Распределение оперативной памяти в MS-DOS

Как известно, MS-DOS – это однопрограммная ОС. В ней, конечно, можно организовать запуск резидентных или TSR-задач, но в целом она предназначена для выполнения только одного вычислительного процесса. Поэтому распределение памяти в ней построено по самой простой схеме, которую мы уже рассматривали в разделе «Простое непрерывное распределение и распределение с перекрытием (оверлейные структуры)» Здесь мы лишь уточним некоторые характерные детали.

В IBM PC использовался 16-разрядный микропроцессор i8088, который за счет введения сегментного способа адресации позволял адресоваться к памяти объемом до 1 Мбайт. В последующих ПК (IBM PC AT, AT386 и др.) было принято решение поддерживать совместимость с первыми, поэтому при работе с DOS прежде всего рассматривают первый мегабайт. Вся эта память разделялась на несколько областей, что проиллюстрировано на рис. 2.10. На этом рисунке изображено, что памяти может быть и больше, чем 1 Мбайт, но более подробное рассмотрение этого вопроса мы здесь опустим.

Если не вдаваться в детали, можно сказать, что в состав MS-DOS входят следующие основные компоненты:

- Базовая подсистема ввода/вывода – BIOS (base input-output system), включающая в себя помимо программы тестирования ПК (POST - power on self test – программа самотестирования при включении компьютера) обработчики прерываний (драйверы), расположенные в постоянном запоминающем устройстве. В конечном итоге, почти все остальные модули MS-DOS обращаются к BIOS. Если и не напрямую, то через модули более высокого уровня иерархии.

- Модуль расширения BIOS – файл IO.SYS (в других DOS-системах он может называться иначе, например, IBMIO.COM).

- Основной, базовый модуль обработки прерываний DOS – файл MSDOS.SYS. Именно этот модуль в основном реализует работу с файловой системой. (в PC-DOS аналогичный по значению файл называется IBMDOS.COM).

- Командный процессор (интерпретатор команд) – файл COMMAND.COM.

- Утилиты и драйверы, расширяющие возможности системы.

- Программа загрузки MS-DOS – загрузочная запись (boot record), расположенная на дискете.

Вся память в соответствии с архитектурой IBM PC условно может быть разбита на три части.

В самых младших адресах памяти (первые 1024 ячейки) размещается таблица векторов прерываний. Это связано с аппаратной реализацией процессора i8088, на котором была реализована ПК. В последующих процессорах (начиная с i80286) адрес таблицы прерываний определяется через содержимое соответствующего регистра, но для обеспечения полной совместимости с первым процессором при включении или аппаратном сбросе в этот регистр заносятся нули. При желании, однако, в случае использования современных микропроцессоров i80x86 можно разместить векторы прерываний и в другой области.

Вторая часть памяти отводится для размещения программных модулей самой MS-DOS и для программ пользователя. Рассмотрим их размещение чуть ниже. Здесь, однако, заметим, что эта область памяти называется Conventional Memory (основная, стандартная память).

Наконец, третья часть адресного пространства отведена для постоянных запоминающих устройств и функционирования некоторых устройств ввода/вывода. Эта область памяти получила название UMA (upper memory areas – область верхней памяти).

В младших адресах основной памяти размещается то, что можно назвать ядром этой ОС – системные переменные, основные программные модули, блоки данных для буферирования операций ввода/вывода. Для управления устройствами, драйверы которых не входят в базовую подсистему ввода/вывода, загружаются так называемые загружаемые (или инсталлируемые) драйверы. Перечень инсталлируемых драйверов определяется специальным конфигурационным файлом CONFIG.SYS. После загрузки расширения BIOS – файла IO.SYS – последний (загрузив модуль MSDOS.SYS) считывает файл CONFIG.SYS и уже в соответствии с ним подгружает в память необходимые драйверы. Кстати, в конфигурационном файле CONFIG.SYS могут иметься и операторы, указывающие на количество буферов, отводимых для ускорения операций ввода/вывода, и на количество файлов, которые могут обрабатываться (для работы с файлами необходимо зарезервировать место в памяти для хранения управляющих структур, с помощью которых выполняются операции с записями файла). В случае использования микропроцессоров i80x86 и наличия в памяти драйвера HIMEM.SYS модули IO.SYS и MSDOS.SYS могут быть размещены за пределами первого мегабайта в области, которая получила название HMA (high memory area).

Память с адресами, большими чем 10FFFFh, может быть использована в DOS-программах при выполнении их на микропроцессорах, имеющих такую возможность. Так, например, микропроцессор i80286 имел 24-разрядную шину адреса, а i80386 – уже 32-разрядную шину адреса. Но для этого с помощью специальных драйверов необходимо переключать процессор в другой режим работы, при котором он сможет использовать адреса выше 10FFFFh. Широкое распространение получили две основные спецификации: XMS (extended memory specification) и EMS (expanded memory specification). Поскольку основные утилиты, необходимые для обслуживания ПК, как правило, не используют эти спецификации, мы не будем здесь их рассматривать.

Остальные программные модули MS-DOS (в принципе, большинство из них является утилитами) оформлены как обычные исполняемые файлы. В основном они являются транзитными модулями, то есть загружаются в память только на время своей работы, хотя среди них имеются и TSR-программы.