Понятие логического и физического дисков в ОС

Физический диск - это реально существующий диск, имеющий имя. В качестве имен физических дисков принято использовать буквы латинского алфавита А и В - гибкие магнитные диски, С - жесткий магнитный диск, D - лазерный диск (если есть) и т.д.

Логический диск (раздел, том) – это виртуальный диск на физическом диске или часть физического диска. Например, жесткий магнитный диск можно разбить на несколько логических дисков, имена которых будут соответственно С, D, E, F и т.д. В этом случае лазерный диск будет иметь имя, следующее за буквой F, т.е. G.

Логические принципы размещения файлов на диске

Физически вся поверхность магнитного диска разделена на сектора, пронумерованные участки памяти длиной 512 байтов. По команде чтения (записи), поступившей из программы, специальное устройство подводит головку записи (чтения) к указанному сектору и читает в определенную память ровно 512 байтов (или записывает на диск), даже если нужно записать (прочитать) всего 5 или 100 байтов.

Для организации файловой системы используются более крупные порции данных – кластеры, которые содержат несколько секторов. Размер кластера не фиксирован и зависит от емкости диска. Каждый файл, записываемый на диск, занимает целое число кластеров, даже если его длина меньше кластера.

Последовательность кластеров, занимаемых файлом, может быть дискретной (состоящей из отдельных фрагментов), разбросанной по диску, при этом кластеры соединяются между собой специальными ссылками. Поэтому, чем больше работы выполнено на диске, тем больше становится уровень фрагментации диска, т. е. файл, который логически воспринимается как единое целое, физически расщеплен на множество цепочек кластеров, расположенных в разных местах диска.

Для того, чтобы понизить уровень фрагментации используется вспомогательная программа дефрагментации диска.

Организация файловых систем

Существует несколько разновидностей организации файловой системы. Наиболее распространенными являются файловые системы FAT и NTFS.

Принцип организации файловой системы (ФС) FAT (File Allocation Table) – табличный.

Файловая система FAT была разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977 году и первоначально использовалась в операционной системе 86-DOS. FAT является наиболее распространенной файловой системой и ее в той или иной степени поддерживают большинство современных ОС.

На каждом логическом диске есть системная область и область данных.

В системной области диска можно выделить две важных структуры – это корневой каталог и таблица размещения файлов в двух экземплярах.

В каталоге сохраняется практически вся информация о файле, которой располагает операционная система, в том числе и ссылка на начальный кластер - номер кластера, с которого начинается файл.

В таблице размещения файлов хранится информация о кластерах логического диска. Каждому кластеру в FAT соответствует отдельная запись, которая показывает, свободен ли он, занят ли данными файла, или помечен как сбойный (испорченный). Если кластер занят под файл, то в соответствующей записи в таблице размещения файлов указывается адрес кластера, содержащего следующую часть файла. Из-за этого FAT называют файловой системой со связанными списками.

В зависимости от количества разрядов, отведенных под адрес (для идентификации) каждого дискового кластера, выделяют файловые системы FAT 12, FAT 16, FAT 32. Оригинальная версия FAT, разработанная для DOS 1.00, использовала 12-битную таблицу размещения файлов

FAT 16 была создана для поддержки жестких дисков размером более 32 Мб (до 2 Гбт). Цифра 16 в названии FAT 16 означает, что таблица размещения файлов FAT позволяет разместить не более 65536 записей (2¹⁶) о местоположении кластеров, поэтому максимальное количество кластеров на одном томе - 2¹⁶ или 65536.

ОС MS DOS, Win 95 и первые Win NT использовали FAT 16. Как правило, в этой файловой системе один кластер = 4 секторам (2Кбт).

FAT32 - усовершенствованная версия файловой системы, поддерживающая жесткие диски объемом до 2 терабайт. Адрес кластера записывается при помощи 32-разрядных чисел. ОС Win 98 и следующие версии используют FAT 32. Как правило, выбирается оптимальный размер кластера, например, один кластер = 8 секторам (4Кбт).

Принцип организации файловой системы NTFS (New Technology File System) отличается от предыдущей. Файловая система NTFS представляет собой структуру, каждый элемент которой является файлом – даже служебная информация. Основу ее составляет служебный файл MFT (Master File Table), в котором хранятся все атрибуты файлов (имя, размер, размещение файла на диске и т.д.). Именно он представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска, и себя самого. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует, какому либо файлу.

