Керування пристроями введення-виведення

Як бачимо, у системах під управлінням DOS або Windows 9x BIOS бере на себе роль управління апаратною частиною ПК і служить посередником між операційною системою й обладнанням.

BIOS реалізує свої функції через систему переривань програмного забезпечення. Для запуску підпрограми, що містить спеціальну інструкцію мікропроцеcopy щодо обробки якої-небудь конкретної ситуації, виконувана програма встановлює відповідний прапорець переривання.

Переривання програмного забезпечення призводять до того, що мікропроцесор припиняє виконання поточної задачі й починає виконувати підпрограму з обробки переривання. Для реалізації цього механізму мікропроцесор, «виконавши яку-небудь елементарну операцію, досліджує вектори переривань, і якщо переривання виставлене, коди виконуваної програми запам'ятовуються, щоб після обробки переривання виконання перерваної програми могло бути продовжене. Кожен вектор переривання є покажчиком, що говорить мікропроцесорові, де знаходяться коди з обробки цього переривання. Мікропроцесор читає значення вектора і починає виконувати програму за зазначеною вектором адресою.

Через те що кількість наявних переривань може виявитися набагато меншою за ту кількість функцій, що ви хотіли б використовувати у своїх програмах, деякі переривання BIOS використовуються для реалізації декількох функцій. Ці функції і реалізуються за допомогою передачі параметрів. Параметри обробляються підпрограмами BIOS. їхні значення заносяться в один або кілька регістрів при установці прапорця переривань. У свою чергу, підпрограми BIOS можуть передвати результати назад у програму, що виконується.

Проблема BIOS у тому, що обмеженою кількістю підпрограм неможливо оптимально задовольнити всі потреби програмного забезпечення і всі особливості роботи обладнання. Таким чином, використання підпрограм BIOS не завжди є благом. Зокрема, ці підпрограми реалізують деякі функції комп'ютера дуже повільно. Іншим негативним моментом є те, що BIOS не дозволяє повністю використовувати можливості наявного устаткування, наприклад його можливості, що були реалізовані після написання BIOS. Тому всі сучасні операційні системи, обладнані розвинутою системою виявлення, конфігурації й роботи з апаратним забезпеченням комп'ютерів за допомогою драйверів, не користуються послугами BIOS.

Базова система введення-виведення для роботи з периферійними пристроями

Базова система введення-виведення розміщується в постійній пам'яті комп'ютера. Цей модуль є одночасно і частиною апаратури частиною операційної системи.

Основні функції BIOS:

1. Автоматичне тестування основних компонентів персонального комп'ютера при його ввімкненні.

2. Виклик блоку початкового завантаження ОС з системного диску до оперативної пам'яті комп'ютера.

3. Обслуговування переривань нижнього рівня – тих, які потребують безпосереднього управління апаратними компонентами.

Сутність переривань полягає в тому, що робота комп'ютера може бути зупинена на певний проміжок часу за допомогою сигналу, який вказує на виникнення ситуації, що потребує негайного опрацювання. Звернення до переривань здійснюються програмними чи апаратними засобами з метою виконання різних операцій.

Розрізняють три види переривань:

1. Апаратні (натиснення клавіші, переміщення миші і ін.).

2. Логічні чи процесорні (ділення на нуль, переповнення регістрів пам'яті і ін.).

3. Програмні (при зверненні до апаратних засобів).

Кожне переривання має унікальний номер (від 0 до 255) і з ним зв'язана певна підпрограма для обслуговування ситуацій, що виникають.

Блок початкового завантаження ( Boot Record)

Блок початкового завантаження (завантажувач) – програма, яка завантажує два модулі операційної системи:

1. модуль розширення базової системи введення-виведення (IO.SYS);

2. модуль опрацювання переривань (MSDOS.SYS). Boot Record завжди розміщується на нульовій доріжці першого сектора кожного системного чи жорсткого диску.

Модуль розширення базової системи введення-виведення (Io.sys)

Файл IO.SYS є доповненням до базової системи введення-виведення. Він завантажується до оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП) комп'ютера завантажувачем операційної системи (Boot Record) і залишається в пам'яті постійно. Модуль розширення базової системи введення-виведення дозволяє під’єднувати до BIOS драйвери, які обслуговують допоміжні зовнішні пристрої. Про необхідність під’єднання до ОС драйверів зовнішніх пристроїв повідомляється у файлі конфігурації операційної системи CONFIG.SYS, який опрацьовується файлом IO.SYS.

За допомогою файлу CONFIG.SYS можна розширити операційну систему та змінити деякі її параметри, які впливають на роботу зовнішніх пристроїв. Драйвери зовнішніх пристроїв можна додати до MS-DOS, якщо вказати їх у файлі конфігурації. Крім того у файлі CONFIG.SYS можна вказати, яка кількість файлів в ОС може бути відкрита одночасно (відкрити файл – означає встановити робочий зв'язок програми з файлом, тобто інформація про файл заноситься до спеціальних таблиць, які розміщуються в пам'яті комп'ютера), задати кількість буферів для обміну даними з зовнішніми накопичувачами та деякі інші параметри операційної системи.

