Lekcja 3 klasa 3

T: BIOS i systemy operacyjne.

1.BIOS– zapisany w pamięci stałej zestaw podstawowych procedur pośredniczących pomiędzy systemem operacyjnym a sprzętem. Posiada on własną pamięć, w której znajdują się informacje dotyczące daty, czasu oraz danych na temat wszystkich urządzeń zainstalowanych na naszym komputerze. Jest to program zapisany w pamięci ROM płyty głównej oraz innych kart rozszerzeń takich jak np. karta graficzna.

Funkcja	Opis
00h	Sprowadza wewnętrzne rejestry kontrolera do ściśle określonego stanu początkowego. Operacja, która wykonywana jest aktualnie zostaje przerwana.
01h	Zostaje odczytany status ostatniej operacji. Funkcja odtwarza w rejestrze AH bajt statusu taki sam jak po ostatnio przeprowadzonej operacji bez względu na to jak dawno się zakończyła.
02h	Jeden lub kilka sektorów z dysku zostaje odczytanych przez funkcję 02h. W pamięci umiejscawiane są wszystkie przeczytane sektory, zaczynając od adresu podanego w ES:BX, ewentualnie zamazując inne dane. Do obowiązku programisty należy zarezerwowanie odpowiedniej ilości wolnego miejsca.
03h	Funkcja ta jest odpowiednikiem funkcji 02h. Różnica polega na tym, że jako sektor zapisywane są zawsze pełne 512- bajtowe bloki pamięci (zaczynając od adresu ES: BX) nawet wtedy, gdy nie posiadają one wyłącznie danych, które zostały umieszczone tam przez programistę.
04h	Funkcja przeprowadzając czytanie próbne, sprawdza poprawność kodów ECC.
05h	Sektory ścieżki lub cylindra zostają sformatowane. Dla każdego sektora oddzielnie w pamięci należy przygotować odpowiednie, czterobajtowe bloki danych. Funkcja ta nie może być stosowana w dyskach posiadających własny zintegrowany kontroler np. IDE lub posługujących się tłumaczeniem.
06h	Ścieżka posiadająca uszkodzony sektor (więcej niż jeden) jest znakowana jako zła. Uniemożliwia to zapis jakichkolwiek danych. Funkcja obsługuje prawidłowo jedynie kontroler dysku twardego modelu XT. Funkcja ta nie może być stosowana w dyskach posiadających własny zintegrowany kontroler np. IDE lub posługujących się tłumaczeniem.
07h	Zostaje sformatowany cały dysk zaczynając od podanego cylindra. Funkcja obsługuje prawidłowo jedynie kontroler dysku twardego modelu XT. Funkcja ta nie może być stosowana w dyskach posiadających własny zintegrowany kontroler np. IDE lub posługujących się tłumaczeniem.
08h	Funkcja informacyjna. Dostarcza informacje na temat parametrów geometrycznych napędu.
09h	Następuje dopasowanie geometrycznych parametrów napędu. Jeżeli parametry geometryczne dysku twardego nie odpowiadają żadnemu z modeli „umieszczonych” na stałe w programie setup, zazwyczaj jest możliwość wyboru typu dodatkowego, zazwyczaj 47. Pozwala to na swobodne określenie geometrii napędu. Do dwóch 16 – bitowych tablic (oddzielnie dla pierwszego i drugiego dysku systemowego) przesyłane są informacje, które wprowadził użytkownik. Nieco inaczej od reszty traktowane są pozycje 41h i 46h tablicy wektorów przerwań, ponieważ nie wskazują na żadną z procedur obsługi przerwań. Ustawiane są na początkowe adresy tych tablic z parametrami dysków. Budowa tych tablic jest taka sama jak zwracana przez funkcję 08h. Funkcja 09h działa więc na zasadzie odnalezienia (przy pomocy wskaźników INT41h oraz INT46h) tablic z parametrami geometrycznymi i pokazanie zawartości do „dyspozycji” BIOS-u.
0Ah	Zostają odczytane sektory (od jednego do 127) i umieszczone w pamięci operacyjnej (w określonym buforze). System ECC kontrolera nie przeprowadza żadnych korekcji. Dane ze wszystkich sektorów przesyłane są w niezmienionym stanie.
0Bh	Sektory od jednego do 127 zostają zapisane (razem z bajtami ECC). Sektory pobierane są z określonego bufora w pamięci operacyjnej. System ECC kontrolera nie przeprowadza żadnych korekcji. Dane ze wszystkich sektorów przesyłane są w niezmienionym stanie. Funkcja ta daje możliwość sprawdzenia działania układów ECC. Aby to sprawdzić należy celowo zapisać sektor wraz ze złymi bajtami kontrolnymi. Potem należy poddać sektor próbie odczytu.
0Ch	Zostaje aktywowana określona głowica i ustawiana nad żądanym cylindrem.
0Dh	Następuje reset napędu.
0Eh	Do wskazanego obszaru pamięci operacyjnej zostaje przesłana aktualna zawartość 512-bajtowego bufora kontrolera. Nie są czytane żadne dane z dysku.
0Fh	Do bufora kontrolera (ze wskazanego obszaru pamięci) transmitowane jest 512 bajtów. Nie są zapisywane żadne dane na dysk.
10h	Funkcja ta służy do sprawdzania gotowości dysku do wykonywania poleceń.
11h	Następuje kalibracja czyli funkcja ustawia głowicę nad ścieżką zerową.
12h	Zostaje sprawdzona pamięć RAM kontrolera dysku twardego. Nie każda wersja BIOS-u ma opracowaną tę funkcję.
13h	Zostaje przeprowadzony obszerny test napędu przez kontroler i zwrócenie błędu jeżeli wystąpi ewentualny błąd. Nie każda wersja BIOS-u ma opracowaną tę funkcję.
19h	Funkcja ta przydatna jest w razie konieczności transportu napędu, który (dysk) nie jest wyposażony w odpowiedni mechanizm, który to po wyłączeniu zasilania samoczynnie „parkuje” głowicę. Funkcja 19h przesuwa głowice nad cylinder. Ma to za zadanie chronić głowice jak również powierzchnię magnetyczną przed ewentualnymi uszkodzeniami spowodowanymi wstrząsami.
41h	Funkcja sprawdza, czy dysk jest zgodny ze specyfikacją EIDE. Nie każda wersja BIOS-u ma opracowaną tę funkcję.
48h	Następuje odczytanie parametrów dysku twardego EIDE. Nie każda wersja BIOS-u ma opracowaną tę funkcję.

