Понятие файла. Файловый принцип хранения данных. Операции с файлами. Типы файлов. Принципы хранения информации в памяти компьютера

Принципы хранения информации в компьютере

Вся информация в компьютере хранится на внешних несъемных или сменных носителях. Обычно это накопители на магнитных, оптических и магнитооптических дисках. Как можно найти любого человека по адресу его проживания, так можно найти любую информацию на дисках компьютера, используя для этого специально созданную адресную структуру хранения – файловую систему ОС. Каждая операционная система имеет свою файловую систему.

Внешние накопители на дисках, как и любые устройства компьютера, имеют свои физические номера . Так, активный жесткий магнитный диск, с которого загружается операционная система, всегда имеет номер 80h . На логическом же уровне пользователю удобнее работать с именами, поэтому накопителям на дисках присваиваются имена в виде букв латинского алфавита с двоеточием. Принято дисководы съемных магнитных дисков (дискет ) обозначать именами А: и В: . Жестким несъемным дискам (винчестерам ) присваивают имена, начиная с имени С:. Часто общее физическое пространство винчестера с помощью специальных программ делят на отдельные области – разделы. Это аналогично строительству складов на площади, до того лишь отведенной под них. В зависимости от назначения разделы могут быть основными (primary ) и дополнительными (extended ), а также активными (active ), системными (system ) и загрузочными (boot ). Деление жесткого диска на разделы может быть вызвано одной из следующих причин:

· в настоящее время объемы жестких дисков достигают нескольких десятков Гбайт и не все операционные системы могут работать с дисками большой емкости;

· желанием обеспечить защиту части информации, предоставляемую, например, операционной системой Windows NT . Эту информацию необходимо поместить в один из разделов с файловой структурой NTFS ;

· пользователю удобнее и проще работать, если разместить отдельные группы однотипной информации в разных разделах, чем всю ее хранить вместе.

Каждую такую область физического диска оформляют в виде логического диска (диска физически не существующего, а фиктивно созданного программным путем). Этим логическим дискам присваивают имена в виде букв, следующих за С:, то есть D:, E:, F:, G:,H: и т.д. Чтобы обратиться к тому или иному диску для записи или чтения информации, необходимо указать его имя (как при обращении к человеку). Диск, с которым в данный момент работает пользователь, называется текущим, или активным . Имя диска – высший уровень в системе адресации.

Информация на дисках записывается в файлы . Файл – это выделенная на диске или другом носителе область, имеющая имя. Имя файлу присваивает пользователь произвольно – по своему усмотрению. Как люди общаются между собой по именам, так и программы в компьютере обращаются к тому или иному файлу по имени. В файле может храниться различная однотипная информация. Это может быть графическое изображение или текст какого-либо документа, массив числовых данных или программа в машинных кодах, таблица расчета рентабельности предприятия или музыкальный сюжет. В последнее время появились файлы типа мультимедиа. В таком файле вперемешку хранится разнородная информация, например, видеокадры, музыкальные сюжеты и текст. Файл является еще одним уровнем системы адресации.

Файлы, относящиеся к какой-то проблеме или предназначенные для выполнения какой-то определенной работы, группируются и их имена и характеристики регистрируются в специальных таблицах или других структурах на диске – оглавлениях файлов – каталогах, или директориях . Создаваемые пользователями каталоги являются своеобразными файлами, поэтому им также присваивают имена и регистрируют в других каталогах. Имена им задает пользователь по своему усмотрению, но так, чтобы можно было по имени определить, какие файлы содержит данный каталог. Это будет третий из уровней системы адресации.

Таким образом, чтобы записать какой-то документ или программу на диск, необходимо, как почтовый адрес, указать путь : имя диска – имя каталога – имя файла, в который будет записываться информация. Аналогично и при чтении информации с диска.

Файлы.

Присвоение имен файлам и каталогам хотя и производится пользователем произвольно, однако зависит от используемой операционной системы. В MS-DOS и Windows 3.хх имена можно задавать, используя алфавит только латинского языка, причем длина имени не должна превышать восьми символов. Не разрешается в именах использовать символ пробела и знаки + : > ; “ < =. Строчные и прописные буквы воспринимаются одинаково.

Для того, чтобы подчеркнуть характер хранимой информации, файлу обычно присваивают тип или расширение имени. Присвоение типа осуществляет автоматически программа, в которой создавался файл. Тип или расширение файла может содержать не более трех символов из тех, что используются для имен и записывается вслед за именем через точку. Пробел после точки не допускается. Тип не обязателен и может отсутствовать. По типу файла легко определить его принадлежность. Например, PROG.PAS – легко догадаться, что файл с именем PROG хранит текст программы, написанный на языке программирования Паскаль. Часто имя файла и его расширение объединяют в одно понятие – полное имя файла. Примеры допустимых имен: START.BAT, MYFILE.DOC, GOD1995.TXT, P1.C, 123.BAS, HELP, PLAY_R.WAV. Примеры недопустимых имен файлов: 2>1.TXT (знак >), NINA+K (знак +), FORM 3.TXT (пробел перед цифрой 3), ОТЧЕТ. 98 (русские буквы).

Некоторые сочетания символов нельзя использовать в качестве имен файлов, так как операционная система резервирует их для обозначения системных устройств. К ним относятся:

PRN – имя принтера;

LPT1-LPT4 – устройства, подключаемые к параллельным портам 1-4;

CON – при вводе информации – это клавиатура, а при выводе – экран;

СOM1-COM4 – устройства, подключаемые к последовательным портам;

AUX – синоним порта СОМ1;

NUL – “пустое” устройство. Для него все операции ввода–вывода игнорируются, но программе сообщается, что ввод – вывод произошел успешно.

