Интерфейс операционной системы

Операционная система персонального компьютера должна иметь дружественный интерфейс (удобный как средство общения), быть устойчивой к ошибкам пользователя и удобной для его работы за компьютером.

Интерфейс командной строки применялся до 1990;х гг. в операционной системе персональных компьютеров MS-DOS (англ. Microsoft Disk Operation System — дисковая операционная система). Взаимодействие с системой осуществлялось подачей команд с клавиатуры в виде алфавитно-цифровой последовательности в строку на экране. Операционная система преобразовывала такие команды в операции, выполняемые компьютером. Команды и имена файлов надо было помнить и точно вписывать. Персональный компьютер, хотя и стоял на столе, еще не мог использоваться непрограммистами.

В конце 1970;х гг. исследования компании Xerox показали, что удобной формой ввода и представления информации является наглядный и понятный язык картинок. Объекты (файлы, устройства, команды, программы) целесообразно представлять в виде легко угадываемых графических образов, манипуляции с которыми должны быть похожи на совершаемые людьми с аналогичными материальными объектами, опираться на естественность усвоения графической информации человеком. Впервые графический интерфейс применила компания Apple в операционной системе Macintosh. Затем компания Microsoft использовала его в операционных системах Windows.

Графический интерфейс пользователя (Graphical User Interface, GUI) — графическая среда, организующая взаимодействие пользователя с вычислительной системой через визуальные элементы управления па экране: окна, списки, кнопки, гиперссылки, значки и др.

Команды в такой среде подаются не вводом слов с клавиатуры, а с помощью элементов графического интерфейса:

• • прямоугольные перемещаемые области на экране (окна) стали своеобразным «устройством» ввода или вывода информации в открытую программу и сообщения;
• • меню и панели кнопок дают выбор подачи команд;
• • значки (рисунки-миниатюры) представляют файлы, папки, устройства;
• • указатель на экране (курсор) — символ (стрелка, вертикальная палочка и др.) перемещается по экрану, чтобы выделять объекты и давать команды;

В настоящее время все операционные системы персональных компьютеров обеспечивают взаимодействие с пользователем с помощью графического интерфейса. Графический интерфейс применяется и в большинстве прикладных программ, что помогает даже начинающему пользователю освоить работу в среде операционной системы с файлами, запускать программы и т. д.

Дальнейшее изложение ориентировано на операционную систему Windows.

Файлы и файловая система

Файл — поименованная совокупность записей данных, хранящихся во внешней памяти компьютера (например, на диске) и рассматриваемых как единое целое. Операционная система и прикладные программы обработки рассматривают файл как единый информационный объект, вызываемый в оперативную память компьютера для обработки или исполнения. Файлы можно разделить на исполняемые (программы) и неисполняемые (файлы данных и документов). Исполняемые файлы могут загружаться операционной системой на выполнение, а неисполняемые файлы могут только изменять свое содержимое под воздействием программы.

Файл программы (или ее части) при открытии помещается в оперативную память, и начинается выполнение описанных в нем команд, в том числе вызывание других программ, открытие или создание файлов документов. Имена файлов программ, установленных при инсталляции, не следует изменять, так как с ними могут взаимодействовать другие программы.

Файл данных создает или открывает программа, выполняющая с ним какие-нибудь действия: чтение, редактирование, представление на экране, распечатывание на принтере, озвучивание; превращение в данные для другой программы.

Данные, содержащиеся в файле, — это цепочка двоичных кодов, которые имеют для операционной системы общее имя и общие свойства, хотя физически данные файла могут быть записаны в разрозненных областях пространства диска-носителя.

Имя файла — это название файла, которое вместе расширением и путем доступа к файлу однозначно его идентифицирует. Пользователь, создавая в прикладных программах файл, сам задает ему имя.

В современных операционных системах разрешены длинные имена файлов — до 256 символов. Но в имени файла запрещены знаки: | «? * /, которые используются в записи команд. Компьютер при работе с файлами и папками не различает в имени прописные и строчные буквы.

Русские буквы неправильно читаются некоторыми зарубежными программами, поэтому их не рекомендуется применять в названиях файлов документов, пересылаемых на веб-сайты Интернета и по электронной почте.

