Тема 1. Базовая система ввода/вывода (BIOS)

ТЕМА 1. БАЗОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА (BIOS)

Программы BIOS. Их ключевые адреса.

BIOS (basic input/output system - базовая система ввода-вывода) - это набор микропрограмм системного программного обеспечения низкого уровня, записанных в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), имеющая программу для проверки установленной конфигурации (система POST), начальной загрузки операционной системы и управления системами компьютера. Является одним из основных устройств компьютера и находится на материнской плате. Микросхемы часто называют также чипом, а набор микросхем - чипсетом. Микросхема BIOS является чипом, так как находится в одной микросхеме. Они очень чувствительны к статическому электричеству.

Микросхема BIOS предназначена для установки параметров системы. Изначально в ней применяются заводские настройки, принятые по умолчанию, но в процессе модернизации такие установки приходится настраивать в соответствии с нуждами пользователя.

BIOS представляет собой элементы памяти и содержит:

- тестовую систему POST (Power On Self Test - самотестирование при включении электропитания), проверяющую после включения компьютера основные его компоненты;

- аппаратные драйверы основных устройств компьютера;

- программу установки основных параметров и аппаратной конфигурации. Значения параметров при этом записываются в специальный контроллер периферии, который содержит область памяти размером 100-130 байт памяти. Записанные значения, чтобы они не обнулялись, поддерживаются при помощи аккумуляторной батарейки в то время, когда к компьютеру не подключено электропитание.

Основной программой BIOS является POST (Power-On Self Test, в переводе «самотестирование при старте») - программа, которая начинает выполняться после включения компьютера. POST выполняет тестирование устройств, подключенных к компьютеру, и готовит оперативную память для загрузки операционной системы.

Программа Setup является составной частью BIOS а для ее запуска служит программа CMOS Setup. При помощи данной программы возможно управлять работой всего железа компьютера, а именно процессором, чипсетом, опе­ративной памятью и другими компонентами. Самое важное, что нужно запомнить в начале, так это то, что все параметры BIOS хранятся в CMOS памяти.

Кольцевой буфер (417h, 418h).

Клавиатурный буфер организован циклически (кольцевой буфер). Это означает, что при его переполнении самые старые значения будут потеряны. Указателями на начало и конец клавиатурного буфера обычно управляют обработчики прерываний INT 09h и INT 16h. Программа извлекает из буфера коды нажатых клавиш, используя различные функции прерывания INT 16h.

Помимо управления содержимым буфера клавиатуры, обработчик прерывания INT 09h отслеживает нажатия на так называемые переключающие клавиши - NumLock, ScrollLock, CapsLock, Ins. Состояние этих клавиш записывается в область данных BIOS в два байта с адресами 0000h:0417h и 0000h:0418h.

Формат байта 0000h:0417h: (0-7 – биты)

0 Нажата правая клавиша Shift.

1 Нажата левая клавиша Shift.

2 Нажата комбинация клавиш Ctrl-Shift с любой стороны.

3 Нажата комбинация клавиш Alt-Shift с любой стороны.

4 Состояние клавиши ScrollLock.

5 Состояние клавиши NumLock.

6 Состояние клавиши CapsLock.

7 Состояние клавиши Insert.

 

Формат байта 0000h:0418h: (0-7 – биты)

0 Нажата левая клавиша Shift вместе с клавишей Ctrl.

1 Нажата левая клавиша Shift вместе с клавишей Alt.

2 Нажата клавиша SysReq.

3 Состояние клавиши Pause.

4 Нажата клавиша ScrollLock.

5 Нажата клавиша NumLock.

6 Нажата клавиша CapsLock.

7 Нажата клавиша Insert.

 

ASCII

ASCII (англ. American Standard Code for Information Interchange) —американская стандартная кодировочная таблица для печатных символов и некоторых специальных кодов.