Файлы с такими именами операционная система просто не зарегистрирует . Иногда бывает очень удобно использовать имена системных устройств. Например, командой COPY легко можно вывести файл на принтер COPY PAP.TXT PRN или на экран COPY PAP.TXT CON , можно создать на диске файл с клавиатуры: COPY CON PAP.TXT . Вместе с тем, эти имена допустимы в качестве расширений файлов, например: TEST.PRN, 1A.CON . При создании файла или изменении его содержимого автоматически регистрируются дата и время по показаниям календаря и часов системы. Имя, тип, размер в байтах, дата и время создания файла фиксируются в каталоге и являются его характеристиками.

Во многих командах (копировать, удалить, распечатать и др.) для указания сразу нескольких файлов из одного каталога используются шаблоны, или обобщающие символы * и ?. Знак * обозначает любые допустимые для имен и расширений файлов символы, а знак ? обозначает любой одиночный символ. Примеры шаблонов:

I*.XLS – все файлы типа XLS , имеющие имена с буквы I;

*.ЕХЕ – все файлы с расширением ЕХЕ ;

*.??? – все файлы;

Р???.* – все файлы, имеющие имена с буквы Р не более 4-х символов.

Группу файлов из разных каталогов выделить нельзя.

Некоторые расширения имен файлов стандартизированы. Все файлы исполняемых программ имеют тип.СОМ или.ЕХЕ , файлы с расширением.ВАК содержат старые копии данных (такие файлы создают многие программы перед изменением их содержимого на случай ошибки, чтобы можно было восстановить хотя бы старую копию), расширение.ВАТ имеют так называемые командные файлы. Все инструментальные системы, а также и многие программы при создании текстов присваивают свои расширения файлам, хранящим эти тексты: .BAS – язык программирования Бейсик, .С – язык программирования Си, .PRG – многие системы управления базами данных, .PAS – язык программирования Паскаль, . DOC – текстовый редактор Word , . XLS – табличный процессор Excel и т.д.

Файлам всегда присваиваются атрибуты (признаки): “только для чтения” (R/O-read only ), “скрытый” (Hid-hidden ), “системный” (Sys-system ), “архивный” (Arc-archive ). Файлу может быть установлен один или несколько атрибутов одновременно. Назначение их таково:

· атрибут R/O запрещает файл корректировать, предохраняя его от случайных или преднамеренных изменений. В такой файл записать что-либо нельзя, удалить его средствами MS-DOS невозможно, а в Norton Commander или в Windows – удалить можно только после дополнительного подтверждения. Тем не менее, такой файл можно копировать и модифицировать его копию;

· атрибуты Hid / Sys используются в системных файлах – файлах, обеспечивающих работу системы. Эти файлы используют все пользователи. Средствами MS-DOS имена таких файлов вывести на экран невозможно, они в каталогах невидимы;

· атрибут Arc устанавливается при создании или изменении файла автоматически и сбрасывается программами резервного копирования (Backup ) для обозначения того, что копия файла уже помещена в архив. Если такой атрибут установлен файлу, это означает, что для него не было сделано резервной копии.

Ограничение длины имени файлов не очень удобно. Сокращенное имя, да еще из латинских символов быстро забывается. Пользователю приходится выводить файл на экран, чтобы посмотреть, что он содержит. В современных операционных системах Windows 95 и выше, OS/2 и Windows NT файлам и каталогам, наряду с короткими, разрешается присваивать имена длиной до 254 символов. Кроме допустимых в MS-DOS, можно использовать символы русского алфавита, пробелы, символы + , ; = . . Это позволяет файлам присваивать наглядные и понятные имена. Прописные и строчные буквы в таких именах файлов должны различаться, что обеспечивает удобочитаемость. Однако в одном и том же каталоге файлы с одинаковыми именами, отличающимися только регистром букв, недопустимы – они просто не будут зарегистрированы.. Примеры:

Реферат на тему: Реформы Петра I.doc

1234.5678.97531.dat

Отчет по лабораторной работе № 6 по физике.txt

Не рекомендуется длинные имена задавать более 60 70 символов, так как в них неудобно ориентироваться. Имя файла вместе с указанным путем доступа к нему (спецификацией ) не должно составлять более 260 символов, иначе файл, помещенный в глубоко вложенный каталог, некоторыми программами не будет найден. Наконец, если имя такого файла зарегистрировано в корневом каталоге, то оно резко сокращает его объем. При задании длинного имени файлу автоматически генерируется и записывается короткое имя для того, чтобы обеспечить возможность использования файла и при работе в MS-DOS.

Каталоги.

При интенсивной работе на компьютере число файлов быстро растет, и “следить за порядком” на диске становится все сложнее. Структурировать и упорядочить дисковое пространство позволяют каталоги файлов. Каталоги представляют собой простые таблицы или более сложные структуры в виде деревьев (Windows NT), то есть по-существу это тоже файлы. В MS-DOS каталог представляет таблицу, состоящую из строк по 32 байта каждая. Такая же структура каталогов создается на дискетах, независимо от операционной системы, а также во всех Windows, кроме Windows NT. В одной строке (позиции) может быть зарегистрирован один файл или каталог пользователя, который регистрируется как обыкновенный файл. Каталог напоминает районный паспортный стол, где каждый из нас (файлов) имеет регистрационную карточку (позицию каталога) с данными о проживании. При подготовке диска к работе (форматировании) создается главный, или корневой каталог – основа адресной структуры системы. Имя этого каталога состоит из одного символа \ и присваивается программой форматирования автоматически. Принципиальное отличие корневого каталога от пользовательских состоит в том, что данные о нем нигде не зарегистрированы, как об остальных каталогах (просто нет над ним структуры, где бы он мог зарегистрироваться). А раз нет о нем информации, то изменить имя корневого каталога или удалить каталог с диска невозможно. В отличие от каталога, создаваемого пользователем, который может занимать все дисковое пространство, количество позиций в корневом каталоге ограничено и зависит от объема диска. После форматирования все позиции корневого каталога пустые, так как при форматировании вся информация на диске уничтожается. По мере записи информации на диск, позиции занимаются информацией о файлах или пользовательских каталогах. На рис. 21 приведен фрагмент корневого каталога системного диска в MS-DOS, выведенный на экран в виде, формируемом утилитой Нортона NU.EXE .

