DOS程式員參考手冊[1]

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第一部分DOS概述
             第1章DOS簡介
      在進一步閱讀本書之前，首先要清楚什麼是DOS。本章首先扼要地介紹DOS操作系
統，再簡短地介紹作業系統的曆史，以說明DOS產生的曆史淵源。本章的內容還將涉及
DOS結構及介面。因為這是一個非常粗略的介紹，所以不要關注一些尚不清楚的術語，因
為在本章之後的其它各章還會對其進行更詳細的解釋。
                    1．1  什麼是DOS
      DOS由四個基本模組組成：
      ·引導記錄（The boot record）此記錄起始於每個磁碟的0道、0扇區、第1面上，
        是由DOS FORMAT命令格式化磁碟時放入的。對於硬碟，引導記錄位於DOS分
        區的第一個扇區內。這個需要一個扇區空間的記錄，標識了該磁碟，並含有用於引
        導該磁碟的初始化程式。
        · BIOS 基本輸入／輸出系統（BIOS）是存放在ROM中的。這個面向物理裝置的
        低層介面，使得各種軟體可以透明地使用各種變幻莫測的硬體裝置。對於DOS它
        也通過從磁碟中調入I／O來擴充其功能。
      · DOS程式    DOS是通過兩個程式來實現的。一個是O／I系統，它是從磁碟中調
        入的介面模組，用來擴充ROM BIOS的功能，並包含有標準的裝置驅動程式集。
        另一個檔案是磁碟作業系統（DOS），它是一個所有運行在電腦上的程式的高層
        介面，而不管該程式是否使用磁碟。
      ·命令處理常式（The command processor）大多數人認為該模組即是DOS。命令
        處理常式是人們工作在該系統下運行DOS服務的標準介面，它產生命令提示字元
        （C＞），接收命令，並執行使用者向系統請求執行的各項任務。
      各個模組將在第2章“DOS系統結構”和第3章“動態DOS” 中詳細介紹。然而我們
在這裡還是作些基本的介紹。
      BIOS提供了一系列功能，程式員可以利用這些功能來完成各種操作而不必關心底層
硬體的細節。在本書中，我們將利用BIOS來執行各種執行個體程式裡的必需操作。在本書第
五部分“參考手冊”中，按順序詳細介紹了BIOS中每個功能的作用。
      雖然BIOS功能非常強，但它離完整性還差得很遠。建立在BIOS基礎上的DOS平
台，為編程者提供了很多必要的服務。在通用的作業系統（如DOS）成為現實之前的早期

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 個人電腦上，程式員所寫的程式中，常常包含有與DOS功能等同的內容。因此，跟蹤應
用程式的過程，也是非常複雜和可怕的。
      由於DOS功能的編程已由Microsoft（和其它廠商）完成，DOS已成為讀者在程式開
發中的夥伴。雖然不能認為DOS中的一切都工作得非常正確而不會出錯，但可以假定
DOS是堅實的（除非有其它已證實的理由）。第五部分則包含了各種DOS功能的一項一
項詳細介紹。
                      1．2 DOS的曆史
      多少年以來，DOS一直被當作微電腦的最原始的作業系統。今天的DOS，所擁有
的使用者數比任何其它作業系統要多得多。它已變得非常複雜，是一個帶有各種工具和應用
程式來滿足各種需要的作業環境。
      DOS富有遠見卓識之處就在於，它能處理各種複雜的微處理器的複雜特性，如80386
和80486等。將來的DOS版本，甚至可以處理多任務，支援多使用者，儘管Microsoft公司還
沒有明確地提供這方面的資訊。一些人可能會對此心存疑問，特別是出現了新一代操作系
統—Windows和Windows NT之後。
      DOS首先是由Seattle Computer Products公司為其電腦將86—DOS第一次註冊的。
DOS的最原始程式是由Tim Paterson編寫的。它開始於1980年8月，第一個產品誕生於
該年的8月。那時，Digited Research的CP／M作業系統在微機作業系統領域有著廣泛的
應用。86－DOS的一個特殊設計是CP／M的應用程式很容易轉換過來，它保留了同樣的文
