Реферат: Позиционные системы счисления

Реферат: Позиционные системы счисления

Система счисления - это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).

Существуют системы позиционные и непозиционные.
В непозиционных системах счисления вес цифры не зависит от позиции, которую она занимает в числе. Так, например, в римской системе счисления в числе XXXII (тридцать два) вес цифры X в любой позиции равен просто десяти.
В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее позиции в последовательности цифр, изображающих число.
Любая позиционная сиситема характеризуется своим основанием.
Основание позиционной системы счисления - это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.
За основание можно принять любое натуральное число - два, три, четыре, шестнадцать и т.д. Следовательно, возможно бесконечное множество позиционных систем.

Десятичная система счисления.

Пришла в Европу из Индии, где она появилась не позднее VI века н.э. В этой системе 10 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, но информацию несет не только цифра, но и место, на котором цифра стоит (то есть ее позиция). В десятичной системе счисления особую роль играют число 10 и его степени: 10, 100, 1000 и т.д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, вторая справа - число десятков, следующая - число сотен и т.д.

Двоичная система счисления.

В этой системе всего две цифры - 0 и 1. Особую роль здесь играет число 2 и его степени: 2, 4, 8 и т.д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра - число двоек, следующая - число четверок и т.д. Двоичная система счисления позволяет закодировать любое натуральное число - представить его в виде последовательности нулей и единиц. В двоичном виде можно представлять не только числа, но и любую другую информацию: тексты, картинки, фильмы и аудиозаписи. Инженеров двоичное кодирование привлекает тем, что легко реализуется технически.

Восьмеричная система счисления.

В этой системе счисления 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Цифра 1, указанная в самом младшем разряде, означает - как и в десятичном числе - просто единицу. Та же цифра 1 в следующем разряде означает 8, в следующем 64 и т.д. Число 100 (восьмеричное) есть не что иное, как 64 (десятичное). Чтобы перевести в двоичную систему, например, число 611 (восьмеричное), надо заменить каждую цифру эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр). Легко догадаться, что для перевода многозначного двоичного числа в восьмиричную систему нужно разбить его на триады справа налево и заменить каждую триаду соответствующей восьмеричной цифрой.

Шестнадцатиричная система счисления.

Запись числа в восьмеричной системе счисления достаточно компактна, но еще компактнее она получается в шестнадцатеричной системе. В качестве первых 10 из 16 шестнадцатеричных цифр взяты привычные цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а вот в качестве остальных 6 цифр используют первые буквы латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. Цифра 1, записанная в самом младшем разряде, означат просто единицу. Та же цифра 1 в следующем - 16 (десятичное), в следующем - 256 (десятичное) и т.д. Цифра F, указанная в самом младшем разряде, означает 15 (десятичное). Перевод из шестнадцатеричной системы в двоичную и обратно производится аналогочно тому, как это делается для восьмеричной системы.

Почему люди пользуются десятичной системой счисления, а ЭВМ - двоичной?

Подготовил Садовой Игорь по материалам газеты "Информатика" 1998 N24 и книги Л.З.Шауцуковой, "Основы информатики в вопросах и ответах", Издательский центр "Эль-Фа", Нальчик, 1994.

Операционные системы

Операционная система определяет общие правила запуска программ, управления данными и доступа к ресурсам компьютера.

Наиболее широко распространенной и универсальной операционной системой для большинства типов ЭВМ с начала 1970-х годов является многозадачная и многопользовательская операционная система UNIX, разработанная компанией Bell Labs, подразделением AT&ampT. UNIX существует в десятках версий для компьютерных систем различных производителей.

Первой широко распространенной операционной системой для 8-разрядных персональных компьютеров, основанных на микропроцессоре Intel 8080, стала в 1970-е годы система CP/M-80 фирмы Digital Research.