NTFS была разработана достаточно давно для Win NT. В настоящее время она используется в ОС семейства Win NT, а также Win ХР.

Файловая система NTFS - улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в FAT16, ни в FAT32.

Основное отличие - в случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В операционных системах Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает дополнительные возможности.

Одной из наиболее важных дополнительных возможностей является возможность сжатия данных (доступна только в Windows XP Professional Edition). Сжатие файлов, папок и программ позволяет сократить их размер и уменьшить объем пространства, занимаемого ими на дисках или устройствах со съемными носителями.

 

Развитие интерфейса ОС

Этап -

для 8-битных компьютеров ОС СР/М (Control Program for Microcomputers), интерфейс - командная строка.

Этап -

для 16-битных компьютеров ОС UNIX (торговая марка фирмы Bell Laboratories) и MS DOS (Microsoft Disk Operating System), интерфейс - командная строка, иерархическая структура диска, множество утилит (сервисных программ).

Этап -

появление операционной оболочки Norton Commander для MS DOS, а затем и других подобных оболочек, интерфейс существенно упрощается, для работы с файлами и каталогами используются окна, меню, подсказки, функциональные клавиши.

Этап -

появление графической операционной оболочки Windows 3.x, интерфейс становится графическим унифицированным (стандарт API Application Program Interface), для работы с файлами и каталогами используются контекстная помощь, меню, подсказки, пиктограммы, зарождается технология " Drag and Drop " ("Перетащи и брось" с мышью), появляется многозадачность (имитация, работа с несколькими окнами - задачами), технология " Буфера обмена ".

Этап -

для 32-битных компьютеров появляется многозадачная операционная система Windows95, интерфейс становится объектно-ориентированным, для работы с файлами и каталогами используется понятия объектов: документа и папки, также появляются другие объекты - рабочий стол, корзина и т.д., используются контекстная помощь, меню, подсказки, иконки, кнопки, технология " Drag and Drop" (с мышью), появляется реальная многозадачность (работа с несколькими окнами - задачами), технология "Буфера обмена".

Все последующие версии ОС Windows усовершенствуют интерфейс, основы которого были заложены еще в первой оболочке Windows 3.х.

______________________________________________________________________

Краткий обзор семейств ОС

ОС семейства UNIX

Первая ОС семейства UNIX появилась в 1969 году. Это разработка фирмы Bell Laboratories. В настоящее время операционные системы семейства UNIX - это 32-х разрядные многозадачные многопользовательские операционные системы. Преимущества этой ОС в том, что она переносима с минимальными затратами с одной машинной архитектуры на другую.

ОС UNIX объединяет в себе:

Ø доступ к распределенным базам данных,

Ø локальные сети,

Ø удаленную дистанционную связь,

Ø возможность выхода в глобальные сети,

Ø а также обеспечивает серьезную защиту от несанкционированного доступа.

В настоящее время существует множество приложений для UNIX. Большинство приложений для DOS и Windows могут работать и под UNIX. ОС UNIX нашла применение на IBM-совместимых ЭВМ с RISC - архитектурой.

________________________________________________________________

ОС семейства MS DOS

Первый представитель семейства MS DOS (Microsoft Disk Operating System) - дисковая операционная система была выпущена в 1981 году в связи с появлением персональных компьютеров.

ОС этого семейства являются однозадачными и обладают следующими характерными чертами и особенностями:

Ø интерфейс с ЭВМ осуществляется с помощью команд, вводимых пользователем

Ø модульность структуры, упрощающая перенос системы на другие ЭВМ

Ø небольшой объем доступной оперативной памяти, необходимой для работы.

Существенным недостатком ОС этого семейства является отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК.

Последняя версия ОС MS DOS 6.22 отличается от предыдущих версий:

Ø большим количеством команд

Ø большим количеством сервисных программ.

Основные файлы MS DOS: Command.com - процессор командного языка, Config.sys - файл конфигурации ОС, Autoexec.bat - файл автозапуска, с помощью которого выполняются команды MS DOS и программы для создания необходимой пользователю операционной среды.

Команды MS DOS делятся на:

q внешние - это обычные выполнимые файлы;

q внутренние - выполняющиеся командным процессором, который после загрузки ОС постоянно находится в памяти.