件控制塊結構和功能，因此，可以自動地將CP／M的程式轉換到86—DOS上。
      因為86-DOS只能工作在1980年剛上市的8086/8088 CPU晶片上，所以很少有人知
道它的存在。但那些已經從8位的8088/Z80標準和CP／M系統升級到s-100系統的人
們，已經出現了86-DOS的用途，同時，Seattle Computer Products公司也已建立了擁有幾
個多客戶的市場基礎，其中至少還包括一兩個硬體製造廣商，與此同時，Microsoft公司也
在與SCP公司接觸，要他們為一個未知的公司研製一個新的版本。而在當時，沒有人（除
Microsoft公司外）知道，IBM也在尋找一種作業系統。在1981年1月，Paterson知道了那
個客戶的名字，並且Microsoft公司已經將從86-DOS分離出的版本註冊在他們自己的名
下，那年4月，Paterson離開了Seattle Computer Products公司，加盟到了Microsoft，以後
幾個月，他按照IBM的需要，進一步裁剪了該系統。
      在1981年7月，Microsoft從Seattle Computer Products公司那裡，以相當低的價錢
（少於10萬美元）購買了86－DOS的全部著作權。以後，SCP公司對此交易提出過起訴，最後
法院判決Microsoft支付了數百萬美元的補償。其結果是Microsoft公司毫無異議地永遠
擁有了最流行的作業系統的著作權。
      當1981年8月10日IBM發布PC時，Microsoft同時準備了MS-DOS 1．0（對於IBM
機器為Personal Computer DOS，並非PC DOS，IBM從來不接受PC DOS這個福士化的術
語，以後IBM版本也都簡稱為DOS。）
      Paterson在1982年結束了直接參与DOS工作的生涯，但他仍活躍在PC舞台上，最

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  近他作為各種派生的BIOS的專家，在Phoenix Technologies公司擔任顧問。
      在PC原始版本發布後，DOS在一些市場中還沒有成為主流。 IBM還選擇了CP／M-
86和Softech的P-system作為PC的可選系統。然而，賣主很少代理這些產品，也很少有
可以在這些作業系統上使用的開發語言。此時，Microsoft已經在程式設計語言方面也獲得了
良好聲譽。IBM用DOS發布自己的軟體，開發人員就迅速撿起這個從未停止過轉動的球，開
發出了新的功能。 CP／M－86和P－system也從來沒有脫離PC市場，它也一直在參與著市
場的競爭。
      DOS已經正式修改過很多次（並且一直還有許多版本並非是為通用系統而設計的），
儘管每次發展總包含一些改進和錯誤校正，但實際上每次版本都對應著一些硬體的改變
—其中的一種就是磁碟格式和容量的改變。
      表1．1列出了正式公布的主要DOS版本（按日期）和主要的改進。本表中還未包含那
些非主流的版本。
                                      表1．1 DOS的各種版本
版本       日期                 硬體或作業系統上的更新
86-DOS    1980．8      Seattle Computer Products的版本（1980年4月開始設計，
                          作者Tim Paterson）。
1．0       1981．8        原始PC機，單面磁碟
1．1      1982．3        雙面磁碟，日期時間印記
1．25     1982．3        第一個OEM版本（ZDOS），增加了VERIFY。
2．0       1983．3      PCXT，包括硬碟。
2．1      1983．10     IBM PCjr和攜帶型PC。
3．0      1984.8      PC AT，包括高密度磁碟。
3．1       1985．3        網路。
3．2      1985．12      擴充支援新的介質。
3．3      1987．4        支援PS／2。
4．0      1988．6        支援大於32M的硬碟。 EMS記憶體效能的整合支援。
5．0      1991．6        支援XMS，高位記憶體塊（UMB）和HMA。