Основной операционной системой компьютеров IBM PC и совместимых с ними, изначально основанных на микропроцессоре Intel 8088, а в дальнейшем — на последующих моделях микропроцесссоров Intel, стала (с 1981 г.) MS-DOS фирмы Microsoft. Существовали операционные системы, совместимые с MS-DOS, такие, как PC-DOS фирмы IBM, DR-DOS фирмы Digital Research (впоследствие стала продуктом фирмы Novell под маркой Novell DOS).

Попыткой уйти от стандарта MS-DOS была совместно разработанная фирмами Microsoft и IBM операционная система OS/2 (1987 г.). С 1990 года фирма Microsoft отошла от разработки OS/2 и полностью сконцентрировалась на линии операционных систем Windows, которые являются в настоящее время весьма популярными. OS/2 остается продуктом IBM и продолжает развиваться этой фирмой.

Операционная система Microsoft DOS

В настоящее время MS-DOS (Microsoft Disk Operatting System - "дисковая операционная система фирмы Microsoft)  остается самой популярной в мире операционной системой для IBMPC-совместимых персональных компьютеров. Ее поставки начались в 1981 году вместе с компьютерами IBM PC (под названием PC—DOS). Многие черты MS—DOS были унаследованы от операционной системы CP/M—80 фирмы Digital Research, применявшейся в 8—разрядных персональных компьютерах.

Операционная система MS—DOS позволяет использовать программное обеспечение, созданное для MS—DOS, и предоставляет пользователю ряд возможностей по работе с файлами данных, их организации в каталоги и использованию устройств ввода-вывода. MS—DOS является однозадачной однопользовательской операционной системой, работающей в реальном режиме микропроцессоров x86, использующей 640 Кбайт памяти компьютера и поддерживающей сравнительно простую файловую систему (File Allocation Table, FAT). Изначально MS—DOS ориентирована на работу с микропроцессорами 8086 и 8088, имевшими только один режим работы — так называемый реальный. Защищенный режим работы микропроцессоров Intel 80286 и выше (с адресацией до 16 Мбайт памяти) могут использовать только некоторые драйверы MS—DOS, с виртуальной памятью система не работает.

Самой совершенной версией операционной системы MS—DOS, выпущенной отдельно, является MS—DOS 6.22 (1994 г.).

Для использования системой —MSDOS диск должен быть не только размечен на стандартные сектора и дорожки. При форматировании дисков в системе MS—DOS на них записывается стандартная служебная информация, необходимая для работы, и создаются структуры данных, входящие в системную область диска.

Системной областью диска в MS—DOS называется служебная область, в которой не могут храниться файлы данных. Системная область состоит из трех частей: загрузочной записи, таблицы размещения файлов и корневого каталога.

Загрузочная запись (Boot Record) размещается на каждом диске в логическом секторе с номером 0. Она содержит данные о формате диска, а также короткую программу, используемую в процедуре начальной загрузки операционной системы.

Таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT) находится после загрузочного сектора и содержит описание физического расположения всех файлов на диске; за FAT следует ее точная копия — такое дублирование повышает надежность хранения данных на диске.

Корневой каталог (Root Directory) всегда находится за копией FAT, и количество записей в нем никогда не превышает определенной величины, а именно: 112 на дискетах двойной плотности, 224 на дискетах высокой плотности и 512 на жестких дисках.

Все логические тома хранятся под общей физической “обложкой” одного жесткого диска. Информация о разбиении на тома фиксируется в самом первом физическом секторе диска, то есть в секторе 1 дорожки 0 стороны 0, в главной загрузочной записи (Master Boot Record).

Загрузочный код из загрузочной записи диска считывается программой начального загрузчика ROM BIOS (записанной на ПЗУ базовой системы ввода-вывода) компьютера и получает управление после включения компьютера. Загрузочная программа определяет, являются ли первые два файла на диске файлами IO.SYS и MSDOS.SYS (в системе MS—DOS). Если это так, то происходит загрузка операционной системы MS—DOS, в противном случае загрузочная программа выводит на дисплей сообщение о том, что диск не является системным. Для успешной загрузки —MSDOS также необходим исполняемый файл командного процессора, по умолчанию — COMMAND.COM.

Таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT) — это список кластеров диска. Кластер — это единица выделения дискового пространства, некоторое количество секторов, число которых равно степеням числа 2. Каждый файл в FAT охарактеризован цепочкой цифр — порядковых номеров его кластеров на диске.

Первые две записи в FAT зарезервированы для описания формата диска, первый кластер в области дисковых данных поэтому пронумерован числом 2. В FAT ровно столько значимых записей, сколько кластеров на диске. Если в ячейке FAT записано значение “0”, кластер пуст. Специальные обозначения приняты для последнего кластера файла, для дефектных и зарезервированных кластеров. Номер начального кластера каждого файла записан в каталоге. При записи и удалении файлов, модификации файлов и каталогов вносятся изменения в FAT, причем сразу в обе таблицы.

Корневой каталог состоит из ограниченного количества записей, каждая из которых содержит информацию о файле или подкаталоге, а может также включать одну запись с меткой диска. В списке файлов, доступных из корневого каталога, присутствуют записи с разными атрибутами, например файлы с атрибутом “Каталог” (Dir), то есть подкаталоги. В каталоге хранятся и номера начальных кластеров файлов, необходимые для того, чтобы начать “отслеживание” кластеров файла по цепочке номеров в ячейках FAT.

При удалении файла или подкаталога соответствующая ему запись не освобождается — просто первый символ имени заменяется на байт с номером 229, то есть “” (или “х” в кодировке 866). Корневой каталог системного диска обязательно начинается с записей “IO.SYS” и “MSDOS.SYS”, в любом подкаталоге сначала идут записи: “.” (текущий каталог) и “..” (надкаталог).

Подкаталоги являются файлами с атрибутами “Каталог”. Они имеют ту же структуру, что и корневой каталог, и также могут содержать записи о файлах и подкаталогах. В отличие от корневого каталога подкаталоги могут иметь неограниченную длину. В любом подкаталоге первыми являются записи: “.” (текущий каталог) и “..” (надкаталог) с атрибутами “Каталог”.

Имя файла в MS-DOS может состоять из двух частей. Первая часть имени файла содержит не более 8 символов. В качестве имени файла нельзя использовать имена PRN, LPT1, LPT2, LPT3, AUX, COM1, COM2, COM3, COM4 и CON, а также имена NUL и CLOCK$, так как они зарезервированы за устройствами. Вторая, необязательная, часть имени файла называется расширением, она может состоять не более чем из трех символов. Между именем и расширением ставится символ “.”.

Файлы программ имеют расширения COM или EXE. Можно организовать также BAT-файлы, которые содержат списки команд, вызывающих внутренние программы MS-DOS, COM-, EXE- и другие BAT-файлы.

Полное имя каталога состоит из имени диска, имен надкаталогов и имени каталога, разделеных символом “\”.

C:\DOS (каталог DOS диска C)

C:\WINDOWS\SYSTEM (подкаталог SYSTEM каталога C:\WINDOWS)

Имя корневого каталога любого диска — \.

C:\ — корневой каталог диска C:.

Полный адрес файла состоит из полного имени каталога и имени файла.

C:\WINDOWS\WIN.COM (файл WIN.COM каталога C:\WINDOWS)

Файл IO.SYS содержит драйверы консоли ввода-вывода, последовательного и параллельного интерфейсов, системного таймера, устройства начальной загрузки и модуль SYSINIT, управляющий процессом загрузки операционной системы.

Файл MSDOS.SYS содержит ядро операционной системы —MSDOS. Ядро MS—DOS обеспечивает прикладным программам функции управления процессами, работы с памятью и дисковыми данными.