ASCII представляет собой кодировку для представления десятичных цифр, латинского и национального алфавитов, знаков препинания и управляющих символов. Изначально разработанная как 7-битная, с широким распространением 8-битного байта ASCII стала восприниматься как половина 8-битной. В компьютерах обычно используют расширения ASCII с задействованным 8-м битом и второй половиной кодовой таблицы.

Наложение символов

Благодаря символу BS (возврат на шаг) на принтере можно печатать один символ поверх другого. В ASCII было предусмотрено добавление таким образом диакритики к буквам, например:

· a BS ' → á

· a BS ` → à

· a BS ^ → â

· o BS / → ø

· c BS, → ç

· n BS ~ → ñ

Если на символ накладывается тот же символ, то получается эффект жирного шрифта, а если на символ накладывается подчёркивание, то получается подчёркнутый текст.

· a BS a → a

· a BS _ → a

Национальные варианты ASCII

Стандарт ISO 646 (ECMA-6) предусматривает возможность размещения национальных символов на месте @ [ \ ] ^ ` { | } ~. В дополнение к этому, на месте # может быть размещён £, а на месте $ — ¤. Такая система хорошо подходит для европейских языков, где нужны лишь несколько дополнительных символов. Вариант ASCII без национальных символов называется US-ASCII, или «International Reference Version».

Для некоторых языков с нелатинской письменностью (русского, греческого, арабского, иврита) существовали более радикальные модификации ASCII. Одним из вариантов был отказ от строчных латинских букв — на их месте размещались национальные символы (для русского и греческого — только заглавные буквы). Другой вариант — переключение между US-ASCII и национальным вариантом «на лету» с помощью символов SO (Shift Out) и SI (Shift In) — в этом случае в национальном варианте можно полностью устранить латинские буквы и занять всё пространство под свои символы.

Впоследствии оказалось удобнее использовать 8-битные кодировки (кодовые страницы), где нижнюю половину кодовой таблицы (0—127) занимают символы US-ASCII, а верхнюю (128—255) — дополнительные символы, включая набор национальных символов. Таким образом, верхняя половина таблицы ASCII до повсеместного внедрения Юникода активно использовалась для представления локализированных символов, букв местного языка. Отсутствие единого стандарта размещения кириллических символов в таблице ASCII доставляло множество проблем с кодировками (КОИ-8, Windows-1251 и другие). Другие языки с нелатинской письменностью тоже страдали из-за наличия нескольких разных кодировок.

В Юникоде первые 128 символов тоже совпадают с соответствующими символами US-ASCII. ASCII-коды используются также для определения нажатой клавиши при программировании. Для стандартной QWERTY-клавиатуры таблица кодов выглядит следующим образом:

 

Escape

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F10

F11

F12

Print Screen

Scroll Lock

Pause

`ё

-

=+

Back Space

Insert

Home

Page Up

Num Lock

/ доп.

* доп.

+ доп.

Tab

Q

W

E

R

T

Y

U

I

O

P

[

]

Delete

End

Page Down

7 доп.

8 доп.

9 доп.

Caps Lock

A

S

D

F

G

H

J

K

L

;ж

'э

Enter

4 доп.

5 доп.

6 доп.

Enter доп.

Shift

Z

X

C

V

B

N

M

,<

.>

/

Shift

\|

Up

1 доп.

2 доп.

3 доп.

Ctrl

win

Alt

Space Bar

Alt

win

list

Ctrl

Left

Down

Right

Ins/0 45/96

Del/. 46/110

 

Командная строка DOS

 

Среду командной оболочки Windows запускают разными способами, в частности указывая параметры при запуске Cmd.exe или используя собственный стартовый файл, хранящийся в каталоге %SystemRoot%\System32.

