История создания и развития средств вычислительной техники

В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.

Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводил даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владешие техникой арифметического счета. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так, в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак. Абак называют также римскими счетами. Эти счеты представляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями – полосами. В углублениях находились костяшки, и счет осуществлялся передвижением костяшек.

В странах Древнего Востока существовали китайские счеты. На каждой нити или проволоке в этих счетах имелось по пятьи по две костяшки. Счет осуществлялся единицами и пятерками. В России для арифметических вычеслений применялись русские счеты, появившиеся в 16 веке, но кое – где счеты можно встретить и сегодня.

Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая линейка, её автором был английский математик Эдмонд Гантер. Логарифмической линейке суждена была долгая жизнь: от 17 века до нашего времени.

Однако ни абак, ни счеты, ни логарифмическая линейка не означают механизации процесса вычислений. В 17 веке выдающимся французким ученым Блезом Паскалем было изобретено принципиально новое счетное устройство – арифметическая машина. В основу её работы Б. Паскаль положил извесную до него идею выполнения вычислений с помощью металических шестеренок. В 1645 г. им была построена первая суммирующая машина, а в 1675 г. Паскалю удается создать настоящую машину, выполняющую все четыре арифметических действия. Почти одновременно с Паскалем в 1660 – 1680 гг. Сконструировал счетную машину великий немецкий математик Готфирд Лейбниц.

Счетные машины Паскаля и Лейбница стали прообразом арифмометра. Первый арифмометр для четырех арифметических действий, нашедший арифметическое применение, удалось построить только через сто лет, 1790 г., немецкому часовому мастеру Гану. Впоследствии устройство арифмометра совершенствовалось многими механиками из Англии, Франции, Италии, России, Швейцарии. Арифмометры применялись для выполнения сложных вычислений при проектировании и строительстве кораблей. Мостов, зданий, при проведении финансовых операций. Но производительность работы на арифмометрах оставалась невысокой, настоятельным требованием времени была автоматизация вычислений.

В 1833 г. анлийский ученый Чарлз Бэбидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэбиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней использовались далеко не совершенные узлы, например, для запоминания разрядов десятичного числа в ней применялись зубчатые колеса. Осуществить свой проект Бэбиджу не удалось из – за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта.

Лишь спустя 100 лет машина Бэбиджа привлекла внимкние инженеров. В конце 30 – х годов 20 века немецкий инженер Конрад Цузе разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. К. Уцзе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы.

В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий фирмы IBM построил мощную по тем временам машину «Марк – 1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы – счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле.

Поколения ЭВМ

Историю развития ЭВМ удобно описывать, пользуясь представлением о поколениях вычислительных машин. Каждое поколене ЭВМ характеризуется констуктивными особенностями и возможнотями. Приступим к описанию каждого из поколений, однако нужно помнить, что деление ЭВМ на поколения является условным, поскольку в одно и то же время выпускались машины разного уровня.

Первое поколение

Резкий скачек в развитии вычислительной техники произошел в 40 – х годах, после Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств – электронно – вакуумных ламп, работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханическом реле, а релейные машины быстро вытеснены болеепроизводительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ). Применение ЭВМ значительно расширило круг решаемых задач. Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились: расчеты инженерных сооружений, вычисления двежения планет, баллистические расчеты и т.д.

Первая ЭВМ создавалась в 1943 – 1946 гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. ЦУ машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток – исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набаралась сложным образом с помощью внешних перемычек.

В 1945 г. извесный математик и физик – теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа – храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г.

В1951 году в СССР была создана МЭСМ, эти работы проводились в Киеве в Институте электродинамики под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С. А. Лебедева.

ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50 – х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым надежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники.

Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения

Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентилятогров. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.

Второе поколение

Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50 – х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники.

Полуповодниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во – первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во – вторых они обладали значительно большим сроком службы. В – третьих, потребление энергии у ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения.

Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые.

В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ «Раздан», «Наири». Уникальной по своей архитектуре была машина «Мир», разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора.

К средним ЭВМ относились отечественные машины серий «Урал», «М – 20» и «Минск». Но рекордной среди отечественных машин этого поколния и одной из лучших в мире была БЭСМ – 6 («большая электронно – счетная машина», 6 – я модель), которая была создана коллективом академика С. А. Лебедева. Производительность БЭСМ – 6 была на два – три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. Операций в секунду. За рубежем наиболее распространенными машинами второго поколения были «Эллиот» (Англия), «Сименс» (ФРГ), «Стретч» (США).

Третье поколение

Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60 – х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральлые схемы. Интегральная схема (микросхема) – это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д.

Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам – электронщикам.

В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и «Электроника» (система микро – ЭВМ).

Четвертое поколение

В процессе совершенствования мокросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего – четвертого поколения.

Благодаря БИС на одном крошечном кристале кремния стало возвожным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокрисальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропрцессор был созда компанией Intel(США) в 1971 г. Это был 4 – разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнл 60 операций в секунду.

Микропроцессоры положили начало мини – ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК), продолжающаяся и по сей день. Однако четвертое поколение ЭВМ – это не только поколение ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьтерные системы.

Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, сто постепенно из обихода исчез термин «ЭВМ», а его место прочно заняло слово «компьютер».

Пятое поколение

Начиная с середины 90 м- х годов, в мощных компьютерах начинают применяться БИС супермасштаба, которые вмещают сотни тысяч элементов на квадратный сантиметр. Многие специалисты стали говорить о компьютерах пятого поколения.

Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интелекта и естественных языков общения. Предпологаестя, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команде.

В настоящее время информатика и ее практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и развития человеческого общества. Ее технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в истории человечества этому бурно развивающемуся процессу нет аналога. Теперь уже очевидно, что XXI век будет веком максимального использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле и т. д. Последние десятилетия XX века характерны возрастанием интереса к истории развития информатики, в первую очередь к истории появления первых цифровых вычислительных машин и их создателям. В большинстве развитых стран созданы музеи, сохраняющие образцы первых машин, проводятся конференции и симпозиумы, выпускаются книги о приоритетных достижениях в этой области.

Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. В начале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но по-прежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далекие времена (70 – е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и ученые могли только мечтать, а обычным людям трыдно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна.

Первой ласточкой стал компьютер KENBAK-1, сконструированный Джоном Бланкейнбейкером в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприемник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный нашему глазу персональный компьютер.

С 1971 г. по 1974 г. различными фирмами создавались разные модели ПК. Однако ввиду ограниченных возмодностей этих компьютеров интерес к ним был невелик. По – настоящему пользователи и производители заинтересовались персональнми компьютерами в 1974 г., когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями.

Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно 500 долларов) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров.. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей, клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячями.

Персональные компьютеры быстро совершенствовались. В 1976 г. для них была разработана операционная система СР/М. В 1978 г. был сконструирован гибкий магнитны диск диаметром 5.25 дюйма (1 дюйм=2,45 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы MOTOROLA в 1979 г. был создан мокропроцессор motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В 1980 г. в персональных компьютерах появился жесткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных.

Первые Пк были 8 - разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьезную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьтеров не появился компьютерный гигант – фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель – 16 – разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4.77 МГц и использовал операционную систему MS – DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC или просто PC.

Далее развитие Пк происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а в 1984 – более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевывали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которые старались подражать фирмы – конкуренты.

Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не «с нуля», а используя узлы других производителей (в первую очередь, микропроцессор Intel). При этом она не делала секрета из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы – архитектура компьютеров IBM PC оказалась «открытой». У компьютеров IBM появились многочисленные «клоны», то есть различные семейства компьютеров, похлжих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМЮ поддерживающие стандарт IBM PC, стали называться просто «персональными компьютерами». С течением времени ПК оправдали свое название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инсрументом для бизнеса и исследований.

Кроме IBM – совместимых ПК, существует еще одно семейство персонгальных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упоминавшейся модели Apple, их производством занималась фирма Aplle Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличие от IBMPC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, «Маки» не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность «Маков» в десятки раз меньше численности IBM PC – совместимых компьютеров.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.

Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.

При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - ней-рокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи.

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК. Можно говорить о бытовом (домашнем) мультимедиа, включающем в себя и ПК, и целую группу потребительских устройств, доводящих потоки информации до потребителя и активно забирающих информацию у него.

Специалисты предсказывают в ближайшие годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.

9. Поколения ЭВМ.

Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.

Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.

Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.

Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.

Транзисторы

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.

В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.

В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.

В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

Микросхемы

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.

Микропроцессор

В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.

Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.

ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:

1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.

2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.

3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).

4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.

Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.

10. Базовая и расширенная аппаратная конфигурации ПК. Внешние и внутренние устройства.

11. Программная конфигурация ПК. Классификация уровней программного обеспечения.

12. Понятие файла. Физическая и логическая структуры файловой системы носителя информации.

Файл – это набор данных, к которым можно обращаться по имени, хранящийся на каком-либо носителе информации. Файлы относятся к абстрактному механизму. Они предоставляют способ сохранять информацию на запоминающем устройстве и считывать ее позднее снова. При этом от пользователя должны скрываться такие детали, как способ и место хранения информации, а также детали работы устройства.

Файл рассматривается как единое целое приложениями и пользователем. Файл обеспечивает простейший вариант общего пользования данными разными приложениями, так как файлы отделены от программ, которые их используют. Так же, файл может быть создан одним пользователем, а затем использоваться другим, при этом создатель файла или администратор могут определить права доступа к нему других пользователей. В некоторых системах управления доступом осуществляется на уровне записи, а иногда и на уровне поля.

Наиболее важной характеристикой любого механизма абстракции является именование управляемых объектов.

Имена файлов. Важной составляющей работы с файлами является организация доступа к ним по имени. ОС может различать отдельные части в имени файла. Несколько последних символов в имени, отделенные точной, называет расширением файла, которое может характеризовать и тип файла. Приложения распознают нужные им файлы по расширению.

Важной характеристикой файловой системы является максимальная длина имени файла. На данный момент это 255 символов.