Если у пользователя возникает проблема нехватки дискового пространства, MS-DOS предполагает возможность уплотненного размещения файлов на диске. Дисковый компрессор обеспечивает сжатие данных, записываемых на диск и распаковку данных, с них считываемых, то есть осуществляет перехват и преобразование данных, передаваемых между оперативной памятью и дисками.

В MS—DOS 6.0 и 6.2 входит модуль динамического сжатия дисковых данных DBLSPACE.BIN, а в версию 6.22 — DRVSPACE.BIN.

Стандартным командным процессором MS—DOS является COMMAND.COM. Командный процессор MS—DOS обрабатывает команды, выданные пользователем. Резидентная часть командного процессора, которая постоянно находится в памяти, обрабатывает нажатия клавиш Ctrl+C, критические ошибки. При необходимости резидентная часть вызывает транзитную часть командного процессора, объем которой примерно в 10 раз больше. Она выполняет команды пользователя, в ней хранится код всех встроенных команд COMMAND.COM.

Для удобства работы с компьютером, выполнения дополнительных задач и повышения производительности в оперативную память могут загружаться резидентные программы и драйверы. Для использования старших адресов памяти, верхней, дополнительной и отображаемой памяти в MS—DOS входят драйверы.

Сразу после включения компьютера выполняется программа загрузчика операционной системы, проверяющая наличие файлов операционной системы на активном диске компьютера. Управление передается файлу IO.SYS. Процессом дальнейшей загрузки управляет модуль SYSINIT.

Загружается модуль ядра операционной системы MSDOS.SYS.

При использовании программы динамического сжатия дисковых данных Microsoft DriveSpace, входящей в —MSDOS 6.22 (в версиях MS—DOS 6.0 и 6.2 — DoubleSpace), загружается также модуль DRVSPACE.BIN (DBLSPACE.BIN).

После загрузки ядра MS—DOS модуль SYSINIT выполняет команды текстового файла CONFIG.SYS, находящегося в корневом каталоге системного диска.

Команды файла CONFIG.SYS определяют режимы работы MS—DOS и загружают драйверы устройств и резидентные программы. Если в зависимости от потребностей пользователя предполагается выполнение программ, требующих загрузки взаимоисключающих или несовместимых драйверов и резидентных программ, наличия различной конфигурации оборудования, можно организовать “интерактивное конфигурирование DOS” (вариантную загрузку). На дисплее отображается меню загрузки, пункты которого должны быть указаны командами MENUITEM в разделе [menu] файла CONFIG.SYS. После выбора пункта меню выполняются команды, находящиеся в секции с именем, определенным соответствующей командой MENUITEM, команды, находящиеся в секции [common] и в начале файла CONFIG.SYS. Затем SYSINIT вызывает командный процессор.

Процесс загрузки завершается выполнением команд файла AUTOEXEC.BAT. Выполнение программ и установка переменных окружения, определяемых в файле AUTOEXEC.BAT, также может быть вариантным, синхронизованным с меню CONFIG.SYS. Если файла AUTOEXEC.BAT нет в корневом каталоге системного диска, загрузка заканчивается выводом стандартного сообщения MS—DOS:

В начале —загрузки MSDOS 6.x на экране появляется сообщение

Starting MS-DOS…

В этот момент можно нажать одну из клавиш — Shift (недокументированная возможность), F5, F8, Ctrl+F5 или Ctrl+F8.

Если в любой момент после нажатия F8 или Ctrl+F8 нажать Esc, все оставшиеся команды будут выполнены без запроса на подтверждение. Если в файле CONFIG.SYS имеется команда SWITCHES=/N, нажатие Shift, F5 или F8 не повлияет на процесс загрузки, а нажатие Ctrl+F5 или Ctrl+F8 подействует, только если установлена система сжатия DoubleSpace (DriveSpace).