Кроме того, командная строка может работать в пакетном режиме для выполнения набора команд. В пакетном режиме командная строка считывает и выполняет команды одну за другой.
Работая с командной строкой Windows, вы должны понимать, откуда берутся используемые вами команды. «Родные» команды (встроенные в операционную систему) бывают двух видов:

1. внутренние — существуют внутри командной оболочки; у них нет отдельных исполняемых файлов;

2. внешние — реализованы в отдельных исполняемых файлах, которые обычно хранятся в каталоге %SystemRoot% \System32.

 

Краткий справочник по командам командной оболочки (Cmd.exe)

· assoc Выводит или изменяет сопоставления (associations) типов файлов

· break Задает точки останова при отладке

· call Вызывает из сценария процедуру или другой сценарий

· color Задает цвета текста и фона окна командной оболочки

· echo Выводит текст в окно командной строки или задает, надо ли отображать команды на экране (on|off)

· endlocal Отмечает конец локализации (локальной области видимости) переменных

· exit Выход из оболочки командной строки

· for Выполняет заданную команду для каждого файла в наборе

· ftype Выводит или изменяет текущие типы файлов в сопоставлениях расширений файлов с программами

· goto Указывает, что интерпретатор команд должен перейти настроку с заданной меткой в пакетном сценарии

· if Выполняет команды но условию

· path Показывает или задает путь к командам, используемый операционной системой при поиске исполняемых файлов и сценариев

· pause останавливает выполнение пакетного файла и ожидает ввода с клавиатуры

· popd Делает текущим каталог, имя которого было сохранено командой PUSHD

· prompt Указывает, какой текст должен показываться в строке приглашения

· pushd Сохраняет имя текущего каталога и при необходимости делает текущим заданный каталог

· rem Помечает комментарии в пакетном сценарии или Config.nt

· set Показывает текущие переменные окружения или задает временные переменные для текущей командной оболочки

· setlocal Отмечает начало локализации (локальной области видимости) переменных в пакетных сценариях

· shift Сдвигает позицию замещаемых параметров в пакетных сценариях

· start Запускает заданную программу или команду в отдельном окне

· title Задает заголовок окна командной оболочки

· verify Включает режим проверки файлов после записи на диск

· vol Показывает метку и серийный номер дискового тома

 

Синтаксис любой внутренней команды (и большинства внешних) можно получить, введя в командной строке имя команды и /?, например: сору /?

Командная оболочка — весьма мощная среда работы с командами и сценариями. В командной строке можно запускать команды разных типов: встроенные команды, утилиты Windows и версии приложений, рассчитанные на командную строку. Независимо от типа каждая команда, которую вы будете использовать, должна соответствовать одним и тем же синтаксическим правилам. Согласно этим правилам, за именем команды идут обязательные или необязательные аргументы. Кроме того, аргументы могут использовать перенаправление ввода, вывода или стандартных ошибок.

Выполняя команду в командной оболочке, вы инициируете такую последовательность событий.

1. Командная оболочка заменяет любые переменные, введенные в тексте команд, их текущими - значениями.

2. Если введена группа или цепочка из нескольких команд, строка разбивается на отдельные команды, которые в свою очередь разбиваются на имя и аргументы команды. Далее команды обрабатываются по отдельности.

3. Если в имени команды указан путь, командная оболочка ищет команду по этому пути. Если в указанном каталоге такой команды нет, командная оболочка возвращает ошибку.

4. Если в имени команды не задан путь, командная оболочка сначала пытается разрешить имя команды на внутреннем уровне. Если найдена внутренняя команда с таким именем, значит, вызвана внутренняя команда, которую сразу же можно выполнить. Если внутренней команды с таким именем нет, командная оболочка сначала ищет исполняемый файл команды в текущем каталоге, а затем в каталогах, перечне в переменной окружения PATH. Если файла команды нет ни в одном из этих каталогов, командная оболочка возвращает ошибку.

