Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

2. Создание, преобразование, сохранение, распе­чатка рисунка в среде графического редактора.

1. Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

Операционная система — это важнейшая часть си­стемного программного обеспечения, которая организу­ет процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех ее уст­ройств и взаимодействием с пользователем. Иными сло­вами, это своеобразный администратор компьютера, рас­пределяющий его ресурсы так, чтобы пользователь мог решать свои задачи максимально удобно.

Примечание. Ресурсами компьютера являются процессор­ное время, память всех видов, устройства ввода/вывода, прог­раммы и данные.

 

Роль операционной системы можно наглядно пред­ставить себе с помощью следующего рисунка. В центре его изображен собственно компьютер, т.е. все то обору­дование, которое стоит на вашем столе и которое мож­но непосредственно "потрогать руками" (в информати­ке эта часть часто называется hardware). Внешней обо­лочкой является разнообразное программное обеспече­ние (software), позволяющее многочисленным пользо­вателям решать свои прикладные задачи из всех облас­тей человеческой деятельности. ОС организует их со­вместную работу и служит своеобразным программным расширением управляющего устройства компьютера. Вы можете спросить: а так ли нужен еще один дополни­тельный слой? Очень нужен, учитывая тот факт, что не­возможно заложить в центральный блок информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть под­соединены. И, кроме того, новое устройство может быть изобретено уже после изготовления компьютера! Отсю­да очевидно, что загружаемая (а следовательно, изменя­емая) программная часть, обеспечивающая работу ком­пьютерное аппаратуры, совершенно необходима.

С другой стороны, наличие операционной системы очень существенно облегчает разработку нового про­граммного обеспечения. Все наиболее часто встречаю­щиеся при работе компьютера задачи сконцентрирова­ны в ОС. Поэтому программисту уже не требуется за­ботиться о размещении своей программы в объеме па­мяти каждого конкретного компьютера или описывать отдельные технические детали взаимодействия со все­возможными внешними устройствами разнообразных фирм-изготовителей — для этого достаточно просто об­ратиться к соответствующей функции операционной системы. Приведем простой частный пример. Если бы об этом не заботилась ОС, каждая программа должна была бы самостоятельно проверять наличие дискеты в дисководе при записи информации или факт подключе­ния принтера перед печатью на бумагу. И таких ситуа­ций существует великое множество.

Но наличие операционной системы удобно и пользо­вателю. Поскольку на современных компьютерах диа­лог с ним ведется именно средствами ОС, то интерфейс (проще говоря, способы взаимодействия с человеком) во всех программах получается примерно одинаковым. Так, освоив 2—3 программы в системе Windows, пользо­ватель может довольно быстро научиться работать с еще одной, даже совершенно новой для него,

Таким образом, мы видим, что операционная систе­ма решает целый комплекс важных задач управления компьютером. Сформулируем их по возможности более полно. Итак, ОС современного компьютера выполняет следующие функции.

• Организация согласованного выполнения всех про­цессов в компьютере. Планирование работ, распределе­ние ресурсов.

• Организация обмена с внешними устройствами. Хра­нение информации и обеспечение доступа к ней, предо­ставление справок.

• Запуск и контроль прохождения задач пользователя.

• Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Конт­роль за нормальным функционированием оборудования.

• Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, инфор­мации о конфигурации и т.п.).

• Обеспечение общения с пользователем.

• Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах.

Первые операционные системы (СР/М, МS-DOS,Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменива­лись сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвер­гал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки.

Пользователь последовательно набрал две команды вывода каталога дисков, причем первую компьютер вы­полнил нормально, и на экране появился требуемый спи­сок файлов, а вторую "отказался" делать, поскольку опе­ратор ошибочно указал имя несуществующего диска. Очевидно, что подобный способ общения не очень удо­бен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее яр­ким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander, который был настолько распространен, что многие пользователи ис­кренне считали его частью операционной системы.

Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия че­ловека и компьютера. Командная строка была безвоз­вратно вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде не­больших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш. Существенным до­полнением к графическому способу ведения диалога яви­лось появление нового устройства ввода информации в компьютер — манипулятора "мышь", без которого сей­час просто невозможно представить современный ком­пьютер. Примерами операционной системы с графиче­ским интерфейсом служат довольно похожие ОС для компьютеров "Масintosh" (не имеет специального на­звания и обозначается просто System с номером версии) и "IВМ РС" — 0S/2 и Windows. Последняя система в нашей стране распространена необычайно широко.

Перейдем теперь к описанию состава операционных систем. Он, конечно, может быть довольно разным для различных систем. Так, для "классических" ОС с ко­мандной строкой довольно четко выделяются три ос­новные части:

• машинно-зависимая часть для работы с конкретны­ми видами оборудования;

• базовая часть (ядро), не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логи­ческими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы устройства ОС;

• программа ведения диалога с пользователем (ее ча­сто называют командным процессором).

Значительная часть операционной системы находит­ся в памяти постоянно, что обеспечивает ее эффектив­ную работу. Программы для некоторых редко использу­емых операций типа форматирования дискет чаще все­го оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие про­граммы обычно называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.

Состав операционных систем с графическим интер­фейсом типа Windows заметно шире, но в целом имеет похожее строение.

В момент включения компьютера в ОЗУ нет осмыслен­ной информации. Поэтому особый интерес представляет вопрос о том, как операционная система загружается. Процесс этот в заметно упрощенном виде выглядит так. При включении компьютера (или при нажатии кнопки сброса) счетчик процессора аппарате устанавливается на начальный адрес ПЗУ, и стартует выполнение программы начальной загрузки. Прежде всею ищется и тестируется установленное оборудование. Современные компьютеры в основном используют внешние устройства "plug and р1ау" (переводится — "включил и работай"), поэтому они спо­собны сообщить процессору свои основные характеристи­ки и условия работы. Опрос внешних устройств и провер­ка их работоспособности занимают достаточно длительное время, несмотря на высокое быстродействие компьютера. В случае если все оборудование функционирует нормаль­но, происходит переход к следующему этапу — поиску начального загрузчика операционной системы. Он может находиться на жестком диске, на дискете, на СD-RОМ и даже быть получен с помощью сетевой платы. Поэтому компьютер опрашивает перечисленные устройства по оче­реди, в определенном порядке, до тех пор, пока не обнаружит требуемую информацию (в скобках заметим, что порядок поиска при наличии достаточных навыков и зна­ний может быть легко изменен). Итак, загрузчик, пред­ставляющий собой не что иное, как программу дальней­шей загрузки, обнаружен и прочитан в память. Дальней­шие действия машины уже определяются тем, что введено извне. Поскольку начальный загрузчик очень мал, то он умеет очень немного — найти и прочесть первый файл ОС с фиксированным именем и передать ему управление. И только после этого будет загружена в ОЗУ остальная часть операционной системы и машина сможет, наконец, нор­мально общаться с пользователем.

Примечание. Несколько слов для тех, кого удивила слож­ность описанного процесса. Почему загрузка ОС такая много­ступенчатая • и почему, например, нельзя просто записать начальный загрузчик в то же самое ПЗУ? Технически это не представляет никакого труда, но все дело в том, что тогда мы сможем пользоваться только одной(!) операционной систе­мой, а именно той, загрузчик для которой жестко "зашили" в ПЗУ.

И в заключение еще одно дополнительное замеча­ние. Может быть, не стоит требовать этот материал с учеников, но рассказать об этом, по-моему, стоит. Все­гда ли существовала ОС и может ли компьютер рабо­тать без нее? Как ни странно, ответ на оба вопроса отрицательный. Операционная система существовала не всегда, а возникла на стыке второго и третьего по­колений.

Cсущественными причинами возникновения ОС являются появление сложных внешних устройств — в первую очередь магнитных дисков, и необходимость разделения ресурсов между задачами и пользователями. Что касается работы без ОС, то теоретически можно написать такую программу, которая будет сама загружаться и работать с внешними устройствами без всякого участия ОС. На практике это чересчур сложно и никогда не делается. Даже если компьютер целыми днями работает по единственной программе (кассовый аппарат в магазине или учет переводов в сберкассе), в нем все равно обычно используется операционная система.