Модуль опрацювання переривань (Msdos.sys)

Модуль опрацювання переривань є основним модулем операційної системи. Він забезпечує взаємодію з програмами користувача. Файл MSDOS.SYS завантажується до ОЗП комп'ютера завантажувачем і залишається там постійно.

Компонентами даного модуля є програми, які забезпечують роботу файлової системи, інформаційний обмін з дисками, а також обслуговування деяких спеціальних ситуацій.

Командний процесор (Command.com)

Командний процесор (інтерпретатор вказівок ОС) зберігається у вигляді файлу з іменем COMMAND.COM, як правило на тому диску, з якого завантажується операційна система. Командний процесор виконує наступні функції:

1. Прийняття та синтаксичний розбір вказівок, що вводяться з клавіатури або з командного файлу.

2. Виконання внутрішніх вказівок ОС.

3. Завантаження і виконання зовнішніх вказівок ОС і прикладних програм користувача (які знаходяться у файлах, що мають розширення .СОМ; .ЕХЕ; .ВАТ).

Зовнішні вказівки

Зовнішні вказівки ОС реалізуються програмами, які зберігаються на диску у вигляді окремих завантажуваних файлів. Для виконання зовнішніх вказівок командний процесор шукає на дисках програму з відповідним іменем, і, якщо знаходить її, то завантажує до пам'яті і передає їй управління. Після закінчення роботи програми командний процесор вилучає програму з пам'яті та виводить повідомлення про готовність до виконання вказівок.

Драйвери зовнішніх пристроїв

Драйвери пристроїв – це спеціальні програми, які доповнюють систему введення-виведення і забезпечують обслуговування допоміжних зовнішніх пристроїв або нестандартне використання пристроїв. Драйвери зберігаються у вигляді файлів, імена яких мають розширення .SYS. Вони завантажуються до пам'яті комп'ютера при завантаженні операційної системи, їх імена вказуються в спеціальному файлі CONFIG.SYS.

Завантаження операційної системи

Для виконання початкового завантаження ОС необхідно, щоб на дисководі А для гнучких магнітних дисків було встановлено системний диск (диск з записаною операційною системою), або щоб комп'ютер мав жорсткий диск з записаною на ньому операційною системою. Завантаження ОС виконується автоматично при вмиканні персонального комп'ютера. Це так зване “холодне завантаження”. “Гаряче перезавантаження” відбувається за допомогою одночасного натиснення трьох клавіш <Ctrl>+<Alt>+<Del>.

Після завантаження операційної системи на екрані висвітлюється запрошення, яке вказує, що DOS готова до сприймання вказівок. Як правило запрошення складається з імені дисковода, далі може записуватися шлях до файлу, який закінчується символом “>”.

Наприклад:

С:\>

A:\DOS>

Запрошення є сигналом для користувача про правильність функціонування операційної системи та її готовності виконувати вказівки. Вигляд запрошення можна змінити за допомогою вказівки PROMPT.

Процес завантаження ОС полягає в наступному:

1. Активізується програма BIOS, яка перевіряє обладнання. Якщо знаходиться помилка, то виводиться відповідне повідомлення. Якщо помилка критична, то процес завантаження припиняється. Якщо ж помилка не критична, то користувачеві надається можливість продовжити процес завантаження.

2. Після закінчення тестування програма BIOS завантажує до ОЗП програму-завантажувач (Boot Record) і передає їй управління.

3. Завантажувач переглядає каталог системного диску і знаходить файли IO.SYS та MSDOS.SYS і завантажує до ОЗП ці модулі.

4. Управління передається модулю IO.SYS, який шукає файл конфігурації системи CONFIG.SYS, читається до пам'яті та аналізується. У відповідності з вказівками, які містяться в цьому файлі, завантажуються драйвери пристроїв і встановлюються параметри операційної системи. Якщо файл CONFIG.SYS відсутній, то всі параметри встановлюються за замовчуванням, тобто встановлюється стандартна конфігурація операційної системи.

5. Модуль IO.SYS передає управління модулю MSDOS.SYS, який встановлює таблиці переривань і проводить підготовку до завантаження командного процесора.

6. Модуль IO.SYS завантажує файл командного процесора COMMAND.COM і передає йому управління. Файл COMMAND.COM виконує командний файл AUTOEXEC.BAT, в якому записуються вказівки і програми, які виконуються при кожному запускові комп'ютера.

7. Після виконання файлу AUTOEXEC.BAT процес завантаження ОС закінчується, і на екрані висвітлюється запрошення, яке вказує, що операційна система готова до прийому вказівок.