5. Если команда найдена, она выполняется с заданными аргументами и при необходимости ввод считывается из источника, указанного в этих аргументах. Вывод и ошибки команд показываются в окне командной строки или направляются заданному приемнику вывода и ошибок.
Как видите, на выполнение команд влияют многие факторы, в том числе пути к командам, перенаправление ввода-вывода, группирование или создание цепочек команд.
При работе с командной оболочкой вы, вероятно, запускали ее, открывая меню Start (Пуск) и выбирая Programs (Программы) или All Programs (Все программы), затем Accessories (Стандартные) и Command Prompt (Командная строка). Другие способы запуска командной строки — диалоговое окно Run (Запуск программы) или ввод cmd в другом, уже открытом окне командной оболочки.

 

Сценарии командной строки — текстовые файлы с командами, которые вы хотите выполнить. Это те же команды, которые обычно вводятся в командной оболочке Windows. Однако, вместо того чтобы вводить команды каждый раз, когда они понадобятся, можно создать соответствующий сценарий.

Поскольку сценарии состоят из стандартных текстовых символов, их можно создавать и редактировать в любом стандартном текстовом редакторе, скажем, в Notepad (Блокнот). Вводя команды, убедитесь, что каждая команда или группа команд, которые должны выполняться совместно, разметаются с новой строки. Это обеспечит их корректное выполнение. Закончив создание сценария командной строки, сохраните файл сценария с расширением.bat или.cmd. Оба расширения работают одинаково. Например, если вам надо создать сценарий для вывода имени системы, версии Windows и конфигурации IP, включите в файл SysInfo.bat или SysInfo.cmd следующие три команды:

Hostname

Ver

ipconfig –all

Команда ECHO служит двум целям: для записи текста в вывод (например в окно командной оболочки или текстовый файл) и для включения/выключения эхо-отображения команд. Обычно при выполнении команд сценария сами команды и вывод этих команд отображаются в консольном окне. Это называется эхо-отображением команд (comand echoing).

Чтобы использовать команду ECHO для отображения текста, введите echo и текст, который надо вывести: echo The system host name Is: hostname

Чтобы с помощью ECHO управлять эхо-отображением команд, введите echo off или echo on, например:

echo off

echo The system host name is:

hostname

Теперь посмотрим, как подавляется эхо-отображение команд. Запустите командную оболочку, введите echo off, затем другие команды. Вы увидите, что приглашение командной строки больше не выводится. Вместо него появляется только то, что набирается в консольном окне, и вывод выполненных команд. В сценариях команда ECHO OFF отключает эхо-отображение команд и приглашение командной строки. Добавляя в свои сценарии команду ECHO OFF, вы предотвращаете загромождение окна командной оболочки или файла текстом команд, если вас интересует лишь вывод от этих команд.

 

Часто при работе с компьютером пользователя или удаленным сервером возникает необходимость в получении базовой информации о системе вроде имени зарегистрированного в ней пользователя, текущего системного времени или местоположения определенного файла. Команды, которые позволяют собрать основную информацию о системе, включают:

1. DRIVERQUERY — выводит список всех установленных драйверов устройств и их свойства, в том числе имя модуля (module name), отображаемое имя (display name), тип драйвера и дату сборки (driver link date). В режиме отображения всей информации (/V) сообщается статус (status) и состояние (state) драйвера, режим запуска, сведения об использовании памяти и путь в файловой системе. Параметр /V также включает вывод детальной информации обо всех неподписанных драйверах.

2. SYSTEMINFO — выдает подробную информацию о конфигурации системы, в том числе сведения о версии, типе и изготовителе операционной системы, процессоре, версии BIOS, объеме памяти, региональных стандартах, часовом поясе и конфигурации сетевого адаптера.

