного символа ESC (так называемая ESC-последовательность). Такая имитация работы "чужого" принтера называется эмуляцией (Emulation}. Стандарты эмуляции, поддерживаемые принтерами определенных типов:

В последнее время широкое распространение получило использование принтеров в сети. Если принтер используется как сетевой, то его прямое подключение к сети крайне выгодно по следующим причинам:

- Нет необходимости выделять отдельную рабочую станцию для управления принтером.

- Принтер может быть установлен в любом удобном месте. Напомним, что при подключении принтера к файловому серверу или рабочей станции через параллельный интерфейс длина кабеля, соединяющего принтер с PC, обычно не превышает 2—3 м.

Для использования принтера как сетевого в него должна быть установлена сетевая интерфейсная карта для принтеров или подключен внешний блок аппаратного сервера печати (принт-сервера), один разъем которого подсоединяется к параллельному порту принтера. Естественно, к сетевым принтерам предъявляются повышенные требования. Прежде всего, это касается скорости работы механизма печати. Тем, чем для PC является операционная система, для принтера является его язык. Здесь мы остановимся на языках, использующихся в лазерных принтерах.

Набор команд языка принтера обычно содержится в ROM принтера и, соответственно, интерпретируется его CPU. Стандартный язык для лазерного принтера, разработанный фирмой Hewlett-Packard, называется PCL.

Но PCL содержит не только команды для управления принтером (аналогичные ESC-последовательностям для игольчатого принтера), в него также интегрированы графические функции, описывающие, например, геометрические фигуры или поворот шрифтов. Кроме того, PCL имеет небольшое количество встроенных шрифтов.

HP является языком принтера, разговор о котором более уместен при рассмотрении плоттеров. HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) также является языком принтера, разработанным фирмой Hewlett-Packard, и представляет собой практически индустриальную норму для чертежных плоттеров. HP-GL является расширением команд PCL, дополненным командами управления последовательным интерфейсом, к которому обычно подключается плоттер. Команды HP-GL предоставляют в распоряжение принтера инструкции, с помощью которых изображение может быть повернуто на любой угол и отображено зеркально. Геометрические фигуры (круг, прямоугольник или линии) генерируются с помощью HP-GL существенно быстрее, чем с помощью PCL. Третий распространенный язык для принтера называется PostScript — это стандартизированный язык описания страницы, который предоставляет также возможность работы и с цветом. PostScript предполагает наличие мощного аппаратного обеспечения. Шрифты посылаются на принтер не в виде растрового изображения типа bitmap, a имеются в распоряжении принтера в векторном виде. Но так как принтер строит страницу целиком из точек, эти вектора должны быть снова преобразованы с помощью RIP (Raster Image Processor) в растровое изображение. Для формирования знаков RIP хранит в ROM принтера контур каждого символа. Когда возникает необходимость создать битовый массив знака, интерпретатор PostScript должен получить информацию о выбранном знаке, его начертании, размере и расположении на странице. Используя эту информацию, интерпретатор выбирает контур знака, масштабирует его до заданного размера и размещает в указанном месте битового массива страницы. Так же обрабатываются и геометрические изображения.

У устройства PostScript набор команд и векторизированные шрифты расположены в ROM принтера. Такое средство вывода должно быть оборудовано CPU и памятью соответствующего объема. В противоположность этому для большинства принтеров имеется возможность дополнительно установить специальные картриджи PostScript.

Принцип действия струйного принтера с пьезоэлементами

Лабораторная работа №7

Изучение принципов построения и работы операционных систем (DOS, Windows)

1. Цель работы:

Ознакомление с характеристиками ОС MS DOS и Windows 2000. Их предназначение и функции.

2. Содержание работы

• изучить принцип работы ОС;

• ознакомиться с основными элементами ОС;

• ознакомиться с предлагаемыми сервисными возможностями ОС;

• принцип работы MS DOS;

• принцип работы Windows 2000.

Чтобы компьютер мог выполнять свое основное предназначение, состоящее в выполнении программ, различные компоненты должны иметь возможность взаимодействовать между собой. Можно выделить четыре структурных компонента компьютера:

- Процессор.

Осуществляет контроль за действиями компьютера, а также выполняет функцию обработки данных. Если в системе есть только один процессор, он часто называется центральным процессором.

- Основная память.

Здесь хранятся данные и программы. Как правило, эта память является временной. Часто ее называют реальной, оперативной или первичной памятью.

- Устройства ввода-вывода.

Служат для передачи данных между компьютером и внешним окружением, состоящим из различных периферийных устройств, в число которых входят вторичная память, коммуникационное оборудование и терминалы.

- Системная шина.

Определенные структуры и механизмы, обеспечивающие взаимодействие между процессором, основной памятью и устройствами ввода-вывода.

Предназначение и функции операционных систем. ОС — это программа, контролирующая работу прикладных программм и системных приложений и исполняющая роль интерфейса между приложениями и аппаратным обеспечением компьютера. Ее предназначение можно разделить на три основные составляющие:

- Удобство.