6．0      1993．3        支援磁碟的壓縮，片段去除，改進的CONFIG.SYS結構，
                          防病毒產品。
      綜合表1．1可以看出，每個新DOS版本的效能提高和其所需的記憶體量總是相對應
的。DOSV1.0可存在於16K記憶體之下，原始的IBMPC只允許使用64K記憶體。版本2至
少需要24K記憶體（如果安裝裝置驅動程式的話，還需要更多的記憶體）。任何可用的程式至
少需要128K的最小記憶體。作為版本3，DOS需要36K記憶體（如果安裝裝置驅動程式和文
件外殼的話，所需更多），機器如果少於512K記憶體幾乎不能使用了。對於版本4, 512K變
成必需的記憶體，並且640K以上記憶體（擴充記憶體和擴充記憶體，詳見第2章）利用變成了現
實。因為記憶體緊張，DOS5．0提供了將DOS調入高位記憶體的方法，這樣，它看上去便比
DOS 4少用了傳統的常規記憶體，但它使用了更多的高記憶體區。最後，DOS6是一個最強大
的DOS版本，但它提供了一個改進的記憶體管理方法，使得已經安裝的記憶體能發揮出最大

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 的效益。
      讓我們瞭解一下每個DOS版本所包含的改變之處。在這本書中，我們有一些約定，如
V1，表示的是版本1，但也包括V1的子版本；而v1．n表示v1版本的子版本n。
1．2．1 1.0版             ·
      DOS V1.0是支援PC的最原始系統。它支援基本的單面、8個扇區（8-sector磁碟格
式，並且提供了所有基本的磁碟服務。主要的改變（相對cp／M而言）是，它包括了支援磁
盤目錄結構、管理檔案屬性及檔案大小的功能。版本1．0還加入了比原始86-DOS改進的
磁碟分配和管理功能，更好的作業系統服務程式以及啟動初始化時執行AUTOEXEC
.BAT批次檔的功能。IBM只是向生產廠家發放此版本。有趣的是，這個DOS版本沒
有包括檔案的日期和時間印記，這也是它和以後DOS版本的一個主要區別。
1．2．2 1．1版
      在版本V1．1（最後一個只屬於IBM的版本），加入了日期、時間印記，並且加入了支
持雙面磁碟的驅動程式，還有一些錯誤更正。它發佈於1982年3月。
1．2．3 1．25版
    · V1．25是第一個非IBM的而由原始裝置製造廠商（OEM）發布的版本。（版本號碼從
1．1跳到1．25對應了IBM版本號碼和Tim Paterson個人修訂控制系統版本的不同，IBM
V1.1就是眾所周知的版本V1.24）。在這個版本中加入了VERIFY功能，即加入00h作為
目錄結束標誌位元組（IBM的版本到2.0才出現了該功能）。
      V1離統一的標準還差得很遠；Microsoft不直接向終端使用者銷售該產品，而是授權給
OEM廠商，由它們任意修改，甚至可以更名（例如Heath-Zenith公司在1982年3月，將它
改為ZDOS，成為第一個非IBM使用的DOS）。
1．2.4  2.0版
      在DOS V2.0中，增加了支援雙面和單面9扇區格式的磁碟片、硬碟和在pcjr下使用
磁帶的功能。 DOS的服務程式也大大改善了。這個版本還加入了類似UNIX的分層式結
構的檔案系統。下面列出了DOS V2.0中的一些主要改進之處：
        ·檔案控制代碼
        ·I／O重新導向
        ·管道
        ·篩選程式（或稱為濾符程式）
        ·假離線列印
        ·磁碟卷標
        ·擴充的檔案屬性
        ·系統設定檔
        ·程式環境塊維護

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        ·ANSI顯示驅動程式
        ·程式記憶體的動態控制
        ·支援使用者自訂的命令處理常式
        ·國際化支援
      和V1一樣，V2也授權給做了改變的OEM廠商。在這個時候，大多數OEM廠商知
道為了市場因素，要接近或全部和IBM的機器相容，因此，改變就很小。一些公司像
Tandy公司的2000型號（它是第一個使用MS-DOS V2．0的機器），是到目前為止修改
DOS最多的廠家，在其BIOS中提供雙重的向量來和IBM BIOS保持相容。
      在版本2中，版本相同，但來自不同的OEM廠商的不同版本還可以發現一些不同之