Для долговременного хранения информации, её накопления и передачи используются носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной: бумага, фото и кинопленки для аналоговых носителей, микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски для информации в цифровой форме и т.д.

Носители информации характеризуются информационной ёмкостью. Современные микросхемы памяти могут хранить в 1см3 1010 битов информации, однако это во много раз меньше чем хранят молекулы ДНК. Однако если сравнивать с информационной емкостью традиционных носителей (книг), то прогресс очевиден.

Надежность и долговременность хранения информации

Надежность (устойчивость к повреждениям) достаточно высока у аналоговых носителей, повреждение которых приводит к потере информации только на поврежденном участке. Цифровые носители гораздо более чувствительны к повреждениям, т.к. потеря только одного байта может привести к невозможности прочитать весь файл. Именно поэтому необходимо соблюдать правила эксплуатации и хранения цифровых носителей информации.

Устройство компьютера

С точки зрения информатики компьютер -- это электронное устройство для ввода, хранения, обработки и передачи информации. Мы будем рассматривать только персональные компьютеры. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип опирается на шинный принцип обмена информацией между устройствами. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Шина представляет собой многопроводные линии, к которым подключаются процессор, оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации. Эти устройства обмениваются через шину информацией в форме электрических импульсов, которые соответствуют последовательностям нулей и единиц машинного кода. Шина данных -- собственно, набор контактов, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. По этой шине, например, прочитанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Выбор устройства или ячейки памяти, куда или откуда пересылаются данные по шине данных, производит процессор.

Существует понятие базовой конфигурации персонального компьютера, в которую входят:

• · Системный блок;
• · Монитор;
• · Клавиатура;
• · Мышь.

Рассмотрим элементы конфигурации персонального компьютера, точки зрения модульной структуры:

1. Системный блок

Системный блок представляет собой металлический корпус с блоком питания. В корпусе также располагается звуковой динамик. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называются внутренними, а подключаемые снаружи -- внешними.

• 1.1. Системная (материнская) плата (motherboard), на которой располагаются различные устройства, входящие в системный блок. Конструкция материнской платы позволяет каждому пользователю заменять вышедшие из строя или устаревшие элементы системного блока. На системной плате крепятся:
  • а) Процессор (CРU - Central Рrocessing Unit) -- большая интегральная схема на кристалле, которая называется большой по количеству включенных в нее элементов. Процессор выполняет логические и арифметические операции, осуществляет управление функционированием компьютера. Процессор характеризуется тактовой частотой. Такт -- это промежуток времени между началами двух последовательных импульсов, которые подаются специальной микросхемой -- генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. Тактовая частота -- это количество тактов в секунду. На выполнение процессором каждой базовой операции отводится определенное число тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет компьютер. Тактовая частота определяет быстродействие процессора и измеряется в Герцах (1с). Современные процессоры настолько быстры, что их частоты удобно измерять в ГГц (Гигагерцах). Другой характеристикой процессора является его разрядность. Разрядность - означает количество двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры. Наиболее известными изготовителями процессоров являются компании Intel и AMD.
  • б) Контроллеры - микросхемы, отвечающие за работу различных устройств компьютера (клавиатуры, HDD, FDD, мыши и т.д.). Сюда же отнесем и микросхему ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) в которой хранится ROM-BIOS.
  • в) Слоты (шины) - разъемы (ISA, РCI, SCSI, AGР и т.д.) под различные устройства (оперативная память, видеокарта и т.п.).
  • г) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM - Random Access Memory -- микросхемы, служащие для кратковременного запоминания промежуточных команд, значений вычислений, производимых CРU, а также других данных. Там же для повышения быстродействия хранятся исполняемые программы. Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов. Модули памяти различаются между собой по конструкции, быстродействию, информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой является быстродействие. ОЗУ - быстродействующая память со временем регенерации 7·10-9 сек.
  • д) Видеокарта (видеоакселератор) - устройство, расширяющее возможности и ускоряющее работу с графикой. Видеокарта имеет свою видеопамять для хранения графической информации и графический процессор (GРU - Graрhic Рrocessor Unit), берущий на себя вычисления при работе с 3D графикой и видео. Может иметь выход на TV и видеовход.
  • е) Звуковая карта - устройство, расширяющее звуковые возможности компьютера. Звуки генерируются с помощью записанных в память образцов звуков разных тембров. Поддерживаются различные эффекты. Могут иметь линейный вход/выход, выход на наушники, микрофонный вход, (разъем для джойстика, аналоговый и цифровой вход CD аудио).
  • ж) Сетевая карта - устройство, отвечающее за подключение компьютера к сети для возможности обмена информацией.

Кроме материнской платы в системном блоке находятся:

Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - герметично запаянный корпус с вращающимися магнитными дисками и магнитными головками. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью. Основной функцией жесткого магнитного диска является долговременное хранение большого объема информации в виде файлов (программы, тексты, графика, фотография, музыка, видео). Жесткий диск -- это устройство, которое использует свойство сохранения намагниченности специальным магнитным веществом, нанесенным на поверхность диска. В процессе записи информации головки дисковода перемещаются вдоль поверхности диска, на которую нанесен слой этого магнитосодержащего вещества. В головки поступают импульсы (последовательность нулей и единиц), в результате намагничиваются или не намагничиваются элементы поверхности магнитного носителя.