2. Создание, преобразование, сохранение, распе­чатка рисунка в среде графического редактора.

Один из многочисленных вариантов задания может выглядеть следующим образом.

Задание

С помощью графического редактора создать, сохра­нить в файл с указанным учителем именем и в заданный каталог, а также распечатать изображение, представлен­ное на рисунке.

Сохранить уменьшенную в 4 раза копию рисунка в файл с другим именем в тот же самый каталог.

Комментарии к заданию.

При создании данного рисунка проверяются следующие навыки ра­боты с графическим редактором:

• умение рисовать графические при­митивы (линия, прямоугольник, окруж­ность);

• рисование линий разной ширины (контуры домов и границы дороги);

• использование различных инст­рументов: заливка (дорога) и распы­литель (небо);

• выбор цветов с помощью палитры;

• нанесение надписей на рисунок;

• работа с фрагментами рисунка:

выделение, копирование, перенос;

• масштабирование изображения.

городской пейзаж

В ходе выполнения задания ученик также должен продемонстрировать умение работать с файловой систе­мой и принтером.

При оценке ответа следует не просто смотреть на предъявленный рисунок, но и обязательно просить уче­ника продемонстрировать, как он выполнил то или иное действие. Дело в том, что совсем не обязательно он строил рисунок рационально, например, вместо рисования прямоугольника он мог строить 4 линии, а вместо пост­роения жирной линии — проводить линию обычной ширины несколько раз и т.д.

Особое внимание, по нашему мнению, следует уделить алгоритму построения изображения. Он тоже должен быть рациональным. Например, сначала рисуется закрашенный прямоугольник окна, затем он копируется дважды. Затем полученные 3 окна можно копировать еще раз, и сразу получается весь этаж. Тиражируя его по подобной схеме, получаем один дом, который затем также копируем. Ана­логично можно поступать и при рисовании деревьев.

Билет №6

1. Файловая система компьютера. Папки. Файлы (имя, тип, путь доступа). Операции с файлами и пап­ками в среде операционной системы.

2. Решение задачи на построение графика функции в электронных таблицах.

1. Файловая система компьютера. Папки. Файлы (имя, тип, путь доступа). Операции с файлами и пап­ками в среде операционной системы.

Главное назначение носителей внешней памяти — дол­госрочное хранение информации. Любая информация (текст, изображение, программа, видеофильм и т.д.) на внешнем носителе хранится в виде файла, файл (/Не) — это поименованная область на диске, в которой хранится отдельный экземпляр информации определенного типа.

Файл характеризуется набором параметров (имя, рас­ширение, размер, дата создания, дата последней модифи­кации) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки ("архивный", "системный", "скрытый", "только для чтения", "каталог" и др.).

Файловая структура может быть одноуровневой — это простая последовательность файлов. Многоуровневая фай­ловая структура — древовидный способ организации файлов на диске. При этом существуют специальные фай­лы, которые в одних операционных системах называют каталогами (directory) (в других — папками), назначе­ние которых — регистрация в них файлов (в том числе и других каталогов). Наличие поддержки каталогов в опе­рационной системе позволяет выстроить иерархическую (многоуровневую) организацию размещения файлов на носителе. В этом случае файлы, имеющие одинаковую природу (файлы операционной системы, документы, офис­ные программы, игровые программы, результаты расче­тов, домашние задания, рисунки и т.д.), размещаются в отдельных каталогах. Такая структура хранения инфор­мации позволяет уверенно ориентироваться в принадлеж­ности той или иной информации, особенно если учесть, что на современных носителях информации могут хра­ниться тысячи, а то и десятки тысяч файлов! Работа с информацией была бы значительно затруднена, если бы она была беспорядочно размещена на носителе.