2.System operacyjny to oprogramowanie zarządzające systemem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań użytkownika.

W celu uruchamiania i kontroli zadań użytkownika system operacyjny zajmuje się:

• planowaniem oraz przydziałem czasu procesora poszczególnym zadaniom,
• kontrolą i przydziałem pamięci operacyjnej dla uruchomionych zadań,
• dostarcza mechanizmy do synchronizacji zadań i komunikacji pomiędzy zadaniami,
• obsługuje sprzęt oraz zapewnia równolegle wykonywanym zadaniom jednolity, wolny od interferencji dostęp do sprzętu.

Dodatkowe przykładowe zadania, którymi może, ale nie musi zajmować się system operacyjny to:

• ustalanie połączeń sieciowych
• zarządzanie plikami.

Wiele systemów operacyjnych posiada środowiska graficzne ułatwiające komunikacje maszyny z użytkownikiem.

Budowa systemu operacyjnego

Przyjęto podział na trzy główne elementy budowy systemu operacyjnego:

• jądro systemu wykonujące i kontrolujące ww. zadania.
• powłoka – specjalny program komunikujący użytkownika z systemem operacyjnym,
• system plików – sposób zapisu struktury danych na nośniku.

Jądro składa się z następujących elementów funkcjonalnych:

• planisty czasu procesora, ustalającego które zadanie i jak długo będzie wykonywane,
• przełącznika zadań, odpowiedzialnego za przełączanie pomiędzy uruchomionymi zadaniami,
• Dodatkowo:
• modułu zapewniającego synchronizacje i komunikację pomiędzy zadaniami,
• modułu obsługi przerwań i zarządzania urządzeniami,
• modułu obsługi pamięci, zapewniającego przydział i ochronę pamięci.
• innych zależnie od funkcji i przeznaczenia systemu.