Обычно единственным способом работы с файлами является применение системы управления файлами или иначе – файловой системы (ФС).

Типы файлов. Раньше ОС поддерживали файлы разной специализированной структуры. На сегодняшний день есть тенденция вообще не контролировать на уровне ОС структуру файла, отображая каждый файл последовательностью байт. Форма файлов определяют приложения, которые с ними работают.

Такой подход справедлив не для всех файлов. Есть специальные файлы, структуру которых ОС поддерживает в соответствии задачам, которые с их помощью решаются.

Еще одной категорией файлов являются исполняемые файлы. Они имеют жестко заданный формат, который распознает ОС.

Еще одним вариантом классификации является разделение на файлы с прямым и последовательным доступом.

Файловая система – это часть операционной системы, которая поддерживает организованный набор файлов, в основном в конкретной области дискового пространства (логическую структуру); низкоуровневые структуры данных, используемые для организации дискового пространства в виде набора файлов (физическую структуру); и программный интерфейс файловой системы (набор системных вызовов, которые реализуют операции над файлами).

Файловая система предоставляет прикладным программам абстракцию файла. Прикладные программы не имеют информации о том, как организованы данные файла, как находят соответствия между именем файла и его содержимым, как пересылают данные с диска в память и т.д. – все эти операции обеспечивает файловая система.

К главным задачам файловой системы можно отнести:

1. организацию ее логической структуры и ее отображение на физическую организацию размещения данных на диске;

2. соответствие требованиям управления данными и требованиям со стороны пользователей, включающим возможность хранения данных и выполнения операций с ними;

3. обеспечение стойкости к сбоям;

4. гарантирование корректности данных, содержащихся в файле;

5. поддержка ввода-вывода для различных типов устройств хранения информации;

6. обеспечение стандартизированного набора подпрограмм интерфейса ввода-вывода;

7. защита файлов от несанкционированного доступа;

8. обеспечение поддержки совместного использования файлов несколькими пользователями;

9. оптимизация производительности, как с точки зрения системы (пропускная способность), так и с точки зрения пользователя (время отклика);

10. обеспечение распределение файловых ресурсов в условиях многозадачности.

Физическая и логическая структура жестких дисков. (Слайд 3)

Для того чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска.

Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на секторы (Сектор (sector) – часть дорожки фиксированного размера. Сектор – наименьшая порция данных на диске, имеющая уникальный адрес.). Совокупность дорожек, одинаково удаленных от центра на всех рабочих поверхностях дисков образует цилиндр (cylinder). Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Форматирование выполняется служебными программами. Форматирование диска чем-то похоже на разлиновывание тетради.

Кластер (cluster) – это минимальный участок памяти на диске, который может быть выделен файловой системой при создании файла. Файлу выделяется целое число кластеров.

Физически кластер представляет собой несколько смежных секторов, число которых кратно степени 2 (т.е. 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т.д.).При размещении на жестком диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры лишь частично, что приведет к большим потерям свободного дискового пространства. Эта проблема частично решается с помощью использования таблицы FAT32, в которой объем кластера принят равным 8 секторам или 4 килобайтам для диска любого объема. Для борьбы с нерациональными потерями или, просто, для удобства, часто жесткий диск разбивают на несколько разделов. Каждый такой раздел можно рассматривать как отдельный логический жесткий диск.

Обычный жесткий диск – это устройство физическое. Его можно установить или удалить. Логический жесткий диск нельзя потрогать руками – физически он не существует. Это просто один из разделов жесткого диска. Работая с компьютером, мы не замечаем разницу между физическими и логическими дисками.

Каждый логический диск имеет свою собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.

Удобно использовать логические диски и для того чтобы разделить систему и пользовательские данные. Например, в одном разделе диска устанавливаем ОС Windows, а в другом храним свои данные. В этом случае переустановка или восстановление (например, из образа раздела) ОС в случае каких-либо сбоев не затронет пользовательские данные.

Каждый диск присутствующий в компьютере, имеет уникальное имя. Неважно, что это за диск: физический, логический или еще какой. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или С:.

Когда на компьютере устанавливается новый диск, он получает букв, следующую за последней использованной буквой.

Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков.

Буквой С: обозначается первый жесткий диск. Следующий диск получает букву D:, потом F: и так далее.

Логическое форматирование жесткого диска выполняется пользователем с помощью специальных инструментов.

Этапы логического форматирования жесткого диска:

1. Разбиение диска на разделы.

2. Создание логических дисков и их форматирование.

Раздел (Partition) – часть физического диска, которая после форматирования может использоваться файловой системой как отдельное устройство (общее количество разделов – не более 4).

Различают:

- Основной раздел (Primary Partition). Загрузка ОС может производится только с основного раздела. С таким разделом ассоциируется 1 логический диск. Возможное количество основных разделов: 1 – 4.

- Дополнительный раздел (Extended Partition). На дополнительном разделе может быть создано более 1 логического диска. Такой раздел может быть только 1 или его может не быть вообще.

Логический диск – часть раздела, с которой можно работать как с отдельным устройством. Логический диск должен быть отформатирован и ему должна быть присвоена буква диска.