Имя файла, как правило, имеет расширение, или тип. Расширение имени файла — последовательность символов для идентификации типа файла^[1]. Расширение отделяется точкой от имени файла и обычно состоит из трех-четырех символов (английских букв). Так, в имени файла академия. txt расширением является txt, после расширения точка не ставится. Допустима запись имени и расширения прописными и строчными буквами. Широко применяемыми расширениями имен файлов являются следующие:

doc (англ, document) — документы с форматированием текста, в частности созданные программой Word;

txt — файлы простого текста, в которых шрифт и абзацы имеют одинаковый вид, не форматируются, нет рисунков; в частности, это файлы, созданные стандартной программой Блокнот;

ехе — файл программы (англ, executable — исполняемый). Операционная система при попытке удаления файла с расширением ехе предупреждает, что файл является программой и без него не все будет работать; mp3, wav — звуковые файлы; avi — аудиои видеофайлы; htm, html — файлы веб-страниц Интернета; gif, jpg, bmp, tiff — графические файлы с рисунками; dll — «динамическая библиотека», файл с частью программы, загружаемый в память, когда появляется необходимость в этой части;

tmp — временный (англ, temporal) файл, создаваемый операционной системой или программой на период обработки документа или работы программы, по окончании работы удаляется, но иногда остается из-за неправильного завершения или сбоя программы.

По расширению имени операционная система устанавливает ассоциацию файла с прикладной программой, работающей на компьютере с таким типом файлов, запускает необходимую программу и загружает предложенный файл.

Операционная система хранит ассоциации расширений файлов в списке, который пополняется после установки новой программы, работающей с файлами конкретного типа. Например, но расширению doc может обозначаться ассоциация — открывать файл с помощью программы Word или, если программа Word не установлена, с помощью программы WordPad.

В принципе можно написать в имени файла любое расширение, переименовать вообще без расширения: данные не повредятся, однако неправильное расширение помешает операционной системе и программе, работавшей с файлом, узнать и открыть его.

Есть файлы, имеющие одинаковое имя, но отличающиеся расширением: например, winrar. exe — программа архивации (сжатия) файлов, winrar. hlp — файл справки к программе, winrar. cnt — файл содержания справки.

Шаблон имен файлов задает условие на имя и расширение файла и применяется в командах для описания группы файлов с похожими именами, удовлетворяющими задаваемому условию.

Когда имя файла неизвестно точно или необходимо подобрать группу файлов с похожими, но не полностью совпадающими именами, применяют шаблон имени с подстановочными знаками. Знак «звездочка» — «*» — в шаблонах имен заменяет любое оставшееся до конца имени количество символов или их отсутствие. Знак вопроса — " ?"  — обозначает один символ.

Примеры шаблонов имен файлов:

• • *.* - обозначает все файлы;
• • *.txt — шаблон для файлов, имеющих одинаковое расширение имени txt;
• • Протокол*.doc — шаблон, которому соответствуют файлы с одинаковым началом имени «протокол» и расширением doc. Например: протокол .doc, протокол2. бос, Протокол допроca. doc, Протокол заседания. doc и Протокол разногласий. doc;
• • дело??.doc — шаблон для файлов, имя которых имеет одинаковое начало «дело», потом два любых символа и расширение doc. Например: дело3l. doc, дело₈.dос, но не подходят файлы дело. doc, дело 306. doc и дело₂₃₅.dос.

Каталог (папка) — поименованный список группы файлов (с их именами и свойствами) и вложенных папок, доступный пользователю посредством команд операционной системы. В операционной системе MS DOS использовался термин «каталог», в операционной системе Windows чаще используется термин «папка». В дальнейшем изложении используются оба термина.

В операционных системах Windows для имени папки справедливы те же правила, что и для файлов (не более 256 букв или цифр). Панка не имеет расширения имени, все же иногда в ее имени используют точку для наглядности.

Каталог занимает строго определенное место в иерархической организации файловой системы, причем помимо списка файлов может дополнительно содержать указание на каталог более низкого уровня (подкаталоги).

Дерево файлов (дерево каталогов) — структура каталогов, подкаталогов и файлов на диске, указывающая расположение файлов в каталогах и подкаталогах, подкаталогов в каталогах. Логическая подчиненность графически изображается деревом с одной вершиной, называемой корневым каталогом, или папкой диска, и ветвлением (рис. 4.3, а). В каждую точку ветвления входит только одна ветвь от «родительской» папки (каталога), а выходить могут несколько в нижестоящие папки («дочерние», подчиненные каталоги). Из папки можно выходить на уровень вверх — в вышестоящую папку. У общей группы файлов и папок есть только один вышестоящий (родительский) каталог, в котором они записаны. При переходе к подчиненным папкам вниз ветви только расходятся и никогда не пересекаются.

ОС с графическим интерфейсом, такая как Windows, показывает папку в дереве каталогов значком в виде канцелярской папки (рис. 4.3,6), а открывает как окно со значками и именами вложенных файлов и других папок.

Путь к файлу — указание диска и последовательности папок (каталогов) до доступа к файлу. Путь начинается от имени диска (верхний уровень), открывающего корневую пап-

Рис. 4.3. Варианты изображения иерархии каталогов:

а — дерево каталогов (без файлов); б — Проводник Windows (папки с вложенными подпапками распахиваются значком ).

ку диска и обозначаемого одной английской буквой с двоеточием (например, диск D, а корневая папка D:), и идет вниз по дереву каталогов с перечислением имен вложенных папок через косую черту — (обратный слеш). Жесткие диски имеют имена С, D: (если их два), имя компакт-диска задается следующей латинской буквой — Е:. Буквы, А и В выделены флоппи-дисководам (А: и В:).

Полное имя файла (в Windows) — запись имени файла и расширения с предшествующим путем к файлу в виде последовательности имен каталогов, разделенных косой чертой. Например, имя D: ПисьмаМоскваМэрияЗаявление. dос означает, что от папки диска D, пройдя папки Письма, Москва, Мэрия (см. рис. 4.3, б) можно увидеть и открыть файл Заявление.doc. Файл должен иметь уникальное название в своей папке, хотя бы одним символом отличающееся от имен других файлов папки.

Иерархичность широко используется в структурировании информации, хранении в базах данных, справочных системах, сайтах. Иерархично организованы не только каталоги, по и меню команд в окнах программ.

Файловая система — часть операционной системы, обеспечивающая запись и чтение файлов на дисковых носителях. Она определяет логическую структуру при сохранении данных в файлах на диске, именование (идентификацию) и сопутствующие данные файла (управление доступом к файлам). В операционных системах Microsoft применяются файловые системы FAT и NTFS (New Technology File System).

Файловая система FAT получила название от метода, применяемого для организации файлов, — таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). Таблица размещения файлов создается при форматировании диска и находится на нем в строго определенном месте. По строению ЕАТ аналогична оглавлению книги, операционная система использует ее для поиска файлов и определения их местоположения на магнитном диске.

Улучшенная файловая система NTFS обеспечивает высокий уровень быстродействия и безопасности данных, а также недоступные версиям файловой системы FAT возможности: ограничение на доступ к файлам и каталогам (описание непосредственно в таблице прав пользователя по работе с данным объектом), шифрование, сжатие. В случае сбоя целостность файловой системы восстанавливается с помощью контрольных данных.

Свойства файла. Каждый файл состоит из содержимого, а описывается свойствами (атрибутами, особенностями, признаками), выделяющими файл из множества других файлов.

Атрибуты файла — записанные свойства файла: имя файла и тип содержимого; дата и время создания; размер файла; имя владельца файла; права и метод доступа к файлу. Метод доступа описывают атрибуты: только чтение, архивный, скрытый, системный. Эти четыре атрибута имеют буквенные обозначения.

А — архивный файл (archive). Признак того, что файл подлежит внесению в резервный архив, т. е. создан или изменялся и программа резервирования должна поместить его на носитель (ленту стримера или сетевой диск).

R — только чтение (read only). Файл не подлежит редактированию. Некоторые текстовые редакторы снимают атрибут R и правят файл без предупреждения.

Н — скрытый файл (hidden) — не включаемый в стандартные операции файловой системы. Временные и служебные файлы операционной системы не показываются в окне папки, чтобы их случайно не удалить. Как защита от обнаружения скрываемых документов атрибут бесполезен.

S — системный файл (system) — принадлежит операционной системе, удалять и изменять этот атрибут не рекомендуется, а в современных операционных системах — это не просто.

При попытках изменения и удаления файлов с атрибутами R, Н, S система предупреждает пользователя о важном свойстве файла. Отобразить, установить и снять атрибуты файла можно в программе управления файлами, например файловом менеджере Total Commander.

Свойства файла в папке операционной системы Windows выводит соответствующая команда (см. пример отображения свойств файла на рис. 4.4).

Чтобы сохранять и открывать файл, операционная система должна записать его данные на диск и зарегистрировать в папке имя, свойства и размещение файла. Принято говорить, что «файл находится в папке», па самом деле она хранит список файлов, их свойств и показывает значки файлов в окне. Сами данные из файлов данной папки физически могут храниться в разных местах диска, в панке записаны только имена, свойства и адреса.

Работа с файлами и папками заключается в их создании, просмотре и редактировании содержимого, переименовании, копировании, перемещении, удалении, а также измене;

Рис. 4.4. Окно свойств файла.

нии атрибутов файла. Операции выполняются командами операционной системы с помощью мыши и выбора в меню.

Создание папки и файла возможно в любой папке, начиная с папки диска. Создание файла производится в определенной программе. При сохранении файла его данные записываются по возможности в соседние кластеры (области диска из нескольких примыкающих секторов). В таблице размещения файлов диска эти кластеры помечаются как занятые. В папке записываются свойства файла (имя, размер, дата, время, атрибут и др.) и адрес первого кластера файла. После каждого нового редактирования файла его данные перезаписываются на новом месте диска, а в той же папке меняется запись адреса.

При копировании папки ее имя заносится в соответствующее место таблицы диска, при копировании файла прежние записи остаются на месте, а на свободном месте диска или другом диске появляются копии данных и, как при создании файла, записи в указанной папке.

Перемещение папки производит изменение соответствующих записей о папке диска.

Перемещение файла в папку того же диска оставляет данные на том же месте, а в папке поступления файла появляется новая регистрационная запись имени и свойств файла. Перемещение файла на другой диск приводит к записи данных заново, а на прежнем диске в таблице размещения файлов кластеры файла помечаются как свободные.

Переименование файла и каталога (папки) изменяет запись имени.

Удаление файла. В таблице размещения файлов на диске («оглавлении») кластеры, которые занимал удаляемый файл, помечаются как свободные. Сами данные файлов не затираются, пока не произойдет запись нового файла на освободившееся место.

Просмотр содержимого файла. Открыть файл для просмотра можно, как правило, с помощью той программы, в которой он создан. Но программы-просмотрщики показывают содержимое файла, хотя и не позволяют редактировать, изменять. Некоторые файлы можно открывать и другими программами. Например, текстовые файлы, созданные в простых редакторах WordPad, Блокнот, можно открывать в редакторе Word. Веб-документы Интернета открываются в программахобозревателях, которые их не создавали.

Кроме операций с файлами средствами внутренних команд операционной системы, к файлам применяют операции архивирования, дефрагментации и конвертации посредством специальных внешних программ.

Архивация файла — сжатие записей данных, хранящихся в файле, в архивный файл меньшего размера. Выполняется программами-архиваторами. Операционные системы работают с архивными файлами так же, как с обычными файлами.

Фрагментация файла — распределение записей файла па диске в несмежных, несоседних кластерах, если на диске недостаточно сплошного свободного места. Фрагментация увеличивает время доступа к данным, поскольку при чтении и записи приходится перешагивать через кластеры жесткого диска, занятые другими файлами. Для устранения фрагментации проводят дефрагментацию в непрерывные последовательности кластеров с помощью служебных программ.

Конвертация файлов — преобразование, видоизменение данных программами, чтобы представить их в ином виде при незначительном изменении самой информации для условий последующей обработки. Программы могут открывать файлы с информацией различного формата: текстовой, табличной, графической или другой и сохранять в файлах различного типа.

• [1] Термин «расширение» η информатике используется в смысле увеличения, дополнения возможности, и не только имени файла, но и устройств, объектов, сервисов поиска и др.