3.System operacyjny odpowiada za:

• Zarządzanie zasobami komputera m.in. procesorem, pamięcią, urządzeniami zewnętrznymi  oraz przydzielanie zasobów procesom.
• Ochronę danych i pamięci - tak, aby jeden proces, w wyniku błędu nie mógł zniszczyć innego procesu.
• Automatyzację najczęœściej wykonywanych funkcji.
• Udostępnienie użytkownikom systemu poleceń lub systemu graficznego, który umożliwia interakcję użytkownika z systemem komputerowym.
• Udostępnianie systemu plików: system operacyjny organizuje i ułatwia dostęp do informacji np. w postaci hierarchicznego systemu plików.
• Udostępnianie œrodowiska do wykonywania programów: system operacyjny dostarcza struktur danych do organizacji wykonywania programu oraz zachowywania i odtwarzania stanu przetwarzania.
• Udostępnianie programistom mechanizmów komunikacji między procesami oraz mechanizmów synchronizacji procesów.
• Sterowanie urządzeniami wejśœcia - wyjśœcia: odpowiednie moduły sterujące oraz system operacyjny kontrolują i koordynują pracę urządzeń zewnętrznych oraz poœśredniczą w efektywnym przekazywaniu danych pomiędzy jednostką centralną, a tymi urządzeniami.
• Obsługę podstawowej klasy błędów: system operacyjny reaguje na błędy użytkowników, programistów oraz systemu.

4.Podział systemów operacyjnych

Najszerszym, ale najbardziej podstawowym kryterium podziału systemów operacyjnych jest podział na:

• system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS)
• systemy operacyjne czasowo niedeterministyczne

Podział ten odnosi się do najbardziej podstawowej funkcjonalności systemu operacyjnego jakim jest planowanie i przydział czasu procesora poszczególnym zadaniom.

Ze względu na sposób realizacji przełączania zadań systemy operacyjne można podzielić na:

• systemy z wywłaszczaniem zadań
• systemy bez wywłaszczania.

Inny rodzaj podziału to podział na:

• otwarte systemy operacyjne
• wbudowane systemy operacyjne.

Systemy otwarte można uruchomić na dowolnej maszynie wskazanego rodzaju np. PC i w określonym stopniu modyfikować. Systemy wbudowane jak sama nazwa wskazuje są zaszyte (wbudowane) wewnątrz urządzeń użytkowych, maszyn pojazdów itp. Aby uzyskać wysoką niezawodność pracy minimalizuje się w takich przypadkach możliwość dokonywania zmian w konfiguracji systemu operacyjnego.

Pod względem środowiska użytego do implementacji systemu można wprowadzić podział na:

• programowe
• sprzętowe.

Sprzętowe systemy operacyjne to: sprzętowo programowe rozwiązania integrowane z wybraną architekturą procesora. W takim przypadku sprzętowa część systemu przyśpiesza wybrany zakres czynności wykonywanych przez system (przykładowo przełączania zadań i zachowywanie ich kontekstu).

Można ustalić pewną relację pomiędzy wymienionymi kryteriami podziału. Zazwyczaj jako otwarte systemy operacyjne spotyka się systemy w pełni programowe, czasowo niedeterministyczne stosujące wywłaszczenie przy przełączaniu zadań. Wbudowane systemy operacyjne są najczęściej czasowo deterministyczne, zazwyczaj nie stosują wywłaszczenia zadań, bywa, że są realizowane również w sprzęcie.

5. System plików – metoda przechowywania plików, zarządzania plikami, informacjami o tych plikach, tak by dostęp do plików i danych w nich zgromadzonych był łatwy dla użytkownika systemu; także: wolumin.

Systemy plików stosuje się dla różnych nośników danych, takich jak dyski, dyskietki, a także w strumieniach danych, sieciach komputerowych, pamięciach. We współczesnych systemach operacyjnych bezpośrednie operowanie na danych w plikach zarezerwowane jest tylko dla systemu operacyjnego, aplikacje mają dostęp tylko do operacji na plikach i mają zabroniony bezpośredni dostęp do nośnika danych.

Z formalnego punktu widzenia system plików to reguły umieszczania na nośniku abstrakcyjnych danych oraz informacji umożliwiających przechowywanie tych danych, łatwy i szybki dostęp do informacji o danych oraz do tych danych, manipulowania nimi, a także sposobach usuwania ich.

• Linux- rodzina uniksopodobnych systemów operacyjnych opartych na jądrze Linux. 

• DOS (ang. Disk Operating System) – pierwszy przenośny (dyskowy) system operacyjny (OS) komputerów PC i mikrokomputerów lat 80. zawierający m.in. rozszerzenia programowe procedur sprzętowych BIOSu oraz interpreter poleceń.
  
• Microsoft Windows – rodzina systemów operacyjnych wyprodukowanych przez firmę Microsoft. Systemy rodziny Windows działają na serwerach, systemach wbudowanych oraz na komputerach osobistych, z którymi są najczęściej kojarzone.

• Mac/Apple