3. NOW — отображает текущую системную дату и время в 24-часовом формате, например Sal May 9 12:30:45 2003. Доступна только в Windows Server 2003 Resource Kit;

4. WHOAMI — сообщает имя пользователя, зарегистрированного в системе на данный момент, например adatum\admi-nistrator.

 

Возможности NTFS

· восстанавливаемость (recoverability) – способность файловой системы возвращаться к работоспособному состоянию после возникновения сбоя. Реализуется такая возможность, во первых, за счет поддержки атомарных транзакций, во вторых, за счет избыточности хранения информации. Атомарная транзакция (atomic transaction) – операция с файловой системой, приводящая к её изменению, которая либо полностью успешно выполняется, либо не выполняется вообще (т. е. в случае сбоя во время атомарной транзакции все изменения откатываются). Избыточность используется при хранении важнейших данных файловой системы, критически необходимых для её корректной работы;

· безопасность (security) – защищенность файлов от несанкционированного доступа. Реализуется при помощи модели безопасности Windows, рассмотренной в лекции 9 "Безопасность в Windows";

· шифрование (encryption) – преобразование файла в зашифрованный код, который невозможно прочесть без ключа. Обычные механизмы безопасности, такие как назначение прав доступа пользователей к файлам, не обеспечивают полной защиты информации, например, в случае перемещения диска на другой компьютер. Администратор операционной системы всегда может получить доступ к файлам других пользователей, даже на томе NTFS. Поэтому в NTFS включена поддержка шифрующей файловой системы EFS (Encrypting File System), которая позволяет легко зашифровывать и расшифровывать файлы;

· поддержка RAID (Redundant Array of Inexpensive (Independent) Disks – массив недорогих (независимых) дисков с избыточностью) – возможность использования для хранения информации нескольких дисков; данные с одного диска автоматически копируются на другие, обеспечивая тем самым повышенную надежность;

· дисковые квоты для пользователей (Per-User Volume Quotas) – возможность выделения для каждого пользователя определенного пространства на диске (квоты); NTFS не позволяет пользователю записывать данные на диск сверх выделенной квоты.

Структура NTFS

В начале тома находится загрузочная запись тома (Volume Boot Record), в которой содержится код загрузки Windows, информация о томе (в частности, тип файловой системы), адреса системных файлов ($Mft и $MftMirr – см. далее). Загрузочная запись занимает обычно 8 КБ (16 первых секторов).

В определенной области тома (адрес начала этой области указывается в загрузочной записи) расположена основная системная структура NTFS – главная таблица файлов (Master File Table, MFT). В записях этой таблицы содержится всяинформация о расположении файлов на томе, а небольшие файлы хранятся прямо в записях MFT.

Важной особенностью NTFS является то, что вся информация, как пользовательская, так и системная, хранится в виде файлов. Имена системных файлов начинаются со знака "$". Например, загрузочная запись тома содержится в файле $Boot, а главная таблица файлов – в файле $Mft. Такая организация информации позволяет единообразно работать как с пользовательскими, так и с системными данными на томе.

Поскольку MFT является важнейшей системной структурой, к которой при операциях с томом наиболее часто происходят обращения, выгодно хранить файл $Mft в непрерывной области логического диска, чтобы избежать его фрагментации (размещения в разных областях диска), и, следовательно, повысить скорость работы с ним. С этой целью при форматировании тома выделяется непрерывная область, называемая зоной MFT (MFT Zone). По мере увеличения главной таблицы файлов, файл $Mft расширяется, занимая зарезервированное место в зоне.

Остальное место на томе NTFS отводится под файлы – системные и пользовательские.

Файлы NTFS

Как уже обсуждалось, основная информация о файле содержится в файловой записи (File Record) размером 1 КБ таблицы MFT, а небольшие файлы целиком хранятся в файловой записи.

Файловая запись состоит из заголовка (Header) и набора атрибутов (Attribute). В заголовке содержится служебная информация о файловой записи, например, её тип и размер. Все данные, относящиеся непосредственно к файлу, хранятся в виде атрибутов. Названия атрибутов, так же как и системных файлов, начинаются с "$". Например, отдельными атрибутами являются имя файла ($FILE_NAME), информация о его свойствах ($STANDARD_INFORMATION), данные файла ($DATA). Типичная файловая запись представлена на рис..

