Часть 9. Диск в файловой системе

Предисловие соавтора

Появлению описания диска мы обязаны А.Хапугину (Hady). Он является автором утилит проверки и починки файловой системы fschk и fsdb, и это описание адресует в помощь пользователям этих утилит.

Соавтор

Администратору системы часто приходится иметь дело с магнитными дисками: форматировать, инициализировать, копировать и, что самое страшное, редактировать низкоуровневыми средствами. Для этого необходимо иметь представление об устройстве носителя в ОС Excelsior.

Ну и ну, сколько же можно поворачивать?! Никакая это не дорожка, а просто юла какая-то...

Л.Кэрролл. Алиса в Зазеркалье

Диск представляет собой пакет, содержащий несколько рабочих поверхностей (возможно, одну). Рабочая поверхность аппаратно разбита на дорожки, каждая из которых содержит несколько секторов.

 
            |~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~|
            |                   поверхность i               |
            |===============================================|
    |~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~|    |
    |                    поверхность 1                 |----|
    |==================================================|    |
|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~|   |----|
|                    поверхность 0                 |---|    |
|===========||=====================================|   |----|
| дорожка 0 || сектор 0 | сектор1 | ... | сектор k |---|    |
|-----------||-------------------------------------|   |____|
| дорожка 1 || сектор 0 | сектор1 | ... | сектор k |---|
|-----------||-------------------------------------|   |
|           ||     .     .     .                   |___|
|-----------||-------------------------------------|
| дорожка j || сектор 0 | сектор1 | ... | сектор k |
|___________||_____________________________________|

Адресация на диске, как правило, реализована аппаратно, зависит от контроллера диска и его драйвера.

Описанную структуру принято называть физической структурой диска. Информация о физической структуре диска поставляется ОС драйвером и используется только для оптимизации операций чтения/записи.

Файловая система организует другое разбиение диска, которое мы будем называть логической структурой.

9.1. Блок

Логической единицей адресации диска в ОС Excelsior является БЛОК. Размер блока на всех дисках равен 4К (4096) байт. Блоки нумеруются с 0, количество блоков определяется емкостью носителя.

|~~~~~~~~|~~~~~~~~|~~~~~~~~|~~~~~~~~~~~~~|~~~~~~~~|
| блок 0 | блок 1 | блок 2 |  . . . . .  | блок N |
|________|________|________|_____________|________|

Номер блока на диске называется далее ФИЗИЧЕСКИМ НОМЕРОМ (ФН).

Блок с ФН 0 зарезервирован для программы начальной загрузки; он не может быть использован для хранения файлов.

Блок с ФН 1 называется СУПЕРБЛОКОМ и используется исключительно системой (см 9.2).

Блоки с ФН от 2 до некоторого номера SYS, зависящего от размера диска, используются исключительно системой и содержат в себе ДЕСКРИПТОРЫ ФАЙЛОВ (или ИНОДЫ, см. 9.3).

Остальные блоки используются для хранения ФАЙЛОВ (см. 9.5).

9.2. Суперблок

В суперблоке содержится следующая информация:

• символьное имя носителя;
• количество файлов на носителе;
• количество блоков на носителе;
• карта файлов;
• карта блоков.

9.2.1. Метка носителя

Метка носителя - это строка в кодировке КОИ-8 длиной до 16 символов. Терминатором строки считается символ с кодировкой 0c. Метка не может содержать символы "/", "[", "]", ":".

9.2.2. Количество файлов

Количество файлов - 32-разрядное целое число, равное максимально возможному количеству файлов на диске (количеству дескрипторов файлов на диске).

9.2.3. Количество блоков

Количество блоков - 32-разрядное целое число, равное общему количеству блоков на диске, вычисленному при инициализации диска.

9.2.4. Карта файлов

Карта файлов - массив битов. Биты в карте нумеруются от 0 до N-1, где N - количество файлов на диске. Бит с номером J соответствует иноду с номером J. Если бит с номером J выставлен в "1", то инод с номером J считается свободным, в противном случае - занятым.

9.2.5. Карта блоков

Карта блоков - массив битов. Биты в карте нумеруются от 0 до N-1, где N - количество блоков на диске. Бит с номером J соответствует блоку с номером J. Если бит с номером J выставлен в "1", то блок с номером J считается свободным, в противном случае - занятым.

9.3. Область дескрипторов файлов

ОБЛАСТЬ ДЕСКРИПТОРОВ ФАЙЛОВ представляет собой одномерный массив 64-х байтовых записей с информацией о файле – инодов (см. 9.4).

Иноды нумеруются от 0 до N-1, где N - количество файлов на диске. Каждый инод либо является описанием файла, либо не занят системой.

Номер инода, описывающего файл, называется НОМЕРОМ ФАЙЛА и является внутрисистемным индикантом данного файла, так как его достаточно для организации доступа к файлу.

Инод с номером 0 на всех носителях используется для КОРНЕВОЙ ДИРЕКТОРИИ.

Инод с номером 1 зарезервирован для организации загрузки системы с данного диска.

Инод с номером 2 зарезервирован для закрытия дефектных блоков диска.