ОС LINUX

ОС Linux относится к семейству ОС UNIX, которые в течение многих лет (еще с 60-х годов!) обслуживали "большие" промышленные компьютеры. Она является многозадачной многопользовательской 32-разрядная системой.

Операционная система Linux, созданная в 1991 г. и официально выпущенная в 1994 г. Линусом Торвальдсом, разительно отличается от всех других операционных систем.

Linux – единственная популярная ОС, созданная любителем (Торвальдс написал ее в качестве дипломного проекта).

Поддерживается, развивается и дополняется она сотнями тысяч таких же энтузиастов из разных стран мира.

Linux – единственная свободно распространяемая ОС.

Таким образом, положительные качества этой ОС – это универсальность, бесплатность и открытость.

До недавнего времени для того, чтобы работать с ОС Linux, нужно было, как минимум разбираться в программировании. Поэтому единственной областью, в которой работала ОС Linux, вплоть до самого последнего момента оставались сети. Большая часть Web-серверов Интернет работает именно под управлением ОС Linux. В локальных сетях крупных компаний ОС Linux неплохо справлялся с ролью администратора.

Положение изменилось, когда появились первые коммерческие дистрибутивы – установочные комплекты Linux, которые позволяли самостоятельно инсталлировать ОС даже новичку.

Другим событием, стало появление удобных оболочек. Сочетание привычного Рабочего Стола и иконок Windows и мощи ядра ОС Linux сразу же привлекло внимание разработчиков и пользователей.

В России процесс приобщения к ОС Linux идет значительно медленнее – на персональных компьютерах и рабочих станциях главенствует ОС Windows. Под управлением различных версий ОС Linux работают управляющие компьютеры (серверы) локальных сетей Web-серверов Интернет.

________________________________________________________________

ОС семейства Windows

ОС Windows 95 была первой из семейства. Разработана на базе ОС MS DOS и операционной оболочки Windows 3.х. фирмой Microsoft. В дальнейшем развитие ОС этого семейства продолжалось по двум направлениям – локальные и сетевые. ОС первого направления – Windows 95, Windows 98, Windows МЕ (Millenium Edition). Все они построены на одних и тех же принципах и, несмотря на то, что добавляются новые функции, пользователь остается в той же знакомой и комфортной среде. Все версии локальных ОС семейства Windows являются многозадачными, однопользовательскими ОС, предоставляющими удобный графический интерфейс, но достаточно слабо обеспечивают защиту от несанкционированного доступа.

Другая группа из этого семейства с самого начала разрабатывалась как ОС для серверов и рабочих станций. Первой была Windows NT (New Technology), далее – Windows 2000, Windows XP (eXPerience – опыт, знание). Эта группа ОС более стабильная, чем Windows 95/98/Me, имеет улучшенную защиту адресного пространства процессов, продвинутую файловую систему.

Windows Vista и ее доработанная и оптимизированная версия Windows 7 – последние версии Microsoft Windows, линейки графических операционных систем, используемых на персональных компьютерах.

В новой версии Windows обеспечивается повышенная по сравнению с предыдущими версиями безопасность и надёжность данных, более лёгкая работа с информацией и совместимость с большей частью современных средств коммуникации, обновлённый интерфейс, быстродействие и др., однако, по мнению специалистов, производительность Windows XP во многих ситуациях выше, чем у последних версий.

Примерная структура ОС Windows

В состав базовой системы Windows входят следующие основные компоненты:

Ø подсистема диспетчера виртуальной машины,

Ø подсистема управления файлами и драйверами,

Ø подсистема управления окнами.

Объекты ОС Windows

Логические объекты:

1. Документы – объекты, содержащие какую-либо информацию (текстовую, графическую, звуковую, анимационную, видео или мультимедийную).

2. Программы – объекты-инструменты, порождающие и обрабатывающие документы.

3. Папки – более крупные объекты, содержащие документы, программы и другие папки.

4. Рабочий стол – объект, на котором можно располагать наиболее часто употребляемые документы, папки, программы.

5. Корзина – объект для выброса ненужных объектов.

6. Панель задач – обобщенный объект, содержащий имена открытых приложений, кнопку "Пуск", пиктограммы: время, переключатель алфавита и др.

7. Ярлык – вспомогательный объект-указатель пути к документу, папке или программе.

Физический объект

1. Мой компьютер – объект для описания конфигурации компьютера (диски, принтеры, сеть и др.) и встроенный логический объект - панель управления для настройки различных внешних устройств.