В основе работы с —MSDOS лежит система команд, которые пользователь набирает на клавиатуре в командной строке в ответ на приглашение к работе. Операционная система MS—DOS исторически поддерживает крайне недружелюбный интерфейс. В случае ошибки в командной строке приходится всю команду набирать заново, иногда это бывает несколько утомительно. Поэтому MS—DOS обычно используется в “сопровождении” файловых мониторов или оболочек, которые организуют удобную подачу команд.

Внутренние команды —MSDOS, такие как DIR, COPY, DEL, DATE, TIME, встроены в командный процессор COMMAND.COM. Программы, находящиеся на магнитных дисках в виде COM- и EXE-файлов, а также пакетные файлы вызываются внешними командами MS—DOS. Например, программа MS—DOS Editor, входящая в MS—DOS, вызывается командой EDIT (исполняемый файл EDIT.COM), а программа Norton Commander фирмы Symantec — командой NC (NC.EXE).

Если исполняемый файл не найден, MS—DOS выдает сообщение “Bad command or file name” (“Неверная команда или имя файла”). Поиск исполняемого файла производится в следующем приоритетном порядке:

— если есть COM-файл, выполняется он;

— если нет COM-файла, выполняется EXE-файл;

—           если нет ни COM-, ни EXE-файлов, выполняется BAT-файл.

Для вызова программ, файлы которых находятся не в текущем каталоге, необходимо специально настроить переменную окружения PATH командой PATH.

Команда PATH с параметром — списком каталогов, в которых должен производиться поиск, модифицирует список каталогов, в которых MS—DOS должна искать программные файлы.

Path=c:\windows;c:\windows\command;c:\tools

Рекомендуется поместить команду PATH со списком необходимых каталогов в файл AUTOEXEC.BAT.

Символы “*” и “?” (называемые маской файлов) можно передавать многим программам вместо имен файлов или их частей. Символ “?” заменяет один любой символ, символ “*” заменяет любое количество любых символов.

Направить вход из файла (вместо клавиатуры) можно командой вида:

Направить выход в файл (вместо дисплея) можно такой командой:

При использовании символа > выходной файл перезаписывается. Для присоединения каждого последующего выходного файла к одноименному предыдущему используют >> вместо >:

Направить выход из команды_1 на вход команды_2:

Команда 1 | команда 2

Операционная система PC—DOS фирмы IBM до последнего времени оставалась практически идентична —MSDOS. IBM PC—DOS 7.0 (1995 г.) обладает более широким набором сервисных программ, чем MS—DOS 6.22.

Операционная система Novell DOS 7.0 (бывшая DR-DOS фирмы Digital Research) обладала существенно более широкими возможностями, чем MS—DOS. В 1994 году фирма Novell прекратила выпуск этой операционной системы.

Многие операционные системы для IBMPC-совместимых компьютеров поддерживают работу программ для MS—DOS. В операционную систему Microsoft Windows95 входит ядро реального режима и ряд сервисных программ, которые в комплексе являются дальнейшим развитием MS—DOS, но не носят официального наименования MS—DOS 7.0. Операционная система IBM OS/2 позволяет работать практически с любыми программами для MS—DOS. Операционная система Microsoft WindowsNT также позволяет выполнять многие программы для MS—DOS и поддерживает команды MS—DOS.

Операционная система IBM OS/2

OS/2 — 32-разрядная графическая многозадачная операционная система фирмы IBM для IBMPC-совместимых компьютеров. OS/2 изначально создавалась фирмами IBM и Microsoft для полноценного использования приложениями возможностей современных микропроцессоров: всей адресуемой памяти, защищенного режима и многозадачности.

OS/2 использует виртуальную память, объем которой динамически меняется. Приложения работают в среде OS/2 в режиме вытесняющей многозадачности с разделением времени. При вытесняющей многозадачности операционная система жестко делит ресурсы процессора между выполняющимися программами, в отличие от кооперативной многозадачности (используемой, например, в Microsoft Windows3.x), при которой работающие программы делят процессорное время путем опроса друг друга. Возможна работа многопоточных приложений для OS/2, запускающих несколько процессов одновременно.