- Возможность развития. ОС должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно мешать нормальному функционированию вычислительной системы.

Рассмотрим все три аспекта работы операционных систем по очереди.

Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером

. Операционная система выступает в роли посредника, обеспечивая пользователю и программным приложениям доступ к различным службам и возможностям.

Краткий список сервисов, представляемых ОС:

- Разработка программ.

Содействуя программисту при разработке программ, ОС предоставляет ему разнообразные инструменты и сервисы, например редакторы или отладчики. Обычно эти сервисы реализованы в виде программ-утилит, которые поддерживаются ОС, хотя и не входят в ее ядро. Такие программы называются инструментами разработки приложений.

- Исполнение программ.

Для запуска программы требуется выполнить ряд действий. Следует загрузить в основную память команды и данные, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, а также подготовить другие ресурсы. ОС выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.

- Доступ к устройствам ввода-вывода.

Для управления работой каждого устройства ввода-вывода нужен свой набор команд или контрольных сигналов. ОС представляет пользователю единообразный интерфейс, который скрывает все эти детали, и обеспечивает программисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи.

-Контролируемый доступ к файлам.

При работе с файлами управление со стороны операционной системы предполагает не только глубокое понимание природы устройств ввода-вывода, но и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользовательские операционные системы, кроме того, могут обеспечивать работу механизмов защиты при обращении к файлам.

- Системный доступ. ОС управляет доступом к совместно используемой или общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам. Она должна обеспечивать защиту ресурсов и данных от несанкционированного использования, а также разрешать конфликтные ситуации.

- Обнаружение ошибок и их обработка. При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои. К их числу относятся внутренние и внешние ошибки, возникшие в аппаратном обеспечении (например, ошибки памяти, отказ или

Уровни и различные точки зрения на вычислительную систему

сбои устройств). Возможны и различные программные ошибки, такие, как арифметическое переполнение, попытка обратиться к ячейке памяти, доступ к которой запрещен, или невозможность выполнения запроса приложения. В каждом из этих случаев ОС должна выполнить действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Реакция ОС на ошибку может быть различной - от простого сообщения об ошибке до аварийного останова программы, вызвавшей ее.

- Учет использования ресурсов. Хорошая ОС должна иметь средства счета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности. Эта информация крайне важна в любой системе, особенно в связи с необходимостью дальнейших улучшений и настройки вычислительной системы для повышения ее производительности.

Операционная система MS DOS.

ОС является обязательной системной программой для любого персонального компьютера, обеспечивающей управление всеми аппаратными средствами и позволяющей изолировать остальные классы программ от непосредственного взаимодействия с аппаратурой.

К обязанностям DOS относятся:

- начальная загрузка компьютера, включающая загрузку

DOS;

-предоставление пользователю возможностей общего управления компьютером и файловой системой;

- инициализация и завершение прикладных программ;

- предоставление прикладным программам вычислительных ресурсов (времени ЦП, оперативной памяти и т.д.);

- обеспечение прикладных программ сервисными функциями для работы с аппаратурой компьютера и файловой системой.

DOS состоит из программы начальной загрузки, модулей ядра, командного процессора, набора внешних команд и драйверов устройств. Короткая программа начальной загрузки, располагающая в первом секторе дискеты или жесткого диска, выполняет единственную функцию - загрузку ядра операционной системы и передачу ему управления. Ядро операционной системы состоит из двух модулей io.sys и msdos.sys. Первый из них, называемый модулем расширения базовой системы ввода-вывода, служит для предоставления прикладным программа дополнительных средств

управления вводом-выводом. Второй модуль, называемый модулем обработки прерываний DOS содержит подпрограммы, обеспечивающие работу файловой системы, устройств ввода-вывода, а также процессы начала и завершения программ, обработки ошибок. Командный процессор, во всех версиях DOS именуемый command.com, отвечает за:

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

- исполнение внутренних, т.е. встроенных в него команд

DOS; - загрузку и исполнение внешних команд DOS и прикладных программ;

- выполнение файла автозапуска autoexec.bat.

Внешние команды входят в комплект DOS и, являясь по сути программными файлами, располагаются, как правило, в каталоге c:\dos. Внешними командами реализуются наиболее сложные функции, такие как форматирование дискет и дисков, фоновая печать, сортировка текстовых файлов и другие. Наличие внешних команд делает DOS открытой для развития и модификации. Заменяя стандартные и добавляя новые команды, пользователи могут наращивать мощность сервиса DOS.

Дополнительные драйверы, входящие в комплект DOS, являются программами, обеспечивающими взаимодействие ОС с физическими устройствами. В функции драйвера входят обработка прерываний устройства, управление очередью запросов к нему, преобразование запросов в команды управления устройством. Эти драйверы загружаются в систему при наличии дополнительных устройств или для обеспечения расширенных функций DOS. Их запуск, как правило, происходит при обработке файлов начальной загрузки config.sys и autoexec.bat .