Любой носитель изначально имеет один каталог, кото­рый создается операционной системой без нашего учас­тия, — корневой. Корневой каталог на каждом носителе внешней памяти существует в единственном экземпляре. Все другие каталоги создаются либо пользователем, либо могут быть автоматически созданы программами.

На рисунке приведен пример иерархической струк­туры размещения информации на носителе ("\" обо­значает корневой каталог, имена каталогов выделены по­лужирным шрифтом, файлов — обычным).

файлы и каталоги, зарегистрированные в одном ката­логе, должны иметь уникальные имена. Файлы (или каталоги), зарегистрированные на одном и том же но­сителе информации, но в разных каталогах, могут иметь совпадающие имена.

Полное имя файла однозначно определяет местопо­ложение любого файла на носителе. Оно состоит из пути:

к файлу, включающему логическое имя устройства и иерархическую систему каталогов, от корневого катало­га до того, в котором содержится файл, и собственно имени файла и расширения.

Правила задания имени файла определяются операционной системой и используемой файловой системой. Вообще файловая система определяет об­щую структуру именования, хранения и организации файлов в операционной системе. Файловая система FАТ (File Allocation Table ) поддерживается операционными системами DOS и Windows (в DOS — FАТ16; в Windows9х — FАТ16 и FАТ32). Это файловая система, основанная на таблице размещения файлов, которая под­держивается операционной системой для отслеживания состояния различных сегментов дискового пространства, используемого для хранения файлов. NTFS (Windows NT File System) — файловая система операционных систем Windows NТ и Windows 2000. Улучшенная по сравне­нию с FАТ файловая система, разработанная для исполь­зования специально с ОС Windows NТ. Она выполняет те же функции, что и FАТ, но, кроме того, поддерживает средства восстановления файловой системы и допускает использование чрезвычайно больших носителей данных. Также поддерживает объектно-ориентированные прило­жения, обрабатывая все файлы как объекты с определяе­мыми пользователем и системой атрибутами. Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле, называемом "главной файловой таблицей" (МFА).

В операционных системах семейства DOS имя файла может содержать от 1 до 8 символов, можно использовать символы латинского алфавита, арабские цифры и некото­рые другие символы; есть ряд символов, использование которых в имени запрещено. В операционных системах семейства Windows имя может содержать уже от 1 до 255 символов, причем набор символов, из которых можно составлять имена файлов, расширяется, В частности, можно использовать буквы национальных алфавитов, про­белы и т.д. Windows, как. правопреемница DOS, обеспечи­вает совместимость собственных "длинных" имен с ко­роткими именами DOS, т.е. у файла Windows есть допол­нительный атрибут — имя этого файла в DOS. Строчные и прописные буквы в именах файлов не различаются. По-другому дело обстоит в операционных системах семейства Unix. Там строчная и прописная буквы различаются, по­этому имена, записанные одними и теми же буквами, но имеющие различия в регистрах, будут разными.

Расширение имени файла записывается после точки и может содержать от 1 до 3 символов в DOS и больше 3 — в Windows. Чаще всего в расширение вкладывается опре­деленный смысл (хотя пользователь может задавать и бес­смысленные расширения) — оно указывает на содержи­мое файла или на то, какой программой был создан дан­ный файл. Например, DOS, ТХТ — расширения тексто­вых файлов, СОМ, ЕХЕ — исполнимых файлов, INI — инициализационных файлов, РАS, ВАS, СРР — исходные тексты программ на соответствующем языке программи­рования, и т.д. В операционной системе Windows именно по расширению файлы ассоциируются с определенной программой, с помощью которой они могут быть откры­ты для просмотра или модификации.

Размер файла измеряется в байтах.

В зависимости от значений атрибутов файлов опе­рационная система разрешает или запрещает те или иные действия над файлами.

Обычно в Windows по отношению к файлам и ката­логам используют несколько иную терминологию.