Файловая система (High Performance File System, HPFS) системы OS/2 обладает более высокой производительностью, чем файловая система FAT MS—DOS, лучше защищена от сбоев и поддерживает длинные (до 256 символов) имена файлов.

Workplace Shell, 32—разрядная графическая оболочка системы OS/2, основана на объектно-ориентированной модели (System Object Model, SOM).

OS/2 работает на компьютерах с микропроцессором не ниже 80386 (рекомендуется 486 или Pentium) и объемом оперативной памяти не менее 4 Мбайт (рекомендуется 8 Мбайт и более). В настоящее время наиболее широко используются версии OS/2 Warp 3 и OS/2 Warp Connect 3 (расширенная версия с сетевыми возможностями). В начале 1996 года выпущена OS/2 Warp Server — серверная операционная система для многоранговой локальной сети.

Все дисковые каталоги в системе OS/2 являются папками Workplace Shell. Папки, прикладные программы и другие объекты Workplace Shell в развернутом состоянии представляют собой окна, имеющие полосы прокрутки и кнопки управления, аналогичные таким же элементам окон Microsoft Windows.

На рабочем столе Desktop располагаются все открытые окна папок и прикладных программ, а также панель быстрого доступа к объектам LaunchPad, которая содержит кнопки вызова наиболее часто используемых программ, переключения окон, прекращения работы системы, ограничения доступа к системе и запуска программы поиска файлов.

Важными чертами интерфейса Workplace Shell являются:

—           полная поддержка работы с объектами и группами объектов перетаскиванием мышью;

—           пополняемый набор шаблонов для создания новых документов;

—           возможность создания специальных объектов (shadow) для вызова определенных документов или приложений;

—           анимированный интерфейс — “развертывающиеся” окна, сменяющиеся “закрытые” и “раскрытые” значки;

—           широкие возможности конфигурирования оболочки.

В полные версии OS/2 входит лицензионный код Windows for Workgroups3.11, версии OS/2 для Windows позволяют использовать установленную на компьютере Windows в сеансе WIN—OS2. Благодаря этому OS/2 полностью совместима с программами для —MSDOS, Windows 3.1 и Win32s 1.15 (т.е., не многопоточными) — в отличие от Windows, в среде которой не могут выполняться программы для OS/2 (только в среде WindowsNT могут выполняться программы символьного интерфейса для OS/2 1.2).

Для работы MS—DOS-программ не требуется наличие файлов операционной системы DOS на компьютере. DOS-приложения выполняются в виртуальных DOS-машинах (VDM). Для каждой VDM можно назначить индивидуальный набор загружаемых драйверов устройств и файл AUTOEXEC.BAT. Прикладные программы DOS в сеансах VDM могут использовать XMS-, EMS- и DPMI-память.

WIN—OS2-сессия может выполняться в стандартном и в 386—м расширенном режиме Windows. Могут быть загружены одновременно несколько WIN—OS2-сессий, выполняющихся в режиме вытесняющей многозадачности; в этом случае нарушение в работе одного приложения не повредит другие.

В систему OS/2 встроена поддержка весьма развитых мультимедиа-технологий, в том числе:

— технология синхронизации воспроизведения аудио- и видеоряда SynchStream;

— высокоскоростной интерфейс прикладного программирования (Direct Interface Video Extension, DIVE) для игр и видеоприложений;

—  встроенная программная поддержка стандартных форматов ADPCM (adaptive delta pulse code modulation —алгоритмы, используемые для сжатия данных. Определяют, в частности, правила хранения оцифрованного звука на дисках, позволяющие на 75% сжимать звук без дополнительной аппаратной поддержки), разработанных Interactive Multimedia Association и Microsoft;

Страницы: 1, 2, 3