處。幾乎所有V2版本都存在這種情況。
1．2．5 2．1版
      在2．1版中，只增加了對時鐘的改變，以便更加適合於IBM的PC杠和攜帶型PC機
的需要。 MS-DOS的這一版本，如已知的2．11版，現僅在少量機器上出現過，如東芝的
攜帶型組合裝置，就已經將V2．11固化於ROM中。
1.2．6 3．0版
      DOS V3.0是為IBM個人電腦（Personal Computer）AT（PC／AT）提供的早期版本。
這個版本增加了支援高密度（1．2M）磁碟片和附加的硬碟格式，增加了支援網路磁碟功能的
技術基礎，下面列出了主要的新特性：
.應用程式控制的假離線列印
        .擴充的錯誤報表
        .建議的錯誤恢複碼
        .檔案的記錄鎖定支援
      儘管IBM和Microsoft版本到今天還有些不同，但V3的公布標誌著OEM廠商自由
更改DOS結構的結束。例如，對於IBM，它提供的支援公用程式都作為COM檔案，而Mi-
crosoft則是以EXE格式來支援，而在眾多的編碼中，則很少有明顯的區別。
      然而，對網路操作支援，就非常有必要在DOS結構上，特別是在內部資料格式上執行
嚴格的統一標準，OEM合約也按照這個要求進行了修改。從這個時候開始，DOS的關鍵
部分基本上穩定了下來，這使得以前沒有支援的開發人員，現在有了技術上的支援，開發就
變得容易了。
1．2．7 3．1版
      DOS 3．1增加了網路磁碟，包括支援檔案分享權限設定，並修正了一些錯誤。這個版本在一段
時間內，已經成為銷售商的標準。
1．2.8  3．2版
      3.2版增加了支援3．5英寸磁碟片的功能。它還將格式化控制整合到外圍裝置驅動程

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 序中。3.2版是Microsoft以其自己的名字出售給終端使用者的第一個版本。
1．2．9 3．3版
      在DOS3．3中，增加了兩個新的使用者命令（ULSFUNC和FASTOPEN）和兩個新的
功能，升級了很多其它服務程式，裝置支援也覆蓋到了IBM PS/2系列。該版本有影響的
地方是，DOS的管理和開發工作，從Microsoft轉到了IBM，以解放Microsoft，使之專心致
致地開發iBM的OS／2來源程式（作為交易的一部分，IBM把自己的OS／2開發權轉讓給了
Microsoft）。兩個公司都繼續公布和支援其特有的產品版本。
1．2．10 4．0版
      在DOS 4．0版本中，擴充了很多使用者命令，增加了許多功能，並且指出了圖形使用者外
殼程式。然而，最主要的改變是增加了支援超過32M容量的硬碟，並且將擴充記憶體
（expanded memory）驅動程式作為DOS的一個標準部分。（這些特性在那時已被作為附加
的可選部分。）
      兩個月以後，IBM發布了升級的版本4．0—在磁碟卷標上標識為V4．01—該版
本更正了一些錯誤，而VER命令仍然標識該版本為4．0，只有通過查看兩個隱含檔案和
SHARE.EXE檔案的日期和時間區分這兩個版本。4．01版所標明的日期為08/03/88或
更晚，而4.0版的日期06/17/88。 Microsoft延遲一段時間後，也發布了它自己的4.0版，
其4．0版等效於IBM的4．01版。過了不久，Microsoft又發布了進一步修正其錯誤的4．01
版本。
1．2．11 5．0版
      在DOS5.0版中，增加了支援擴充記憶體（extended memory）的功能，改進了很多使用者
命令，增加了一些新的使用者命令，主要的有UNDELETE、UNFORMAT、MIRROR以及鼠
標響應，全螢幕文字編輯器等，增加了在外殼程式中支援的任務切換器API（應用程式接
口）。 DOS核心已重新構造，第一次使得DOS減少了空間。另外，DOS現在可以運行在
ROM中。只有使用SHARE命令才能安全地支援超過32M DOS分區的要求，也已不再是
必要的了。
      從DOS 3．3以後，DOS V5.0是第一個真正由Microsoft更改的DOS版本。Microsoft
支援的V4.0版是IBM DOSV4.0逆向工程的結果。
1.2．12 6．0版
      DOS 6．0版在1993年3月發布。主要改變在於為作業系統增加了很多公用程式。例
如，新增加了如下幾個很有用的公用程式：