При считывании информации головка движется вдоль поверхности носителя. Намагниченные участки вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера. В отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур элементы поверхности могут сохранять намагниченность достаточно долго.

CD/DVD-ROM (Comрact Disc Read Only Memory) - устройство, служащее для считывания/записи информации с CD/DVD дисков. Двоичная информация с поверхности CD считывается лучом лазера. В лазерных дисководах используется оптический принцип записи и считывания информации. Информация на лазерном диске записывается на спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации луч лазера, установленный в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы и по шине передаются в оперативную память.

Запись на CD/DVD основана на изменении отражающих свойств вещества подложки CD под действием луча лазера.

В состав ЭВМ кроме системного блока входят следующие устройства ввода-вывода информации.

• 2. Монитор (дисплей) - устройство вывода графической информации. Есть электронно-лучевые (уже устаревшие) и LCD мониторы. На экране жидкокристаллического монитора изображения формируется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного электрического напряжения. Мониторы используют RGB систему образования цвета, т.е. цвет получается смешением 3-х основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Размеры по диагонали -- (14""), 15"", 17"", 19"", 21"", 24"". Размер пикселя - 0.2-0.3мм. Частота смены кадров - 77Гц при разрешении 1920x1200 пиксель, 85Гц при 1280x1024, 160Гц при 800x600. Количество цветов определяется количеством разрядов на один пиксель и может быть 256 (28, где 8 - количество разрядов), 65536 (216, режим High Color), 16 777 216 (224, режим True Color, может быть и 232).
• 3. Клавиатура (keyboard) - клавишное устройство ввода команд и символьной информации (108 клавиш). Подключается к последовательному интерфейсу (COM порт) либо к USB порту. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры вводят команды управления, а с помощью монитора получают от нее отклик.
• 4. Манипулятор типа мышь (mouse) - устройство ввода команд. Мышь подключается к компьютеру с помощью, так называемых портов (USB (Universal Serial Bus) или COM), которые передают электрические импульсы, несущие информацию, последовательно, один за другим. Аппаратно эти порты выведены на панель системного блока. Стандартной является 2-х кнопочная мышь с колесом прокрутки (scrolling). Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
• 5. Печатающее устройство (принтер) - устройство для вывода информации на бумагу, пленку или другую поверхность. Подключается к так называемому, параллельному интерфейсу (LРT порт) который передает одновременно 8 импульсов в машинном коде. Существуют конструкции, которые подключаются к USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, заменившая устаревшие COM и LРT порты).
• а) Матричный. (уже устаревшая технология) Изображение формируется иголками, пробивающими красящую ленту.
• б) Струйный. Изображение формируется выбрасываемыми из сопел (до 256) микрокаплями краски. Скорость движения капель до 40м/с.
• в) Лазерный. Изображение на бумагу переносится со специального барабана, наэлектризованного лазером, к которому притягиваются частички краски (тонера).
• 6. Сканер - устройство для ввода изображений в компьютер. Есть ручной, планшетный, барабанный.
• 7. Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) - устройство, позволяющее обмениваться информацией между компьютерами через аналоговые или цифровые каналы. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 бит в секунду), поддерживаемыми протоколами связи. Бывают модемы внутренние и внешние.

Формат: doc

Дата создания: 01.10.1998

Размер: 106.37 KB

ТЕМА 7.3 (лекция)

Операционная система MS DOS.

Основные принципы хранения информации на магнитных дисках в MS DOS.

Файловая Система MS DOS(логические диски,каталоги,

файлы,устройства MS DOS).

Дополнительную информацию см. тема 3.2.

Терминология :

Флоппи-диск(дискета) - съемный гибкий магнитный диск.

Винчестер - не съемный жесткий магнитный диск(пакет дисков).

Дорожка - концентрические окружности на магнитной поверхности

диска, где располагается информация.Дорожки нумеруются с 0-ой

(дорожка с самым большим радиусом)

Цилиндр - объединение дорожек с одним и тем же номером, располо-

женных на разных поверхностях диска(для флоппи-диска под цилиндром

подразумевается 2 дорожки)

Сектор - каждая дорожка, размещенная на диске, делится на секторы.

Каждый сектор имеет размер = 512 байт (для MS DOS)

Кластер - это минимальная порция информации, которую MS DOS

считывает/записывает за одно обращение диску.Кластер “содержит”

только последовательно расположенные сектора(цель - увеличить ско

рость обмена с диском).

Размер Кластера = N*(РазмерСектора)= N * 512 байт,

где N = 2,4,8 и т.д.

FAT - Таблица размещения файлов

НАКОПИТЕЛИ НА МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Магнитные диски используются как запоминающие устройства ,позволя-

ющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании.

Для работы с Магнитными Дисками используется устройство, называ-

емое накопителем на магнитных дисках(НМД) .

Обычно НМД состоит из следующих частей:

Контроллер дисковода,

Собственно дисковод,

Интерфейсные кабеля,

Магнитный диск

Контроллер дисковода управляет обменом информацией между CPU и ОЗУ ,

с одной стороны, и НМД - с другой.

Контроллер дисковода вставляется в один из свободных разъемов сис-

темной платы IBM PC (MotherBoard).

Дисковод содержит головки чтения/записи,механический привод пере-мещения головок и электронную схему для управления движением головок

и чтением/записью данных.

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием ,

которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего устройства .

Магнитные Диски : жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи) .

Накопитель на жестких магнитных дисках - НЖМД(HDD).

Накопитель на гибких магнитных дисках - НГМД(FDD).

Винчестер(HDD) - накопитель на несъемном магнитном диске,созданный

на основе спец.технологии(винчестерская технология - отсюда название).

Магнитный диск Винчестера(на металлической основе) “имеет” большую

плотность записи и большое число дорожек. Винчестер может иметь

несколько Магнитных Дисков.

НЖМД типа Винчестер созданы в 1973 г.

Все магнитные диски Винчестера(объединенные в пакет Дисков ) - гермет-ически “упакованы” в общий кожух. Магнитные диски НЕ могут изыматься

из HDD и заменяться на аналогичные!!!

Магнитные головки объединены в единый блок(блок магнитных головок).

Этот блок по отношению к дискам перемещается радиально.

Во время работы PC Пакет Дисков все время вращается с постоянной

скоростью(3600 об/мин).При считывании/записи информации блок

магнитных головок перемещается(позиционируется) в заданную область,

где производиться посекторное считывание/запись информации.

В силу инерционности процесса обработки информации и большой ско-

рости вращения пакета дисков возможна ситуация, когда блок магнит-

проблемы используется метод чередования секторов(секторы нумеруются

не по порядку, а с пропусками). Например, вместо того,чтобы нумеро-

вать секторы по порядку: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ... ,

их нумеруют так: 1 7 13 2 8 14 3 9 ...

В последнее время появились более скоростные SCSI-контроллеры,

которые обеспечивают достаточную скорость обработки информации,

и необходимость в чередовании секторов - отпадает.

Флоппи(FDD) (разработка фирмы IBM) - накопитель на съемном гибком

магнитном диске(флоппи). Флоппи-диск имеет пластиковую основу и

находится в спец.пластиковом кожухе.Флоппи-диск вставляется в FDD

вместе с кожухом.Флоппи-диск(в FDD) вращается внутри кожуха со ско-

ростью 300 об/мин.

На данный момент в IBM PC используются 2 типа FDD:

5.25" и 3.5"

Дискета 5.25" заключена в гибкий пластиковый кожух.

Дискета 3.5" заключена в жесткий пластиковый кожух.

HDD являются более скоростными устройствами, чем FDD.

МАГНИТНЫЕ ДИСКИ

Флоппи-диски(дискеты)

В качестве носителя информации используется магнитная поверхность

диска.Магнитная поверхность "разбита" на дорожки(концентрические

окружности, см. рис.1).Дорожки нумеруются начиная с 0-ой(макси-

мальный радиус). Магнитная поверхность "разбита" также на секторы

(см. Рис.1). Секторы нумеруются начиная с 1-го.

Принято, что каждая дорожка "разбита" на секторы. Размер каждого

сектора = 512 байт(для MS DOS).

Таким образом объем дискеты:

V = P * D * S * 512 (байт)

V - объем дискеты(байт),

P - кол-во поверхностей дискеты(1-а или 2-е),

D - кол-во дорожек на одной поверхности,

S - кол-во секторов на одной дорожке.

Если Дискета является системной, то ядро MS DOS размещается на-

чиная с 0-й дорожки,как более надежной(меньшая плотность записи).

Физический Адрес Сектора = Nповерхности + Nдорожки + Nсектора

Рис.1

Кол-во поверхностей "задается" при изготовлении Дискеты(может

быть 1-а или 2-е). Кол-во дорожек и кол-во секторов на дорожке

"задается" при форматировании дискеты. Форматирование дискет произ-

водится Пользователем с помощью спец.программ.

В табл.1 приведен перечень стандартных форматов флоппи-дисков,

применяемых в IBM PC.

На рис.2 представлено схематическое изображение дискеты 5.25" .

Рис.2

В зависимости от технологии изготовления дискеты 5.25" могут иметь

различные характеристики магнитной поверхности и,следовательно,

различные допустимые форматы.

Маркировка Дискет:

DS - Double Side (две стороны,поверхности),

DD - Double Density (удвоенная плотность)

HD - High Density (высокая плотность)

ED - Extra High Density (особо высокая плотность)

Если Дискета имеет маркировку DS/DD, то это значит - 360 Кб,

Если Дискета имеет маркировку DS/HD, то это значит - 1200 Кб,

Односторонние дискеты практически не встречаются.

В случае, если по каким-либо причинам маркировки нет на дискете,

то емкость дискеты можно определить косвенно по следующим приз-

1. магнитная поверхность дискет на 1200 Кб более темная, чем

у дискет на 360 Кб,

2. ободок на внутреннем центральном отверстии дискет на 360 Кб

более заметен, чем у дискет на 1200 Кб.

Важнейшими характеристиками дискеты являются:

Тип (5.25" или 3.5")

Формат(и,соответственно,емкость)

Винчестеры

Организация хранения информации на Винчестере, с точки зрения Поль-

зователя, не сильно отличается от Флоппи-дисков.

Разница лишь в том, что количество поверхностей,дорожек и секторов

значительно больше(соответственно больше и емкость).

Физический Адрес Сектора = Nцилиндра + Nдорожки + Nсектора

Важнейшими характеристиками Винчестера являются:

Емкость(от 10 Мб до 1.2 Гб),

Быстродействие(время произвольного доступа к информации,

чем меньше этот показатель, тем "быстрее" Винчестер)

(8-24 милисек)

Когда говорят (о Винчестере) 1 физический диск - имеется

в виду весь пакет дисков данного Винчестера.

С помощью спец.программ 1 физический диск Винчестера можно

"разбить" на несколько разделов (логических дисков ).

ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА MS DOS

Файл(по английски File) - папка,скоросшиватель.

Совокупность средств MS DOS, обеспечивающих доступ к информации

на внешних носителях называется системой управления файлами или

файловой системой .

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.

Логические диски :

MS DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск.

Каждый логический диск имеет свое уникальное имя .

В качестве имени логического диска используются буквы английского

алфавита от A до Z (включительно).

Кол-во логических дисков, таким образом, не более 26.

Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC FDD .

Начиная с буквы C именуются логические диски (разделы) HDD .

Рис.3

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B

пропускается(см.рис.4).

Рис.4

Только логические диски A и C могут быть системными (см.тему 7.1)

Файловая структура логического диска :

Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),

надо знать физический адрес первого сектора(Nповерхности+Nдо-

рожки+Nсектора), общее кол-во кластеров, занимаемое данным файлом,

адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер

одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

MS DOS избавляет Пользователя от такой работы и ведет ее сама.

Для обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS организует

и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру .

Элементы файловой структуры:

Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор ),

- таблица размещения файлов (FAT - File Allocation Table),

- корневой каталог (Root-Directory),

Область данных (оставшееся свободным дисковое пространство)

Эти элементы создаются спец.программами(в среде MS DOS) в процессе

инициализации диска.

Рис. 5

Стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор ) :

Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском:

- идентификатор OS (если диск системный),

- размер сектора диска,

- кол-во секторов в кластере ,

Кол-во резервных секторов в начале диска,

Кол-во копий FAT на диске(стандарт - две),

Кол-во элементов в каталоге,

Кол-во секторов на диске,

Тип формата диска,

Кол-во секторов в FAT,

Кол-во секторов на дорожку,

Кол-во поверхностей,

Блок начальной загрузки OS,

За стартовым сектором располагается FAT .

FAT(таблица размещения файлов) :

Область данных диска (см.выше) представлена в MS DOS как последо-

вательность пронумерованных кластеров.

FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска .

Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT.

Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла

в области данных.

FAT - крайне важный элемент Файловой Структуры!!!

Нарушения в FAT могут привести к ПОЛНОЙ или ЧАСТИЧНОЙ потери ин-

формации на ВСЕМ логическом диске!!!

Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT .

Существуют спец.программы, которые контролируют состояние FAT

и исправляют нарушения.

Корневой Каталог :

Это определенная область Диска,создаваемая в процессе инициализации

(форматировании) Диска, где содержится информация о файлах и ката-

логах, хранящихся на Диске. Корневой Каталог ВСЕГДА существует

на отформатированном Диске! На одном Диске ВСЕГДА бывает только

ОДИН Корневой Каталог. Размер Корневого Каталога для данного

Диска - величина фиксированная, поэтому максимальное кол-во

"привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов

(ПодКаталогов) - строго определенное.

Каталоги(ПодКаталоги) :

Каталог - это определенное место на диске(в области данных диска),

где содержится информация о файлах и ПодКаталогах, "привязанных"

к данному Каталогу.

MS DOS поддерживает иерархическую структуру каталогов(древообразную),

Рис.6

В отличие от Корневого Каталога, остальные каталоги(ПодКаталоги)

создаются с помощью спец.команд MS DOS(внутренних).

Основная цель такой структуры каталогов - организация эффективного

хранения большого кол-ва файлов на диске.

КАЖДЫЙ Каталог(кроме корневого) "имеет" "родителя", т.е. другой

Каталог, к которому "привязан" данный Каталог.

MS DOS рассматривает каждый Каталог(кроме корневого), как файл.

Термин "привязан" иногда заменяется термином "зарегистрирован".

Файлы :

Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом

носителе, предназначенная для хранения информации.

Файл ВСЕГДА "привязан" к какому-либо Каталогу(в том числе,

может быть "привязан" и к корневому каталогу), см. рис. 7.

Рис.7

Идентификация Логических Дисков,Каталогов и Файлов :

Идентификация Логических дисков, Каталогов, Файлов

осуществляется на базе имен.

ВНИМАНИЕ!!!

Файловая система MS DOS НЕ допускает, чтобы были Логические

Диски,Каталоги,Файлы с одинаковыми ИДЕНТИФИКАТОРАМИ!!!.

В качестве имени логического диска используется одна из букв

латинского алфавита(A..Z ).

Каждый Файл или Каталог (кроме корневого) имеет ПОЛНОЕ имя.

ПОЛНОЕ Имя Файла(Каталога),кроме корневого,

состоит из следующих частей(рис.8) :

Имя логического диска(A..Z),

Символ-разделитель(двоеточие) “: ”,

Символ,идентифицирующий корневой каталог - "\ " (Слэш),

Перечень “родительских” каталогов(разделенных

символом "\ "),

Собственно имя файла(каталога),

Собственно имя файла(каталога) состоит из:

Символ-разделитель(точка) “. ”,

Расширение имени файла

“Имя логического диска”+ ”двоеточие”+ ”идентиф.корневого каталога”

+ ”весь перечень имен родительских каталогов” = маршрут доступа

к файлу (каталогу).

Максимальное кол-во символов в ПОЛНОМ имени файла = 78,

Максимальное кол-во символов в имени файла = 8,

Максимальное кол-во символов в расширении имени файла = 3,

Расширение НЕ обязательно т.е. может и НЕ присутствовать

(в этом случае точка тоже отсутствует).

Рис.8

Таким образом размер собственно имени файла НЕ превышает 12 символов!

В ПОЛНОМ имени файла разрешается использовать только следующие

A-Z 0-9 $ & # `~ () - % ! _ ^

В ПОЛНОМ имени файла запрещается использовать все остальные

символы!!!

ЗАПРЕЩАЕТСЯ В ПОЛНОМ имени файла использовать ПРОБЕЛ !!!

Примеры допустимых имен файлов:

Format.com Read.me MyFyle.txt 28-03-96.doc 123.45

Примеры НЕ допустимых имен файлов:

123456789.txt aa?.doc 35*.? It.F.doc .txt

Использование расширений:

Файлы,хранящиеся на диске, с точки зрения файловой системы

MS DOS,которая выступает в роли зав.складом(который ничего не

понимает в устройстве и назначении различных вещей,хранящихся

на складе),вообще говоря,представляют собой “некоторое сборище информации”.На самом деле файлы, в зависимости от информации

которая там хранится, могут иметь различное назначение:

данные, программы, драйверы, настроечные файлы и т.д.

Расширения имени файла - не обязательный, но очень важный

компонент. Он используется для разделения файлов по отдельным

В MS DOS есть перечень предопределенных(и наиболее часто встреча-

ющихся) расширений файлов.В Табл.2 приведен их НЕ полный перечень.

Табл. 2

Устройства MS DOS :

В MS DOS имеется ряд имен файлов, которые зарезервированы

для внутреннего использования.Каждое такое имя отражает

какое-либо устройство.ЗАПРЕЩАЕТСЯ использование этих имен

НЕ по назначению! В Табл.3 приведен перечень этих имен.

С точки зрения Пользователя - эти устройства(табл.3) ничем

не отличаются от обычных файлов(с ними можно производить все

те же операции, что и с обычными файлами).

Символы подстановки в именах файлов :

Когда необходимо произвести какие-либо действия над файлами -

Пользователь вызывает определенные внутренние или внешние

команды MS DOS и “передает” им,в качестве параметров, имена

файлов. Очень часто приходится производить одни и те же действия

над многими файлами. Например, необходимо скопировать ВСЕ файлы

какого-либо каталога в другой каталог.Если файлов больше 200, то

ровно 200 раз необходимо произвести эту операцию для каждого файла

в отдельности.Это, как минимум, слегка огорчает Пользователя.

Для решения такого рода проблем существуют спец.средства, которые

помогают производить однотипные операции над целой группой файлов

за один “заход”.

Так называемые символы подстановки позволяют “фильтровать” файлы,

используя их имена. К ним относятся символы: ? и * .

Эти символы можно использовать в любом месте собственно имени

файла(имени и расширении).

Символ ? означает, что команда(при фильтрации файлов) “признает”

любой символ в имени или расширении файла, в позиции которого

находится символ ? .

Символ * означает, что команда(при фильтрации файлов) “признает”

все символы,в имени или расширении файла, начиная с позиции, где

находится символ * .

Символы ? и * действуют не зависимо друг от друга применительно

к имени или расширению.

ВЫПОЛНИТЬ ОПЕРАЦИЮ НАД СЛЕДУЮЩИМИ ГРУППАМИ ФАЙЛОВ:

*.* - все файлы, без исключения,

*.txt - файлы с любыми именами, но с расширением.txt,

II*.* - файлы,имена которых начинаются с цепочки символов

II и имеющие любое расширение,

YE??0198.* - файлы,имена которых начинаются с цепочки символов

YE, два следующих символа НЕ имеют значение,

следующие четыре символа должны быть 0198, расши-

рение НЕ имеет значение(применительно к расчетному

отделу: все результаты расчетов по работнику

с табельным номером 0198),

Атрибуты файлов :

Каждый Файл(Каталог) имеет атрибут, который указывает на то,

что этот файл является именно файлом;или на то, что он является

Каталогом.

Файлы, в зависимости от атрибута, могут быть скрытыми,архивными

системными, только для чтения.(Скрытые файлы MS DOS “не видит”).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочное Руководство по IBM PC. Методические

материалы.Часть 2. ТПП “СФЕРА”. М. 1991 г.

2. Савельев А.Я., Сазонов Б.А., Лукьянов С.Э. "Персо-

нальный компьютер для всех". Книга 1.

М., ВЫСШАЯ ШКОЛА, 1991 г.

3. Брябрин В.М. “Программное обеспечение персональных

ЭВМ”. М. “НАУКА”, 1990 г.

4. Фигурнов В.Э. “IBM PC для Пользователя”

г.Уфа, НПО “Информатика и Компьютеры”, 1993 г.

Файл (англ. file) - блок информации на внешнем запоминающем устройстве компьютера, имеющий определённое логическое представление (начиная от простой последовательности битов или байтов и заканчивая объектом сложной СУБД), соответствующие ему операции чтения-записи (см. ниже) и, как правило, фиксированное имя (символьное или числовое), позволяющее получить доступ к этому файлу и отличить его от других файлов. Операции с файлом

Условно можно выделить два типа операций с файлом - связанные с его открытием, и выполняющиеся без его открытия. Операции первого типа обычно служат для чтения/записи информации или подготовки к записи/чтению. Операции второго типа выполняются с файлом как с «объектом» файловой системы, в котором файл является мельчайшей единицей структурирования.

[править]Операции, связанные с открытием файла

В зависимости от операционной системы те или иные операции могут отсутствовать.

Обычно выделяют дополнительные сущности, связанные с работой с файлом:

хэндлер файла, или дескриптор (описатель). При открытии файла (в случае, если это возможно), операционная система возвращает число (или указатель на структуру), с помощью которого выполняются все остальные файловые операции. По их завершению файл закрывается, а хэндлер теряет смысл.

файловый указатель. Число, являющееся смещением относительно нулевого байта в файле. Обычно по этому адресу осуществляется чтение/запись, в случае, если вызов операции чтения/записи не предусматривает указание адреса. При выполнении операций чтения/записи файловый указатель смещается на число прочитанных (записанных) байт. Последовательный вызов операций чтения таким образом позволяет прочитать весь файл не заботясь о его размере.