9.4. Дескриптор файла

Дескриптор файла - инод (от англ. "index node") – это специальная запись размером 64 байта, содержащая информацию ОС о файле. В ней находится:

• таблица соответствия логических номеров (ЛН) (см. 9.4) блоков физическим номерам (ФН),
• время создания файла,
• время последней записи в файл,
• информация о правах доступа пользователей к файлу,
• размер файла в байтах,
• количество ссылок на файл,
• специальные признаки файла.

9.4.1. Таблица соответствия номеров блоков

ТАБЛИЦА СООТВЕТСТВИЯ ЛН и ФН - REF (от англ. "REFerence" - ссылка) представляет собой массив из 8 целых чисел. Каждый элемент этого массива может ссылаться на какой-нибудь блок диска или быть незанятым. В первом случае элемент содержит ФН блока, на который он ссылается, во втором – отрицательное число.

Диск              ||        ||        ||        ||
|~~~~~~~~|~~~~~~~~||~~~~~~~~||~~~~~~~~||~~~~~~~~||~~~~~~~
| блок 0 | блок 1 || блок X || блок Y || блок Z || . . .
|________|________||________||________||________||_______
                  ||     |  ||     |  ||     |  ||
      --------------------         |         |
      |       ----------------------         |
      |       |       ------------------------
      |       |       |
|~~~~~*~|~~~~~*~|~~~~~*~|~~~~~~|~~~~~~|~~~~~~|~~~~~~|~~~~~~|
|   X   |   Y   |   Z   |  -1  |  -1  |  -1  |  -1  |  -1  |
|_______|_______|_______|______|______|______|______|______|
  REF0     REF1    REF2   REF3   REF4   REF5   REF6   REF7

Для файлов, содержащих не более 8 блоков, элемент таблицы с номером, равным ЛН, ссылается на соответствующий ему блок. Если файл содержит более 8 блоков (32Кбайт), то элементы данного массива ссылаются не на блоки с информацией файла, а на так называемые ИНДЕКСНЫЕ блоки - блоки, содержащие ФН блоков файла. В этом случае блок с информацией файла находится по следующей схеме:

  REF0   REF1       || REF X || REF7
|~~~~~~|~~~~~~|~~~~~||~~~~~~~||~~~~~~|
| .... | .... | ... ||   Y   || .... |
|______|______|_____||____*__||______|
                    ||    |  ||
                          |
     ----------------------
     |
Блок Y                  ||                   ||
 |~~~~|~~~~|~~~~|~~~~~~~||~~~~~|~~~~~~~|~~~~~||~~~~~|~~~~|~~~~|
 |    |    |    |  ...  ||     | xxx * |     || ... |    |    |
 |____|____|____|_______||_____|_____|_|_____||_____|____|____|
    0    1    2         || Z-1    Z  |   Z+1 ||      1022 1023
                                     |
                         -------------
Диск              ||     |    ||
|~~~~~~~~|~~~~~~~~||~~~~~~~~~~||~~~~~~~
| блок 0 | блок 1 || блок xxx || . . .
|________|________||__________||_______
                  ||          ||

где X=(ЛН DIV 1024); Z=(ЛН MOD 1024); xxx - ФН блока, соответствующего ЛН.

Физический блок, на который есть ссылка из REF или индексного блока файла, должен быть помечен как занятый в карте блоков (см. 9.2.5).

Значение номера блока, большее максимального номера на диске, считается некорректным и должно быть заменено на "-1".

9.4.2. Время создания файла

Время создания файла - 32-разрядное целое число, равное времени создания файла, записанному в стандарте ОС Excelsior.

9.4.3. Время модификации файла

Время модификации файла - 32-разрядное целое число, равное времени последней записи в данный файл, записанному в стандарте ОС Excelsior.

9.4.4. Информация о правах доступа

Информация о правах доступа пользователей к файлу содержится в 4 байтах.

9.4.5. Размер файла

Размер файла - 32-разрядное целое число, в котором содержится размер файла в байтах (EOF - от End Of File). При этом система полагает, что файл содержит байты с номерами [0..EOF-1].

9.4.6. Количество ссылок на файл

Количество ссылок на файл (links) - 32-разрядное целое число, обозначающее количество ссылок на данный файл из директорий (см. 9.6.1.2). Если это число равно 0, то данный инод считается свободным и должен быть помечен в карте файлов как свободный. Если это поле больше нуля, то данный инод считается занятым и должен быть помечен в карте файлов как занятый. Значение, меньшее 0 или большее максимального номера файла считается некорректным и должно быть заменено на 0.

9.4.7. Специальные признаки

Специальные признаки файла - массив битов. В настоящей реализации используются следующие признаки:

• длинный файл;
• директория;
• псевдофайл;

а) признак длинного файла (long) выставляется в том случае, если файл содержит более 8 блоков. В этом случае массив REF файла содержит номера не блоков с информацией, а индексных блоков (см. 9.4.1).

б) признак директории (dir) выставляется, если дескриптор описывает файл специального вида - директорию (см. 9.6).

в) признак псевдофайла (escape) обозначает, что данный дескриптор не является описанием файла. В байтах такого дескриптора, предназначенных для REF, содержится логическое имя драйвера некоторого устройства в стандарте ОС Excelsior.

9.5. Файл

Файл с точки зрения ОС представляет собой одномерный массив байтов, пронумерованых от 0 до EOF-1 (см. 9.4.4). Данный массив разбивается на блоки, которые также нумеруются с 0. Номер блока в файле называется ЛОГИЧЕСКИМ НОМЕРОМ блока.

|~~~~~~~~|~~~~~~~~|~~~~~~~~|~~~~~~~~~~~~~|~~~~~~~~|
| блок 0 | блок 1 | блок 2 |  . . . . .  | блок M |
|________|________|________|_____________|________|

9.6. Директория

ДИРЕКТОРИЯ - файл специального вида, доступный для чтения и записи как обычный файл, используемый ОС для организации файлового дерева. Директория представдяет собой одномерный массив УЗЛОВ - 64-байтовых записей (см. 9.6.1). Узлы в директории нумеруются от 0 до N-1, где N - текущее число узлов в директории. Размер директории должен быть не меньше 1 узла. При этом поле EOF инода, соответствующего данной директории, должно быть равно 64*N.

КОРНЕВОЙ директорией диска называется директория с номером инода 0. Узлы с номером 0 всех директорий диска, отличных от корневой, должны иметь имя "..", признаки {dir, hidden} (см. 9.6.1.3) и ссылаться (см. 9.6.1.2) на директорию, к которой данная директория привязана (см. 9.6.1.2).

9.6.1. Узел директории

Узел директории содержит следующую информацию:

• имя узла;
• номер файла, на который узел ссылается;
• специальные признаки.

Узел либо ссылается на файл, либо является незанятым. Незанятым считается узел, который либо имеет пустое имя, либо специальный признак "отвязанный файл".

9.6.1.1. Имя узла

Имя узла - массив из 32 байт, в котором содержится имя в кодировке КОИ-8. Имя может быть пустым только для свободного узла. Терминатором имени считается либо конец массива либо символ 0c. Имя не может содержать символы " ", "/", "[", "]".

Не допускается наличие нескольких узлов с одним именем.

9.6.1.2. Номер файла

Номер файла - целое число. Если данное поле содержит номер файла и узел не является свободным, будем говорить, что узел (и директория вместе с ним) ССЫЛАЕТСЯ на этот файл, а файл, в свою очередь, ПРИВЯЗАН к этой директории под именем данного узла. Значение поля "номер файла", выходящее за диапазон [0..MAX_FILE-1], где MAX_FILE - число файлов на носителе, считается некорректным.

В одной директории может содержаться несколько узлов с разными именами, ссылающихся на один файл.

9.6.1.3. Специальные признаки файла

Специальные признаки файла - это массив битов. В настоящей реализации используются следующие признаки:

• отвязанный файл ("del", от англ. deleted)
• файл            ("file")
• директория      ("dir")
• скрытый файл    ("hidden")
• псевдофайл      ("escape")

Признаки "del" и "hidden" не зависят от состояния остальных признаков. Признак "escape" отменяет действие признаков "file" и "dir". Признак "dir" отменяет действие признака "file". Системой поддерживается отсутствие признаков, действие которых отменено другим признаком.

а) признак "отвязанный файл" выставляется, если данный узел ранее ссылался на файл, но эта ссылка была удалена. В этом случае остальные признаки сохраняются неизменными до следующего использования узла.

б) признак "файл" выставляется, если узел в настоящий момент ссылается на обычный файл (не являющийся директорией).

в) признак "директория" выставляется, если данный узел ссылается на директорию. В этом случае синонимичный признак должен быть выставлен в иноде, на который ссылается данный узел.

г) признак "скрытый файл"" выставляется для использования в системных утилитах визуализации директорий. Он обозначает, что при запуске без специальных указаний данный узел визуализировать не нужно.

д) признак "псевдофайл" дублирует в узле синонимичный признак инода, на который ссылается данный узел (см 9.4.7,б).

Часть 10. Драйверы устройств

Предисловие соавтора

Содержимое этой части - результат бесед с Д.Кузнецовым (Leo).

Соавтор

ОС Excelsior - развиваемая и легко настраиваемая система. Универсальность программного обеспечения достигается независимостью от типов устройств, входящих в конфигурацию системы. Настройка на конкретную конфигурацию производится с помощью драйверов. Это терминальные драйверы и драйверымагнитных носителей, драйверы печатающих устройств и т.д.. При необходимости новые драйверы могут быть дописаны.

10.1. Поддержка драйверов в системе

Поддержка драйверов в ОС Excelsior осуществляется на уровне ядра системы.

Кроме того, существует библиотека defReqest, которая тоже используется при написании драйверов.

10.2. Типы драйверов

В ОС известны драйверы трех типов:

1. дисковые;
2. сериальные;
3. специальные.

Дисковые драйверы обеспечивают работу с дисками: выполняют массовые операции над секторами фиксированного размера (до 4Гб).

Сериальные драйверы предназначаются для последовательных и параллельных интерфейсов. К ним можно отнести терминальные драйверы, драйверы печатающих устройств, мыши и т.п..

Все прочие устройства обслуживаются драйверами, относящимися к разделу специальных.

10.3. Структура драйвера

Очередь запросов

10.3.1. Представление системе

Для того, чтобы с устройством можно было работать, драйвер должен представиться системе.

Прежде всего, в нем должно содержаться самоназвание - слово из семи произвольных символов, за исключением пробелов, "/", "\", ":".

Кроме того, он должен содержать две процедуры: def_drv, представляющую драйвер, и rem_drv, удаляющую драйвер.

Процедура def_drv имеет следующие параметры: имя драйвера, номер подустройства (направления), имя владельца (по сути, драйвера, с которым необходимо синхронизоваться, например, самого себя или пусто), тип устройства, процедуру обработки запроса do_io.

10.3.2. Запрос

Стандарт запроса определен в библиотечном модуле defRequest. Для непосредственного ознакомления эта библиотека с подробным комментарием приводится в приложении к этому разделу. В терминах Модулы-2 запрос - это запись со следующими полями:

Поле op определяет характер операции над устройством (чтение, запись и т.п.).

Поле drn содержит номер подустройства (направления).

Поле res обрабатывается средствами библиотеки defErrors для получения информации об ошибках при выполнении операции.

Поля ofs, buf, pos, len ориентированы на дисковые и сериальные драйверы и имеют следующий смысл:

10.3.3. Процедура обработки запроса

Каждый драйвер реализует процедуру обработки запросa do_io. Этой процедуре в качестве параметра передается запрос:

Процедура может выглядеть приблизительно так:

10.4. Приложение: библиотека defRequest

Часть 11. Базовая поддержка графики

Предисловие соавтора

Содержимое этой части целиком лежит на совести А.Никитина (Nick), который является также автором большинства графических библиотек.

Глава 11.1. Общие сведения

11.1.1. Типы графических дисплеев

Существует много разнообразных устройств для вывода изображений, построенных с помощью машинной графики. В качестве типичных примеров можно назвать дисплеи на запоминающих трубках, векторные и растровые с регенерацией изображения на электронно-лучевых трубках. Однако в последнее время, в связи с удешевлением микросхем памяти и увеличением их емкости, широкое распространение получили растровые дисплеи.

Как дисплеи на запоминаюших ЭЛТ, так и векторные дисплеи с произвольным сканированием являются устройствами рисования непрерывных отрезков, рисуемых из любой адресуемой точки в любую другую. Растровое устройство работает совершенно иначе. Его можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (точек), каждая из которых может быть подсвечена. Таким образом, растровый дисплей является "точечно-рисующим" устройством. Невозможно, за исключением специальных случаев, непосредственно нарисовать отрезок из одной адресуемой точки (пиксела) в матрице в другую адресуемую точку. Отрезок можно лишь аппроксимировать последовательностью точек, близко лежащих к реальной траектории отрезка.

11.1.2. Буфер кадра

Чаще всего в растровых графических устройствах используются различного рода буферы кадра, представляющие собой большой непрерывный участок оперативной памяти компьютера. Каждый пиксел растра кодируется как минимум одним битом памяти. Для квадратного растра размером 512x512x1 бит требуется 262144 бита памяти. Изображение в буфере кадра строится поточечно. Если точка растра кодируется одним битом памяти, имеющим только два состояния (двоичное 0 и 1), то можно получить только "черно-белое" изображение. Буфер кадра является цифровым устройством, тогда как электронно-лучевая трубка - аналоговое устройство, для работы которого требуется электрическое напряжение различных уровней. Поэтому при считывании информации из буфера кадра и ее выводе на графическое устройство с растровой ЭЛТ должно происходить преобразование из цифрового представления в аналоговый сигнал. Такое преобразование выполняет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Каждый пиксел буфера кадра, прежде чем он будет отображен на растровой ЭЛТ, должен быть считан и преобразован.

Интенсивность каждого пиксела на ЭЛТ управляется содержимым соответсвующих пикселов в буфере кадра. Двоичное число, полученное из буфера кадра, интерпретируется как уровень интенсивности между 0 и 2^N-1. С помощью ЦАП это число преобразуется в напряжение между 0 (темный экран) и 2^N-1 (максимальная интенсивность свечения). Очевидно, что всего можно получить 2^N уровней интенсивности, и расширение диапазона одновременно доступных цветов или полутонов серого может быть лишь получено путем увеличения разрядности слова, кодирующего состояние пиксела.

11.1.3 Таблица цветов (палитра)

Число доступных уровней интенсивности можно увеличить, воспользовавшись таблицей цветов, или, как ее еще называют, палитрой. После считывания из буфера кадра получившееся число используется как индекс в таблице цветов. В этой таблице должно содержаться 2^N элементов. Каждый ее элемент может содержать W бит, причем W может быть больше N. В последнем случае можно получить 2^W значений интенсивности, но одновременно могуть быть доступны лишь 2^N из них. Для получения на экране других значений интенсивности палитру следует изменить (перезагрузить).

Поскольку существует три основных цвета, линейная комбинация которых позволяет получить все остальные цвета, то можно реализовать простой "цветной" буфер кадра, разбив слово таблицы цветов на три равные части по M бит. Каждая из этих трех частей будет задавать интенсивность одного из основных цветов. Таким образом можно получить 2^N цветов из (2^M)^3, возможных, т.е. при M=4 (2^4)^3 = 4096 цветов, а при М=8 уже 16777216, что намного превосходит возможности глаза человека, различаюшего не более нескольких тысяч оттенков.

Глава 11.2. Битовые карты

Если разрядность слова, кодирующего состояние пиксела в буфере кадра растрового графического дисплея, равна 1, и эти пикселы расположены друг за другом в слове памяти процессора, то такого рода буфер кадра называют битовой плоскостью, или битовой картой (bitmap). Имея одну битовую плоскость, можно, очевидно, получить только "черно-белое" изображение. Для увеличения градаций "серой" шкалы или количества цветов нужно использовать несколько битовых плоскостей. При этом слово, кодирующее состояние пиксела на экране ЭЛТ, пакуется из соответствующих пикселов каждой из N используемых битовых плоскостей и интерпретируеся как уровень интенсивности между 0 и 2^N-1.

Таким образом, битовая карта представляет собой непрерывный участок памяти компьютера, интерпретируемой как один или несколько двумерных массивов битов определенного размера. Обычно размер памяти, занимаемой одной битовой строкой, выровнен по границе входного слова процессора. Количество необходимых при этом слов можно вычислить по простой формуле:

где W - ширина битовой плоскости, N - ширина слова процессора в битах.

Глава 11.3. Библиотеки определения

Для поддержки стандартной работы с графическими дисплеями и решения задач машинной графики, и тем самым облегчения переноса больших графических програмных систем, в ОС Excelsior имеется набор библиотек нижнего уровня, состоящий из модулей: defScreen, Screen - подержка работы с графическими устройствами отображения, defBMG, BMG - представление битовых карт, рисование на них графических примитивов и текста, defFont, Fonts - описание и работа с различного рода шрифтами. Этот набор по мере развития операционной системы и прикладного програмного обеспечения будет расширяться.

11.3.1. Модуль defBMG

В модуле defBMG (текст прилагается, см.11.5.1) вводятся два базовых типа, определяющих стадартное для всех библиотек нижнего уровня описание битовых карт.

В записи BMD - дескриптора битовой карты - обзначены поля W и H, определяющие ее горизонтальный и вертикальный размеры соответственно, WPL - количество слов памяти для одной битовой строки, массив layers содержит в себе базовые адреса битовых слоев, PATTERN - шаблон для рисования линий. Поля W, H, WPL, BASE и PATTERN используются графическими командами процессора. Поле mask - шаблон имеющихся слоев в данной битовой карте (что очень удобно). Тип BITMAP удобен для низкоуровневых прикладных библиотек графики.

11.3.2. Модуль defScreen

В данном модуле (текст прилагается, см. 11.5.2) вводятся базовыe типы для описания характеристик графических дисплеев, их особенностей, а также задаются коды стандартных команд для программ-драйверов этих устройств.

11.3.2.1. Представление экранов, тип операции, маска записи

Определим буфер кадра как двумерный массив размером ScrWidth-x-ScrHeight n-разрядных слов, кодирующих цвет точек экрана.

Тогда операция постановки точки с координатами (X,Y) цвета Color и маской записи Mask определяется так:

Эта формула, записанная в нестрогом виде, несколько проясняет смысл введенных выше понятий.

11.3.2.2. Область отсечения (Clip Rectangle)

Для удобства ограничения доступной к измению содержимого экрана области, а также для описания относительных координат, введем понятие "области отсечения", предварительно оговорив несколько моментов: область отсечения никогда не должна выходить за пределы экрана и ее линейные размеры должны быть сторого больше нуля.

Теперь все координаты будем отсчитывать относительно точки (0,0) области отсечения, а постановку на экран точки с координатами, выходящими за пределы области отсечения, игнорировать.

11.3.2.3. Описание прямоугольного блока

Для вышеописанной области отсечения, а также для для описания произвольных прямоугольных областей или блоков будет удобно следующее описание:

где x,y - соответсвенно горизонтальная и вертикальная координаты нижнего левого угла прямоугольника, а w,h – его ширина и высота.

11.3.2.4 Инструмент (Tool)

Для работы с содержимым экрана необходимо уметь задать цвет, которым мы хотим рисовать, тип операции над содержимым экрана и заданным цветом, и очень удобно иметь маску записи (см 11.1.1). Помимо этого необходимо уметь просто и удобно задать координаты и размер доступной для изменений области экрана, т.е. определить "область отсечения" (см. 11.3.2.2).

Так как весь этот "инструментaрий" необходимо постоянно иметь под рукой, логично было бы собрать его в один "ящик":

Описание полей:

11.3.2.5. Палитра (Palette)

Для удобного описания палитры (см. 11.1.3) введены два типа данных. COLOR - описывает соотношение интенсивностей основных цветов ( r - красный (rED), g - зеленый (gREEN), b - синий (bLUE)). PALETTE задает соответствие между кодом цвета, т.е. индексом в массиве, и соотношением основных цветов. Иными словами, определяет палитру цветов, одновременно доступных к изображению.

11.3.2.6 Описание Экрана

Поскольку физические экраны имеют различные характеристики, например: тип устройства, количество битов, кодирующих цвет пикселов, конкретную реализацию буфера кадра (bitmap, pelmap и т.д.), размеры области буфера кадра, отображемой на физическом экране дисплея, и ее текущее положение в кординатах буфера кадра, шаг его изменения по горизонтали и вертикали, текущую палитру, соотношение расстояний между элементами изображения по вертикали и горизонтали на физическом экране, все эти и некоторые другие параметры объединены в одном типе:

11.3.2.7. Управляющие коды для драйверов

Для стандартного общения с драйверами различных графических дисплеев в модуле описаны соответсвующие константы - управляющие коды:

11.3.3. Модуль defFonts

В данном модуле (текст прилагается, см.11.5.3) вводятся базовыe типы для описания характеристик шрифтов и их особенностей.

Здесь шрифтом мы называем набор графических представлений символов, расположенных в порядке, определенном стандартом КОИ-8, для отображения текстов на графическом экране. Для представленных битовыми матрицами шрифтов размеры знако-места не должны превышать 128x128 точек.

11.3.3.1. Дескриптор шрифта

Объявленный в модуле тип FNTD (FoNT Descriptor) есть запись, в которой хранятся все основные характеристики шрифта.

Поля W и H определяют максимальный размер знако-места для данного шрифта, bline и uline - положение базовой линии и линии подчеркивания относительно нижнего края знако-места.

+-------------------------+-- H-1
| *************** !       |
|   ****       ** !       |
|   ****        * !       |
|   ****    *     !       |
|   *********     !       |
|   ****    *     !       |
|   ****          !       |
|   ****          !       |
|   ****          !       |
|   ****          !       |
|-********--------!-------|-- 4  базовая линия
|                 !       |
|=================!=======|== 2  линия подчеркивания
|                 !       |
+-----------------!-------+-- 0
|<---------- W ---------->|
|<--propW^['F']-->|

В массиве, на который указывает значение поля propW, хранятся смещения от начала знако-места заданного символа ch до позиции печати следующего в строке. Поля rfe1, rfe2 и rfe3 зарезервированы для расширений, возможных при дальнейшем развитии графической поддержки в системе. Объяснение семантики остальных полей дескриптора можно встретить далее по тексту.

11.3.3.2. DCH-шрифты

В системе команд процессора КРОНОС 2.6 есть команда отображения символа с шириной и высотой, не превышающими 32 на битовые карты. Подробное описание команды можно найти в документации по системе команд процессора. Специально для этой графической команды в дескриптор шрифта введено поле BASE - указатель на начало непрерывной области памяти, где хранятся образы символов. При этом они имеют одинаковый размер и расположены ровно друг за другом.

BASE -----> +--------+
            |   0c   |
            +--------+
            |   1c   |
            +--------+
            |   2c   |
                :
                :
            |  376c  |
            +--------+ <-- BASE + ORD(377c) * H
            |  377c  |
            +--------+

Однако расстояния между символами при печати могут отличаться от ширины знако-места, но превосходить их. На это указывает отсутсвие в слове состояния шрифта state признака constW.

О том что вы имеете дело с DCH-шрифтом, говорит наличие признака dchar в слове состояния, и для этих шрифтов значение поля size равно высоте шрифта, умноженной на количество хранимых символов шрифта.

11.3.3.3. PACKED-шрифты

Для удобства хранения шрифтов большого размера предусмотрена возможность компактизации их содержимого, например, за счет того, что символы могут иметь одинаковое начертание, или быть неотображаемыми, т.е. не иметь своего битового образа. Для выделения подобного рода шрифтов в слове состояния выставляется признак packed, а также соответсвующим образом расписываются следующие поля поля дескриптора шрифта: указатели на массивы ширины и высоты хранимых образов - cellW и cellH, а также смещения этих образов по вертикали относительно нижнего края полного знако-места - charY, массив указателей на области памяти, занимаемых образами символов - bases. И если указатель в этом массиве равен NIL, то символ не имеет своего образа, например, по причине того, что не является отображаемым.

В случае пропорционального ненаклоненного шрифта смещение от начала знако-места заданного символа ch до позиции печати следующего в слове, хранящееся в массиве propW^[ch], равнo ширинe его знако-места ORD(cellW^[ch]).

                 |<-------->|<-- cellW^[l']
                 |          |
|<--cellW^['F']->|          |<--cellW^['y']-->|
+----------------+----------+-----------------+
| ************** | ******   |                 |
|   ****      ** |   ****   |                 |
|   ****       * |   ****   |                 |
|   ****   *     |   ****   |                 |
|   ********     |   ****   | *******    **** |
|   ****   *     |   ****   |   ****      *   |
|   ****         |   ****   |    ****    *    |
|   ****         |   ****   |     ****  *     |
|   ****         |   ****   |      *****      |
|   ****         |   ****   |       ***       |
|-*********------|-********-+--------*--------+
|                |          |       *         |
|================|==========|======*==========|
|                |          |   *****         |
+----------------+----------+-----------------+
+----------------+----------+-----------------+-+
|<-propW^['F']-->|          |<-- prop['y']--->|
                 |          |
                 |<-------->|<---prop['l']

Из рисунка становится ясно, что это утверждение не верно для наклонных шрифтов, выделяемых признаком ital.

                   |<------->|<--cellW^[l']
                   |         |
|<---cellW^['F']--->|        |<--cellW^['y']->|
+-------------------+--------+----------------+
|     **************|  ******|                |
|       ****      **|    ****|                |
|       ****       *|    ****|                |
|      ****   *    ||   **** |                |
|      ********    ||   **** | *******    ****|
|     ****   *     ||  ****  |  ****      *   |
|     ****         ||  ****  |   ****    *    |
|    ****          || ****   |   ****  *      |
|    ****          || ****   |    *****       |
|   ****           ||****    |    ***         |
|-*********------|-********-|------*--------|-+
|                |  |       ||    *         | |
|================|==|=====****==*===========|=|
|                |  |     |****             | |
+----------------|--------|-|+--------------|-+
|<-propW^['F']-->|        | |<--propW^['y']-->|
                 |        | |
                 |<-------->|<-----propW^['l']
                       -->| |<-----propX^['l']

В случае более плотной упаковки графических образов символов хранится только минимальный прямоугольник, охватывающий область значащих пикселов (на рисунке это прямоугольник размером ORD(cellW^["'"]) на ORD(cellH^["'"]) точек). При этом необходимое для корректного отображения символа смещение нижнего левого угла этого прямоугольника относительно базовой линии хранится в массиве, на который указывает поле charY в дескрипторе шрифта, и в слове состояния отсутствует признак constH.

      |<-->|<---cellW^['l']
---+--|----|-----------------+
^  |  |    | !               |
|  |--+****+-+---------------+----
|  |  ****** !               |  |
|  |  |***** !               | cellH^["'"]
|  |  |  **  !               |  |
|  |--+-*----+---------------+----
H  |  |      !               |  |
|  |  |      !               |  |
|  |  |      !               | charY^["'"]
|  |  |      !               |  |
|  |  |      !               |  |
|  |--|------!---------------|------- базовая линия
|  |  |      !               |  |
V  |  |      !               |  V
---+--|------!---------------+----
   |  |<------- W ---------->|
-->|  |<-------cellX^["'"]
   |<------->!<---- propW^["'"]

11.3.3.4. Дополнения

Остальные типы и константы, объявленные в модуле defFont, введены из соображений удобства написания прикладных программ, использующих работу со шрифтами.

Глава 11.4. Прикладные библиотеки

11.4.1 Модуль BMG (BitMap Graphics)

Mодуль BMG (текст прилагается, см.11.5.4) предназначен для поддержки графического вывода на битовые карты и содержит набор процедур нижнего уровня, представляющих собой достаточный базис для написания графических систем более высокого уровня.

Данная библиотека является "чистой" и пригодна для использования в многопроцессных системах.

11.4.1.1 Процедуры работы с блоками

Описанные ниже процедуры призваны оградить пользователя от лишних размышлений при копировании и других действиях с прямоугольными битовыми блоками.

Процедура cross вычисляет пересечение двух блоков blk0, blk1 и параметры результирующего прямоугольника пересечения заносит в дескриптор блока des. Если же пересечение пусто, то ширина и высота в des будут равны 0.

bblt (bIT bLOCK tRANSFER) - процедура пересылки битового блока-источника block из битовой карты sou в битовую карту des. При этом левый нижний угол блока попадает в точку с координатами x,y; блок в источнике sou клипируется в соответствии с stool, а в приемнике des в соответствии с dtool. Как и все графические операции, bblt выполняется с определенной модой опeрации, которая задается значением параметра dtool.mode.

11.4.1.2. Процедуры стирания и заполнения

Процедура erase предназначена для полной очистки слоев в битовой карте.

Эти процедуры заполняют с помощью заданного инструмента прямоугольную область block битовым шаблоном шириной w и высотой, определяемой по правилу:

(Размер pattern в словах)    DIV (ширина w, в словах)

(  (HIGH(pattern)+1) DIV ((w+31) DIV 32)  )

11.4.1.3. Процедуры рисования графических примитивов

Во всех нижеописанных процедурах bmd - указатель на битовую карту, где будет изображаться заданный примитив, tool - инструмент рисования.

Постановка точки.

Рисование отрезка прямой по координатам его концов.

Рисование отрезка штрих-пунктирной прямой по координатам его концов. Шаблон задается переменной r. При этом при последовательном рисовании двух линий, если начало второй лежит в конце первой, рисунок шаблона не нарушится, что обеспечивается возвращением соответствующего значения этой переменной.

Рисование прямоугольника и рамки по координатам их диагональных вершин.

Рисование дуги окружности с центром в точке (xc,yc) радиуса r, от луча [(xc,yc),(xa,ya)) к лучу [(xc,yc),(xb,yb)).

Рисование дуги окружности от точки (x0,y0) через (x1,y1) до точки (x2,y2).

Рисование окружности и круга: xc, yc - координаты центра, rad - радиус.

Рисование круглого кольца по координатам центра xc, yc, внутреннему и внешнему радиусам.

Эллипс и закрашенный эллипс: xc, yc - координаты центра; rx, ry - величины полуосей, параллельных осям X и Y соответственно.

Рисование ломаной линии, заданной набором точек. Первой в паре лежит координата по X, второй - координата по Y. Если в последовательности или массиве количество элементов нечетно, то последний элемент при рисовании не принимается во внимание.

Рисование закрашенного треугольника по координатам трех его вершин.

Содержимое прямоугольной области tool.clip сдвигается по горизонтали на расстояние x, по вертикали - на y. Направление сдвига задается знаком x (положительный - влево) и y (положительный - вниз). Освободившееся при этом место заполняется в соответствии с инструментом tool.

По координатам x и y и номеру слоя layer выдает адрес слова в памяти и битовое смещение в этом слове, соответствующее данной точке. Если указанный слой в bmd отсутствует, в adr возвращается NIL.

Отображают из строки str с позиции pos len символов шрифтом fnt. Процедура xwrite возвращает горизонтальную координату точки, следующей непосредственно за последней точкой выведенной строки.