Внутренние и внешние команды DOS используются для выполнения следующих действий:

- управление командными файлами;

- формирование операционной среды и конфигурирование устройств;

- управление файловой системой;

- подготовка к работе и обслуживание магнитных дисков и дискет;

- редактирование, сортировка текстовых файлов, печать.

Взаимодействие пользователя с DOS происходит в диалогов режиме. При этом используется формальный язык, называемый языком команд DOS. Команды образуются из слов английского языка, различных сокращений и аббревиатур. Многие из этих команд могут иметь параметры и ключи, уточняющие действие конкретной команды.

Команды DOS вводятся в командной строке, располагающейся, как правило, в нижней части экрана. В начале этой строки высвечивается приглашение DOS, завершающееся знаком >. Приглашение обычно содержит имя текущего дисковода и каталога, например:

C:\> или A:\TETRIS

Конкретный вид приглашения может меняться в зависимости от настройки DOS. Обычно осваивают несколько основных команд и применяют их по мере необходимости, например:

dir c: - вывести оглавление корневого каталога диска С: на экран;

type d:\text\document.txt — показать содержимое текстового файла на экране;

print d:\text\document.txt — напечатать на принтере текстовый документ.

Ввод каждой команды DOS всегда завершается нажатием клавиши {Enter}. После этого пользователь ожидает результата выполнения команды. Если она введена с синтаксической ошибкой, т.е. не соответствует правилам построения команд, или по тем или иным причинам ее выполнение невозможно, на экране появляется надпись типа "Bad command or file name" (Неверная команда или имя файла). В этом случае попытку нужно повторить, исправив допущенные неточности. Если команда введена верно, на экране появляется результат ее выполнения.

С широким распространением персональных компьютеров и началом их массового использования возникла потребность упростить процесс общения пользователя с компьютером. В результате появились программы-оболочки DOS.

Операционная система Windows 2000.

Однопользовательская многозадачность Windows 2000 предназначена для интерактивной работы одного пользователя. Необходимость введения много-

задачности на ПК была продиктована двумя основными качественными изменениями программного обеспечения. Во-первых, увеличение скорости и объема памяти, с которой способны работать микропроцессоры, привело к тому, что приложения стали более сложными и взаимосвязанными.

Второй причиной появления многозадачности является увеличение объема вычислений в соответствии с моделью клиент/сервер.

Архитектура.

Модульная структура этой системы делает ее довольно гибкой. Она в состоянии работать на самых разных аппаратных платформах и поддерживать приложения, написанные для разных ОС.

Организация ОС.

Архитектуре ОС Windows 2000 присуще четкое разделение на модули. Каждая функция системы управляется только одним компонентом ОС. Остальные ее части и все приложения обращаются к этой функции через стандартный интерфейс. Доступ к основным системным данным можно получить только через определенные функции.

ОС Windows 2000 является переносимой, т.е. возможность ее

Архитектура OC Windows 2000

использования на самых разнообразных аппаратных платформах. Для достижения этой цели используется представленная ниже структура уровней.

-Уровень аппаратных абстракций. На этом уровне формируется отображений между общими командами и ответными сигналами аппаратного обеспечения, и таковыми для конкретной платформы.

- Микроядро. В микроядро входят наиболее часто используемые компоненты ОС. Ядро отвечает за распределение ресурсов между процессами, их переключение и синхронизацию.

-Драйверы устройств. К ним относится как файловая система, так и драйверы аппаратных устройств, которые преобразуют поступившие от пользователя вызовы функций ввода-вывода в запросы для конкретных устройств.

- Диспетчер ввода-вывода. Поддерживает доступность для приложений устройств ввода-вывода. Этот диспетчер отвечает за координацию работы драйверов устройств, выполняющих дальнейшую обработку.

- Диспетчер объектов. Создает и удаляет объекты и абстрактные типы данных исполнительной системы Windows 2000, а также управляет ими.

- Монитор безопасности обращений. Обеспечивает выполнение правил прав доступа и аудита. Для авторизации доступа и аудита всех защищенных объектов, включая файлы, процессы, адресные пространства и устройства ввода-вывода, ОС Windows 2000 использует одни и те же служебные программы.

-Диспетчер процессов и потоков. Создает и удаляет объекты, а также следит за процессами и потоками.

- Средства локального вызова процедур. В рамках одной системы устанавливают взаимосвязь между приложениями и исполняющими подсистемами по модели клиент/сервер.

-Диспетчер виртуальной памяти. Отображает виртуальные адреса адресного пространства процессов на физические страницы памяти компьютера.

-Диспетчер кэша. Повышает производительность файлового ввода-вывода путем хранения в основной памяти тех данных с диска, к которым недавно производилось обращение. Обеспечивает отложенную запись на диск, некоторое время храня в памяти обновления дисковых файлов.

- Графические модули. Создают оконный экранный интерфейс и управляют графическими устройствами.

Windows 2000 иллюстрирует мощь объектно-ориентированной технологии и ее использование при разработке ОС.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении