Читать книгу "Код. Тайный язык информатики - Чарльз Петцольд"

Создание командного процессора — серьезная веха не только потому, что он позволяет быстрее записывать байты в память, но и потому, что компьютер становится интерактивным. Когда вы вводите символы с клавиатуры, компьютер реагирует и отображает их на экране.

После записи командного процессора в ПЗУ вы можете начать экспериментировать с записью данных из памяти на жесткий диск (вероятно, фрагментами, размер которых соответствует размеру сектора диска) и считыванием этих данных обратно в память. Хранить программы и данные на диске намного безопаснее, чем в оперативной памяти, где они исчезнут в случае отключения питания, и гораздо удобнее, чем в ПЗУ.

Рано или поздно вам захочется добавить в командный процессор новое. Например, команда S означает Store («Сохранить»):

S2080 2 15 3

и указывает, что блок памяти, начинающийся с ячейки 2080h, должен быть сохранен на диске по адресу: сторона 2, дорожка 15, сектор 3. (Размер этого блока памяти зависит от размера сектора диска.) Аналогично вы можете добавить команду Load («Загрузить»), чтобы загрузить данные этого сектора с диска обратно в память.

L 2080 2 15 3

Разумеется, придется помнить, что и где вы храните. Для этого вы, вероятно, попробуете использовать блокнот и карандаш. Имейте в виду: нельзя просто сохранить код в ячейке памяти с определенным адресом, а затем загрузить его в ячейку памяти с другим адресом и ожидать, что он будет работать. Все команды Jump («Переход») и Call («Вызов») окажутся неправильными, поскольку в них записаны старые адреса. Кроме того, объем кода вашей программы может превысить размер сектора диска, поэтому придется хранить его в нескольких. Поскольку одни сектора на диске могут быть заняты другими программами или данными, а вторые быть свободными, сектора, в которых вы храните длинную программу, могут располагаться на диске непоследовательно.

Рано или поздно вы решите, что вручную отслеживать содержимое секторов диска слишком утомительно. Это будет означать, что вы дозрели до создания файловой системы.

Файловая система — способ хранения данных, при котором они организуются в файлы. Файл — это просто набор связанных данных, который занимает один или несколько секторов на диске. Самое главное, что у каждого файла собственное имя, помогающее определить его содержимое. Диск похож на шкаф для хранения документов, где каждая папка имеет этикетку с названием.

Файловая система почти всегда входит в состав более крупной совокупности программного обеспечения — операционной системы. Обработчик клавиатуры и командный процессор, которые мы написали в этой главе, безусловно, могли бы эволюционировать в операционную систему. Однако вместо моделирования этого длительного процесса рассмотрим настоящую операционную систему (ОС) и постараемся разобраться, что она делает, как работает.

Исторически наиболее важной операционной системой для 8-битных микропроцессоров была CP/M (Control Program for Micros, управляющая программа для микрокомпьютеров), написанная в середине 1970-х для Intel 8080 Гэри Килдаллом (1942–1994), который позднее основал компанию Digital Research Incorporated (DRI).

На диске хранилась CP/M. На заре использования этой ОС наиболее распространенным носителем для нее была односторонняя 8-дюймовая дискета с 77 дорожками, 26 секторами на дорожке и 128 байтами в секторе (всего 256 байт). На первых двух дорожках диска содержалась сама CP/M. Чуть позже расскажу о том, как CP/M с диска переместилась в память компьютера.

Остальные 75 дорожек на диске CP/M использовались для хранения файлов. Файловая система CP/M довольно проста. Она удовлетворяет двум основным требованиям. Во-первых, каждый файл на диске имеет имя, которое тоже хранится на диске. На самом деле вся информация, которая требуется CP/M для считывания этих файлов, хранится на диске вместе с самими файлами. Во-вторых, файлы не обязательно должны занимать последовательные сектора. Часто при создании и удалении файлов разного размера свободное место на диске становится фрагментированным. Так что способность файловой системы хранить большой объем информации в несмежных секторах оказывается полезной.

Сектора на 75 дорожках, используемые для хранения файлов, сгруппированы в блоки выделения памяти. Каждый блок содержит восемь секторов, или 1024 байта. Всего на диске 243 блока выделения памяти, пронумерованных от 0 до 242.

Первые два блока выделения памяти (всего 2048 байт) отведены под каталог. Каталог — область диска, содержащая имена и некоторую важную информацию о каждом хранящемся файле. Каждому файлу на диске соответствует элемент каталога длиной 32 байта. Поскольку общий объем каталога всего 2048 байт, дискета может хранить 64 файла (2048 / 32).

Каждая 32-байтная запись каталога содержит следующую информацию.

Байты

Значение

0

Обычно равен 0

1–8

Имя файла

9–11

Тип файла

12

Экстент

13–14

Зарезервированы (равны 0)

15

Количество секторов в последнем блоке

16–31

Карта диска

Первый байт элемента каталога применяется только в том случае, когда с файловой системой работают два человека и более. В операционной системе CP/M этот байт обычно равен 0, как и байты тринадцатый и четырнадцатый.

В CP/M каждому файлу присваивается имя, состоящее из двух частей. Первая часть — имя файла — может содержать до восьми символов, хранящихся в байтах с первого по восьмой элемент каталога; вторая часть — тип файла — может содержать до трех символов, хранящихся в байтах с девятого по одиннадцатый. Существует несколько стандартных типов файлов. Например, TXT говорит о том, что файл является текстовым (содержит только коды ASCII), а COM (от command — «команда») указывает, что файл содержит машинные инструкции для процессора 8080, то есть программу. При указании конкретного файла эти две части разделяются точкой.

MYLETTER.TXT

CALC.COM

Этот метод наименования файлов известен как формат 8.3 («восемь точка три»), допускающий максимум восемь букв до точки и три буквы после.

Карта диска в элементе каталога указывает блоки выделения памяти, где хранится файл. Предположим, что значениями первых четырех байтов карты диска являются 14h, 15h, 07h и 23h, а значениями остальных — нули. Значит, файл занимает четыре блока, или четыре килобайта дискового пространства. Объем файла может быть немного меньше. Пятнадцатый байт в элементе каталога указывает, сколько 128-байтовых секторов фактически занято в последнем блоке.

Длина карты диска — 16 байт, и их достаточно для указания местоположения файла объемом до 16 384 байт. Для файла объемом более 16 килобайт необходимо использовать несколько элементов каталога, которые называются экстентами. В этом случае двенадцатый байт будет равен 0 в первом элементе каталога, 1 — во втором и т. д.