Печатают значения параметров arg в формате, заданном в строке f. Процедура xwrite возвращает горизонтальную координату точки, следующей непосредственно за последней точкой выведенной строки.

Отображает символ ch из шрифта fnt в позиции (x,y).

Подсчитывает ширину области в пикселах, которую займет строка, отображенная шрифтом fnt, при печати значений параметров arg в формате, заданном в строке fmt.

Подсчитывает ширину области в пикселах, которую займет строка, отображенная шрифтом fnt, при печати значений параметров arg в формате, заданном в строке fmt.

Возвращает величину, на которую необходимо сместить печатаемую строку вправо, если требуется вписать эту строку в прямоугольник, ширина которого получена с помощью процедуры width, вызванной с теми же аргументами, что и margin.

11.4.2. Модуль Screen

Mодуль Screen (текст прилагается, см.11.5.5) предназначен для поддержки и стандартизации управления экранами.

11.4.2.1. Переменные "done", "error"

Значение переменной "done" говорит о том, была ли ошибка при исполнении операций с экраном, а "error" является индикантом последней произошедшей ошибки (см. описание модуля defErrors). Приведем в качестве примера способ выявления ошибки и один из многих способов реакции на него:

11.4.2.2 Процедуры управления

Модуль при инициализации открывает устройствo по его символическому имени взятому из параметра SCR окружения задачи; если это удалось, производится его захват, закрывается для других задач доступ к нему; дескриптор экрана помещается в переменную state модуля. По окончании задачи устройство освобождается. Если открыть устройство не удалось, переменные done и error примут соответствующие значения.

Данные процедуры производят установку (если устройство располагает такой возможностью) координат левого нижнего угла видимой области экрана (Left Down Corner of visible area) по горизонтали и вертикали соответственно.

Записывает len цветов в аппаратную палитру устройства, заданного дескриптором scr, начиная с цвета с номером from по образцу, заданному в переменной "p".

Если когда-нибудь кто-нибудь будет иметь устройство с какими-нибудь возможностями, не отраженными в данном модуле, то именно эта процедура даст возможность использовать их полностью.

Глава 11.5. Тексты определяющих модулей библиотек

11.5.1. Текст библиотеки defBMG

11.5.2. Текст библиотеки defScreen

11.5.3. Текст библиотеки defFont

11.5.4. Текст библиотеки BMG

11.5.5. Текст библиотеки Screen

11.5.6. Текст библиотеки Fonts

Часть 12. Подсистема Windows

Предисловие соавтора

Эта часть будет настолько сильно изменяться, что можно рассматривать ее как проект (или сигнальный вариант) описания подсистемы окон. Необходимость в таком варианте возникла хотя бы потому, что читатель не имеет иной возможности ознакомиться с текстами библиотек и комментариями к ним.

Начало работе с окнами положил Д.Кузнецов (Leo), его перу принадлежат библиотеки pmPUP, pmWnd, pmWM. Продолжил тему А.Никитин (Nick), он соавтор библиотеки Wnd, являющейся естественным развитием библиотеки pmWnd. Предполагается, что в скором времени он завершит работу над presentation manager, базирующимся на библиотеке Wnd.

12.1. Текст библиотеки pmPUP

Это было самое начало работы с окнами. Здесь реализованы так называемые POPUP-окна (окна, образующие стек - в фиксированный момент времени доступно только верхнее окно для изменения информации в нем) и операции над ними, позволяющие использовать библиотеку для изготовления Presentation Manager. Рекомедуется использовать их, если требуется не очень большое количество окон и не требуется двигать их по экрану – это будет быстро.

NOTES:

1. "*dispose" never change "done" & "error" by itself!
2. "*blocks" defined only after first "*open" or "*select"

By default PM used last (leftmost or higest) 2 planes on dispay. Application may orevride this by calling "setplanes".

PM not changed screen palette, till he is asked about it by calling "setcolors". The last one set 4 gradations of grey (if it possible) for current plane combination used for colors black, shadow, normal & bright.

Changes default font for printing text in PM.

Be carefull! Current "font" linked with any "new" popup, menu, roller, direx and will be used with it as long as this object exist.

Application may push and pop fonts freely, but it will not dispose appropriate font before all object referenced to it disposed!

Changes current timeout time (in miliseconds).

This timeout will be actual for all procedures waiting mouse or keyboard input (such as "wait", "message", "perror", "select" and so on) until next push or pop call will be executed.

To prevent timeout waiting execute call "pushtimeout(-1)" or "pushtimeout(MAX(INTEGER))" (realy it will be timeout for 24 days and nights).

Application may determine that "timeout" condition was occured by testing PM.time<=0!

Both procedures set "done"=FALSE only when it's impossible to open appropriate window or parameters is bad. "done"=TRUE at least human press ESC or timeout happens.

Window opened or closed?

returns TRUE of FALSE; never change "done", "error".
returns TRUE for bad POPUP object.

12.2. Текст библиотеки pmWnd

Библиотека реализует механизмы работы с топологией окон и базовый набор графических примитивов над ними.

12.3. Текст библиотеки pmWM

В интерактивных графических системах возникает необходимость в непосредственном управлении топологией оконной структуры. Библиотека реализует возможности: передвижение окон, изменение их размеров, тасование окон, добавление пользователем новых операций над окнами и связанными с ними структурами данных.

12.4. Текст библиотеки Wnd