На диске файловая запись всегда расположена в начале сектора, первые байты файловой записи кодируют слово "FILE" (ASCII-коды: 46 49 4C 45). Конец записи определяется 4 байтовой последовательностью FF FF FF FF.

Физически атрибут файла хранится в виде потока байтов (stream) – простой последовательности байтов. Такое представление позволяет одинаковым образом работать с разнотипными атрибутами, а также добавлять нестандартные пользовательские атрибуты.

Каждый атрибут состоит из заголовка (attribute header), определяющего тип атрибута и его свойства, и тела (attribute body), содержащего основную информацию атрибута.

 

II. Customizer XP

Следующая программа-твикер Windows XP - это Customizer XP. Это бесплатная программа, которая в отличие от Tweak-XP сосредоточена только на работе с реестром. То есть изменение внешнего вида ОС, и, конечно же, функций. Вообще взаимное использование этих программ может принести очень хороший результат. Эта программа включает в себя следующие опции:

· Registry Tweak

· RAM Optimizer

· Disk Cleaner

· OEM Info

· Create Shortcut

· Process Info

· Startup Manager

· Add/Remove

Всё это вместе позволит настроить Windows по своему вкусу. На вкладке Explorer можно: убрать стрелочки с ярлыков (Remove arrow symbol on shortcut), убрать надпись о версии системы (Show Windows version number), заставить использовать Блокнот для открытия незнакомых файлов (Use Notepad to open unknown files), отменить функцию Active Desktop (Disable Active Desktop feature), предотвратить сворачивание неиспользуемых иконок в трее (Disable grouping similar taskbar buttons), предотвратить группирование сходных кнопок на панели задач и кое-что ещё. Программа позволяет убрать многочисленные вкладки из диалоговых окон ОС. Таких как экран, Панель Управления, Свойства Системы и многое другое. Этим можно ограничить пользователей менять установки системы. А чтобы они не смогли вернуть все назад можно поставить пароль на запуск Customizer XP в программе Tweak-XP:-). Программа бесплатна и дает доступ к многочисленным ветвям реестра, поэтому каждый, кто использует ОС Windows XP должен иметь её в своем арсенале.

III. Tweak UI

Родная программа-твикер от Microsoft. Входит в состав PowerToys for Windows XP и продолжает известную линейку Tweak UI. Программа абсолютно бесплатна и позволяет совершить ряд простых настроек. На вкладке General можно настроить пункт Focus - указать, каким образом приложение, нуждающееся в действии пользователя, давало бы о себе знать. А также провести некоторые настройки с быстродействием системы (анимированные выпадающие меню и т. д.). Вкладка Mouse позволит совершить ряд манипуляций с мышью, в том числе указать количество строк прокручивающихся при каждом движении колесика или, используя вкладку x-mouse настроить систему так, чтобы окна становились активными при подводе к ним указателя мыши. На вкладке Explorer можно настроить внешний вид ярлыков и установить командные клавиши для клавиатуы с навигационными клавишами. Вкладка My Computer позволит настроить местонахождение системных папок типа CD-Burning, а также включить или выключить автовоспроизведение компакт-дисков. Control Panel предлагает довольно редкую функцию добавления или удаления апплетов из меню Панели Управления. Довольно интересная функция. Вкладка Internet Explorer позволит определить программу, которая служила бы для просмотра исходного кода Web-страниц, а также присвоить собственный рисунок для панели инструментов IE. На вкладке Logon можно заставить систему подключать файл autoexec.bat при загрузке, а также определить пользователя, который бы загружался автоматически. И последняя вкладка Repair позволит восстановить некоторые системные папки, которые должны выглядеть специальным образом, например, папка Fonts.

 

ТЕМА 1. БАЗОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА (BIOS)