Операционные системы 5 (стр. 12 из 43)

· Ввод символа без ожидания. Он отличается тем, что при пустом буфере не происходит ожидания, а возвращается соответствующий признак. Без этой функции было бы невозможно запрограммировать большую часть игр.

· Опрос состояния клавиатуры. Возвращает информацию о текущем состоянии «сдвиговых» клавиш.

Прикладные программы могут вызывать либо прерывание Int 16h, либо одну из функций DOS, предназначенных для ввода символов с консоли. Следует подчеркнуть, что эти функции работают не с клавиатурой, а с устройством CON (консолью оператора), через драйвер этого устройства. Конечно, практически всегда устройство CON – это и есть клавиатура (плюс еще и экран монитора, который используется при выводе символов на консоль). Однако теоретически есть возможность написать нестандартный драйвер устройства CON, который будет брать вводимые символы, например, с удаленного терминала, через модем. Или в качестве консольного устройства можно использовать пишущую машинку, как это и делалось раньше, до широкого распространения мониторов.

Набор функций DOS для ввода с консоли довольно разнообразен. Однако ни одна из этих функций не использует особенностей клавиатуры как устройства. В частности, функции DOS не знают понятия «состояние клавиатуры». Зато набор функций включает ввод с «эхо-отображением» введенного символа на устройстве CON (т.е. на экране) или без отображения, с ожиданием или без ожидания, ввод одного символа или сразу строки (завершающейся нажатием Enter), а также ввод с предварительной очисткой буфера (чтобы давно завалявшиеся там символы не были случайно введены как ответ на задаваемый программой вопрос).

Кратко рассмотрим работу с другими символьными устройствами.

Монитор не посылает сигналов прерываний и вывод на него выполняется не через порт, а путем записи данных в область видеопамяти. Имеющееся программное прерывание BIOS практически используется для переключения видеорежима (текстовый или графический, число цветов, число точек на экране) и для изменения вида и положения курсора текстового режима. Вывод символов через BIOS достаточно медленный и используется в основном для небольших текстовых сообщений. В графических режимах BIOS работает неприемлемо медленно, ибо он за каждый вызов прерывания может вывести только одну точку. Серьезные программы работают с видеопамятью напрямую. Функции DOS для вывода на консоль не имеют даже права использовать такую специфику монитора, как управление курсором и выбор цвета, ведь они работают с устройством CON, которое может оказаться и пишущей машинкой.

Для принтера BIOS предлагает возможность проверки состояния устройства (в частности, находится ли принтер в состоянии готовности) и вывода одного символа с опросом готовности. В то же время, DOS, кроме убогой функции вывода одного символа с ожиданием на устройство PRN, позволяет использовать системную программу PRINT, которая умеет выводить файлы в фоновом режиме, не мешая одновременно выполнять другие программы. Эта программа работает с аппаратными прерываниями в обход BIOS.

Про работу с последовательным портом можно сказать почти то же самое, что про работу с принтером. Отличие в том, что порт может работать и на ввод данных. Один из самых верных способов «подвесить» систему навечно – запросить ввод символа из COM-порта с ожиданием через BIOS или DOS, если на вход порта не поступают никакие данные. Практически всегда работа с COM-портом ведется с помощью нестандартных драйверов, работающих по прерываниям.

Мышь вообще не является стандартным устройством для компьютеров – потомков IBMPC. BIOS ничего не знает о существовании мышей. Драйверы мыши мало похожи на другие драйверы MS-DOS. Они позволяют опрашивать текущее положение мыши и состояние кнопок, однако более удобной для приложений является возможность задать с помощью драйвера собственную процедуру обработки прерываний от мыши. Эта процедура должна определять, в каком месте экрана был курсор при нажатии кнопки мыши, какой элемент управления (кнопка, пункт меню, полоса прокрутки и т.п.) находится в этой точке, и только потом – какое действие следует предпринять при щелчке мыши на этом элементе. Слишком много черновой работы, которую более современные ОС (например, Windows) берут на себя.

2.8.4. Управление блочными устройствами

2.8.4.1. Структура диска

Основным видом блочных устройств являются магнитные и другие диски, поэтому начнем с рассмотрения структуры диска (рис. 2‑7).

Рис. 2‑7

Поверхность нового магнитного диска покрыта однородным слоем магнитного материала. У дискеты используется либо одна поверхность, либо (чаще) обе поверхности. Число поверхностей жесткого дискового тома определяется количеством дисков, из которых собран том.

Первой операцией, которая должна быть проделана с диском, является низкоуровневое форматирование. Оно заключается в разметке поверхности на дорожки магнитной записи, разделенные на секторы. Расстояние между дорожками определяется шагом перемещения головок чтения/записи, а разбиение на секторы выполняется программно, путем записи данных на дорожки в моменты, рассчитанные на основании известной скорости вращения диска. Для всех операций с диском, кроме низкоуровневого форматирования, сектор является минимальной единицей чтения или записи данных.