        · Anti- Virus Protection（防防毒保護）這個公用程式可運行在DOS和Windows
      下，保護系統免受已知病毒的侵犯。 Anti-Virus也可增加新病毒的有關資訊。
        · Deleted file recovery（刪除檔案恢複）這個公用程式可以恢複被誤刪除的文
      件。與第三方產品不同的是，UNDELETE為使用者提供了三個層次的安全服務。

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  · Disk doubling（磁碟壓縮）這個公用程式調用DBLSPaCE來壓縮磁碟檔案，
      在使用壓縮過的檔案時，又對其解壓縮。
      · File backup（檔案備份）  該公用程式是經過改進的Backup，由菜單驅動，該實
      用程式可將硬碟資料拷到磁碟片做備份工作。在DOS和Windows下都可以運行。
      ·改進的記憶體管理  MEMMAKER是通過修改CONFIG.SYS和AUTOEXEC
      ．BAT檔案來最佳化使用記憶體的公用程式。
      另外，其它一些DOS公用程式也做了改進。CONFIG.SYS檔案結構也被改成可以有
多個啟動序列。例如，可以有一個特殊的配置用於支援使用CD-ROM，另一個配置用於支
持磁帶驅動程式。 DOS在每次啟動時便會詢問使用者選擇哪一個啟動序列。
1．2．13未來展望
      對程式員來說，DOS繼續發展，將使新的服務和選項成為可能。像Microsoft Windows
和DESQview這樣的視窗環境的出現，已經為還在DOS層次編程的程式員提供了新的更
複雜的服務功能。每增加一個新的服務，就可能使更多的機器硬體代碼從程式中隱去，同
時又為使用者創造了新的功能。這種不斷增加的新功能，會導致犧牲程式的運行速度和響應
速度，而造成了太高的代價。但是，隨著處理器速度的加快，對低層次進行的編程需求在不
斷地減少。應用程式將主要使用DOS的服務和它的類似物。只有系統級的程式員才需要
工作在DOS內部，Windows或DESQView將不必擔心去直接存取機器和它的服務。這就
是未來技術發展的趨勢。
                      1．3 DOS的結構
      因為本書的目的是深入地探討DOS和PC系統，因此，應注意到系統的分層功能。圖
1．1將有助於你理解這種層次的結構。
                                      圖1．1系統層次圖
    設計整個DOS/PC系統的基本思想是一種“系統套系統”的設計途徑。在系統的底
層，是從電子電路開始的。例如，正是帶有一定功能和特點的電路（稱為電腦）實現了

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    裝置。
      BIOS又用嚴格定義的功能和特性與此電路層組合成一體，形成了一個新的，“電腦
系統”。BIOS層是通過具備了標準屬性的裝置來描述其特性的。不管使用的是何種顯示
器，也不管購買了何種鍵盤，BIOS都認為它們的響應是相同的。總之，所有BIOS的這些
特性，使得它有能力支援一個編程環境。在這個環境中，人們開發出了DOS。為使DOS和
各種廠家標準的BIOS之間的介面標準化，DOS設計者引入了一個緩衝層，使用者通過它
來調用I／O系統。它經常被認為是BIOS的一部分。然而，由於此I／O系統層是從磁碟裝
入的，它是DOS系統的一部分（並且會在需要時進行修改，以滿足DOS的要求），技術上，
應將它看作是DOS整體的組成部分，因為它們之間的關係比它與BIOS之間的關係更密
    切。
      DOS環境仍定義的是一個電腦系統，但它是在一個更高層次上。可以管理檔案和
檔案系統的語言在這個層次上被引入，語言就像是基於此裝置一樣。在這個層次，DOS在
標準化的環境中整合了使用者所需要操作的特性。例如，不管使用的是Toshiba的還是
Maxtor的磁碟，系統都將同樣地對待它們。對在DOS上工作的程式，詳細的低層情況就
    不重要了。
      在下個層次（命令處理器）上，是另一個以與裝置無關，但能與裝置互動為標誌的計算
機系統，在這個層次上，可以將裝置和檔案按相同的方式處理，儘管DOS是按順序執行
的，但在命令處理器層，可以將結果直接輸出到檔案（正常情況下，是輸出到螢幕）。在這裡
    不必考慮各裝置速度的差異和各裝置之間的不同之處。