Наиболее простыми являются документы и програм­мы. Документы — это объекты, содержащие ту или иную информацию: тексты, картинки, зву­ки и т.д. Развитие мультимедийных возможностей компьютера приво­дит к тому, что в некоторых доку­ментах могут содержаться несколь­ко видов информации одновремен­но, например, движущееся изобра­жение и звук. Программы служат для обработки документов — это своеобразные инструменты воздей­ствия на документы. Часто их еще называют приложениями, напри­мер, приложение MS-DOS или при­ложение Windows. Между отдельны­ми программами и документами су­ществует устойчивая связь: текстовый редактор работает с текстовыми до­кументами, программа-фонограф воспроизводит звуки и т.п. Windows запоминает такие связи и способна самостоятельно их использовать при просмотре и работе с документами.

Группа однотипных документов, а также программы для их обработки могут быть помещены в общую пап­ку. Папка является еще одним, более крупным объек­том Windows. В отличие от документов и программ, являющихся простыми и "неделимыми" объектами, пап­ка может содержать другие объекты, в том числе и но­вые папки; в частном случае папка может быть пустой.

Независимо от операционных систем персональных компьютеров все файлы можно разделить на текстовые и бинарные (по-другому — двоичные) файлы. Текстовы­ми называют файлы, в которых используются в качестве информационных символы с десятичными кодами 32-126 и 128-254. Двоичные файлы представляют собой после­довательность из любых символов. Их длина определяет­ся из заголовка файла. Это разделение является важным для различных операционных систем, поскольку назначе­ние и обработка бинарных и текстовых файлов в опера­ционных системах различаются.

Также файлы можно разделить на исполняемые (про­граммы) и неисполняемые (файлы данных и докумен­тов). Исполняемые файлы могут запускаться операци­онной системой на выполнение, а неисполняемые фай­лы могут только изменять свое содержимое в процессе выполнения программ. Далее можно разделить файлы на основные, присутствие которых обязательно для ра­боты операционной системы и программных продук­тов, служебные, хранящие конфигурацию и настройки основных файлов, рабочие, содержимое которых изме­няется в результате работы основных программных фай­лов и собственно ради которых, и создаются все осталь­ные файлы, а также временные файлы, создающиеся в момент работы основных и хранящие промежуточные результаты.

В процессе работы над файлами и каталогами (далее они называются объектами) производят следующие операции:

• создание (в текущем каталоге создается новый эк­земпляр объекта, ему дается имя. Созданный объект при этом может быть и пустым);

• копирование (копия объекта создается в другом каталоге или на другом носителе);

• перемещение (производится копирование объекта в другой каталог или на другой носитель, в исходном каталоге объект унич­тожается);

• удаление (в исходном каталоге объект уничтожается);

• переименование (изменяется имя объекта).

В ОS DOS,Uniх эти операции выполняются подачей из команд­ной строки специальных команд. В семействе ОС Windows для этих целей служит специальная служебная программа Проводник (Ехрlогег). Кроме того, графиче­ский интерфейс позволяет осуще­ствлять эти же операции и други­ми способами, например, с ис­пользованием контекстного меню. Большинство пользователей всех ОС, включая графические, предпочитают применять при работе с файлами специальные програм­мы-оболочки. У отечественного пользователя DOS наибольшей по­пулярностью пользовалась программа-оболочка Norton Commander у пользователей Windows — Fаг,Windows Commander.

2. Решение задачи на построение графика функции в электрон­ных таблицах.

Даны функция у = f(х) и отрезок [а, b]. Построить график этой функции на заданном отрезке, используя табличный процессор.

Пусть f(х) = х • соs(.х); a = —10; b = 10.

Для решения задачи воспользуемся ЭТ МS Ехсе1.

Решение состоит из двух шагов:

1) протабулировать заданную функцию на заданном отрезке, т.е. вычислить ее значения с заданным шагом.

Занесем начало и конец отрезка в отдельные ячейки, чтобы при не­обходимости можно было изменить начало и конец отрезка. В один из столбцов поместим значения аргумента, в другой — значения функции. Ниже приведено начало таблицы в режиме отображения формул.

Билет №7

1. Информация и информационные процессы в при­роде, обществе, технике. Информационная деятельность человека. Примеры.