Совокупность дорожек одинакового радиуса на всех поверхностях диска называется цилиндром.

Структура сектора показана на рис. 2‑8.

Рис. 2‑8

Сектор состоит из заголовка, блока данных и контрольной информации (контрольной суммы), которая служит для проверки правильности считывания сектора.

Заголовок сектора содержит физический адрес сектора и его размер. Физический адрес состоит из трех чисел: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора на дорожке. Самый первый сектор диска имеет адрес (0, 0, 1). Размер сектора на IBM-совместимых компьютерах всегда равен 512 байт.

Одно время было модно использовать нестандартный размер отдельных секторов на дискете (например, 1024 байта) для затруднения несанкционированного копирования. Дискету, содержащую нестандартный сектор, могла правильно прочитать только программа, которой было точно известно о наличии такого сектора.

Между секторами и внутри секторов имеются промежутки, которые используются аппаратурой при поиске заданного сектора.

Нумерация секторов не обязательно ведется в порядке их размещения на дорожке. Если скорость имеющейся аппаратуры недостаточна для того, чтобы успеть прочесть и передать в память данные со всей дорожки за время одного оборота диска, то система при форматировании нумерует секторы «через один» или даже «через два». Например, при 9 секторах на дорожке они могут быть пронумерованы «через один» в таком порядке: 1, 6, 2, 7, 3, 8, 4, 9, 5. После чтения сектора 1 у контроллера диска есть время передать прочитанные данные, пока к головке чтения не подойдет сектор 2. В результате вся дорожка может быть прочитана за два оборота диска.

2.8.4.2. Разделы и логические тома

Общая структура дискет и жестких дисков различаются между собой. Эти структуры показаны на рис. 2‑9.

Рис. 2‑9

Начальный сектор дискеты (рис. 2‑9, а) принято называть BOOT-сектором. Он содержит количественные данные о дискете (размер секторов, количество секторов на каждой дорожке и на всей дискете, число поверхностей и т.п.), метку (название) и серийный номер дискеты, а также данные о файловой системе. Кроме того, если дискета содержит системные файлы ОС, то в BOOT-секторе находится также небольшая программа начальной загрузки, которая считывает один сектор ОС и передает ему управление для продолжения загрузки. Все остальные секторы дискеты могут использоваться ОС для хранения ее файлов и других данных. Общее количество секторов на дискете не может превышать 2¹⁶ (на самом деле, их значительно меньше).

Скажите быстро, сколько примерно секторов содержит стандартная трехдюймовая дискета?

Для жесткого диска (рис. 2‑9, б) начальный сектор называется MBR (MasterBootRecord, главная загрузочная запись). Он тоже может содержать программу начальной загрузки, но, кроме того, содержит таблицу разделов (partitiontable), которая описывает разбиение жесткого диска на разделы.

Таблица может содержать от 1 до 4 записей о разделах. Каждая запись содержит тип раздела, число секторов в нем, физические адреса начала и конца раздела.

Возможны следующие типы разделов.

· Обычный раздел. Его структура точно такая же, как у дискеты, т.е. такой раздел начинается с BOOT-сектора, а общее число секторов не превышает 2¹⁶. Таким образом, общий размер раздела не может превышать 32 Мб.

· Большой раздел. Он отличается от обычного тем, что число секторов может достигать 2³². Это позволяет описывать большие разделы размером до 2048 Гб.

· Расширенный раздел. Его структура аналогична структуре всего жесткого диска, т.е. начальный сектор раздела – не BOOT, а MBR-сектор. Аналогия не совсем полная, поскольку таблица разделов в MBR расширенного раздела может содержать не более двух записей, причем первая из них должна описывать либо обычный, либо большой раздел, а вторая запись, если она имеется, описывает еще один расширенный раздел.

· Разделы других ОС (например, UNIX).

Обычные и большие разделы называются также логическими томами или логическими дисками, в отличие от физических дисков. Обычная буквенная нумерация дисков A, B, C, D и т.д. относится именно к логическим томам. Для дискет понятия физического и логического тома совпадают.

Изначально MS-DOS поддерживала только обычные разделы на жестком диске. В 80-е годы казалось, что 32 Мб – это очень большой объем диска. Когда появились диски объемом в несколько сотен мегабайт, была придумана матрешечная структура расширенных разделов, что позволило на одном физическом томе разместить сколько угодно логических томов по 32 Мб. Затем были реализованы большие разделы, что потребовало от разработчиков MS-DOS внести существенные изменения в программный интерфейс и реализацию средств работы с дисками. После этого использование расширенных разделов стало необязательным, если пользователю достаточно иметь не более четырех логических томов на одном физическом диске.