      再上一層是由應用程式定義的電腦系統。因為這個系統是面向使用者而不是面向程
    序員的，所以這個介面更加簡單。現在的“電腦語言”是由菜單選擇和視窗組成的。這一
層，和其它層一樣，也是建立在下一層次之上的。
      當閱讀本書或按個人的愛好，跳過這些層次工作時，要留意跳過部分系統層次的得和
失。因為DOS是建立在BIOS程式之上的，因此程式越過DOS 環境而直接到BIOS，能影
響到DOS工作的方式。例如，你可以在BIOS層用磁碟讀和寫功能來寫一個自己的檔案
處理常式。但如果這樣做，也許得花整年的時間來做和DOS一樣的工作。反之，你也可以
只停留在頂層，但更低的層次卻可以讓你的程式提高運行速度。這是一個複雜性與速度的
交替過程，如何選擇，全在於程式員自己。
                  1．4 DOS的程式員介面
      在進階語言工作的程式員，習慣於工作在預定義的功能上。在BASIC中，所有功能
（PRINT和INPUT）都是在語言中定義的，Pascal同樣也定義了可以使用的各種標準功
能函數。C和c＋＋編譯器帶來了一個標準的庫函數集合。對大多數人來說，這些功能便
代表了此語言的功能。事實上，在BASIC、c/c＋＋和Pascal中提供的功能是基於更低層
次的DOS和BIOS功能的。語言的功能以標準的方式被寫成對該服務所需的處理過程。
在一些情況下，語言的功能被定義成和國家或國際標準相容的功能。然而，要完成該功能，
必須將其直接對應於DOS、BIOS或硬體裝置。

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  通常，在進階語言功能層之下的功能領域是受保護的。因為進階語言功能是為很多不
能讓“編程方式脫離紙袋”的人們通常使用而設計的。這些功能必須提供錯誤偵測和綜合
情況的控制。綜合是一個緩慢的過程，因此就不得不犧牲速度。如果花時間學習的話，DOS
和BIOS服務程式可以在任何語言中被直接調用。
    軟體中斷是使用DOS和BIOS服務程式的一種手段。（第11章“中斷處理”將討論中
斷。）在前文中，軟體中斷被作為進階語言的子程式來調用。要設定所有參數並可得到結
果。但是如果沒有純熟的使用進階語言功能的方法，就很可能陷入困境。
      如果進入上述的進階語言功能，則得到的不光是它的錯誤偵測，控制能力和標準庫的
可靠性，還可以得到的另一個優越之處，是它的可移植性。用標準的Microsoft C或Turbo
C所編寫的C程式經常只需要經過一些小改動，就可直接用在UNIX系統中。 DOS和
BIOS功能就不行，但是可以建立自己所需的錯誤偵測和控制，而不需要像Microsoft或
Borland公司程式員要考慮的那樣，要適合整個市場的要求。
走進DOS和BIOS層，將得到控制的深度和程式的速度，代價（一些很小的額外的編
程量）是很小的。要想達到可能的最高速度，就需要直接存取硬體裝置。這樣的操作常用
在像螢幕顯示器和串列口這樣的裝置上，而很少或不用在象磁碟這樣的裝置上。
      通常，對一個運行可靠、但速度較慢的程式，可以通過進行在低層次重新編寫關鍵模
塊或通過改變程式演算法來加快程式的運行。在這本書中，將提供在各個編程層次的工作的
正反兩方面的內容。由使用者來決定哪個更合適於自己的應用。但是，按照一般規則，總
是先工作在儘可能高的層次上。當運行程式時，就很容易發現錯誤。如果進入低層，很多
細微的錯誤就很難發現。
                        1．5小    結
      IBM相容系列電腦已經構造好了強大的BIOS和DOS功能。 BIOS向外部世界提
供了低層介面；DOS提供高層次的服務功能來增強電腦程式的能力。和世界上大多數
作業系統一樣，每一個成功的DOS版本都為電腦應用建立了一個穩固的基礎。
      怎樣開發程式，使用什麼語言，使用BIOS或DOS服務程式等等之類的選擇，主要是
由編程的需要來決定的。對所做的編程方式的選擇，一定要綜合地權衡各種方式的得與
失。根據所考慮的選擇方式和採取的各種策略，便能找出最適合於使用者的電腦系統工
作的方式（而不是讓它礙手礙腳）。本書的寫作宗旨就是基於這樣的想法：積累使用者的編
程經驗，使它能充分地發揮出電腦的威力。
      在第2章裡，我們將討論DOS的結構，更貼近地探究一下這個DOS建立於其上的軟
件基礎，並看看它與所開發程式之間的關係。我們還將討論到，作為一個程式員，如何在
DOS環境下，利用各種工具、資源和構件，構造出靈活舒適的軟體大廈。