файловый буфер. Операционная система (и/или библиотека языка программирования) осуществляет кэширование файловых операций в специальном буфере (участке памяти). При закрытии файла буфер сбрасывается.

режим доступа. В зависимости от потребностей программы, файл может быть открыт на чтение и/или запись. Кроме того, некоторые операционные системы (и/или библиотеки) предусматривают режим работы с текстовыми файлами. Режим обычно указывается при открытии файла.

режим общего доступа. В случае многозадачной операционной системы возможна ситуация, когда несколько программ одновременно хотят открыть файл на запись и/или чтение. Для регуляции этого существуют режимы общего доступа, указывающие на возможность осуществления совместного доступа к файлу (например, файл в который производится запись может быть открыт для чтения другими программами - это стандартный режим работы log-файлов).

Операции

Открытие файла (обычно в качестве параметров передается имя файла, режим доступа и режим совместного доступа, а в качестве значения выступает файловый хэндлер или дескриптор), кроме того обычно имеется возможность в случае открытия на запись указать на то, должен ли размер файла изменяться на нулевой.

Закрытие файла. В качестве аргумента выступает значение, полученное при открытии файла. При закрытии все файловые буферы сбрасываются.

Запись - в файл помещаются данные.

Чтение - данные из файла помещаются в область памяти.

Перемещение указателя - указатель перемещается на указанное число байт вперёд/назад или перемещается по указанному смещению относительно начала/конца. Не все файлы позволяют выполнение этой операции (например, файл на ленточном накопителе может не «уметь» перематываться назад).

Сброс буферов - содержимое файловых буферов с незаписанной в файл информацией записывается. Используется обычно для указания на завершение записи логического блока (для сохранения данных в файле на случай сбоя).

Получение текущего значения файлового указателя.

[править]Операции, не связанные с открытием файла

Операции, не требующие открытия файла, оперируют с его «внешними» признаками - размером, именем, положением в дереве каталогов. При таких операциях невозможно получить доступ к содержимому файла, файл является минимальной единицей деления информации.

В зависимости от файловой системы, носителя информации, операционной системой часть операций может быть недоступна.

Возможные операции с файлами: открытие для изменения, удаление, переименование, копирование, перенос на другую файловую систему/носитель информации, создание симлинка или хардлинка, получение или изменение атрибутов.

[править]Типы файлов

В различных операционных и/или файловых системах могут быть реализованы различные типы файлов; кроме того, реализация различных типов может различаться.

«Обыкновенный файл» - файл, позволяющий операции чтения, записи, перемещения внутри файла

Каталог (англ. directory - алфавитный справочник) или директория - файл, содержащий записи о входящих в него файлах. Каталоги могут содержать записи о других каталогах, образуя древовидную структуру.

Жёсткая ссылка (англ. hardlink, часто используется калька «хардлинк») - в общем случае, одна и та же область информации может иметь несколько имён. Такие имена называют жёсткими ссылками (хардлинками). После создания хардлинка сказать где «настоящий» файл, а где хардлинк невозможно, так как имена равноправны. Сама область данных существует до тех пор, пока существует хотя бы одно из имён. Хардлинки возможны только на одном физическом носителе.

Символьная ссылка (симлинк, софтлинк) - файл, содержащий в себе ссылку на другой файл или директорию. Может ссылаться на любой элемент файловой системы, в том числе, и расположенный на другом физическом носителе. Файловый принцип организации данных

Файловая система - основная компонента операционной системы. Она организует работу внешних устройств хранения информации. Внешняя память расположена на различных физических носителях (жесткий и гибкий диски, магнитная лента).

ФС создает для пользователя виртуальное представление о внешних запоминающих устройствах, позволяет работать с внешними устройствами памяти на высоком уровне наборов и структур данных в виде файла, скрывая реальное расположение информации и аппаратные особенности внешней памяти.

Разнообразие устройств внешней памяти делает актуальной функцию ОС по созданию логического интерфейса между приложениями и устройствами внешней памяти. Все современные ОС основывают такой интерфейс на файловой модели внешнего устройства. Любое устройство выглядит для прикладного программиста в виде последовательного набора байт, с которым можно работать с помощью системных вызовов (например, write и read), задавая имя файла-устройства и смещение от начала последовательности байт.

Модель файловой системы

Общая модель файловой системы

Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью (рисунок 2.36), в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очередь, для выполнения своей работы использует интерфейс (обращается с набором запросов) нижележащего уровня.

Рис. 2.36. Общая модель файловой системы

Задачей символьного уровня является определение по символьному имени файла его уникального имени. В файловых системах, в которых каждый файл может иметь только одно символьное имя (например, MS-DOS), этот уровень отсутствует, так как символьное имя, присвоенное файлу пользователем, является одновременно уникальным и может быть использовано операционной системой. В других файловых системах, в которых один и тот же файл может иметь несколько символьных имен, на данном уровне просматривается цепочка каталогов для определения уникального имени файла. В файловой системе UNIX, например, уникальным именем является номер индексного дескриптора файла (i-node).

На следующем, базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа, адрес, размер и другие. Как уже было сказано, характеристики файла могут входить в состав каталога или храниться в отдельных таблицах. При открытии файла его характеристики перемещаются с диска в оперативную память, чтобы уменьшить среднее время доступа к файлу. В некоторых файловых системах (например, HPFS) при открытии файла вместе с его характеристиками в оперативную память перемещаются несколько первых блоков файла, содержащих данные.

Следующим этапом реализации запроса к файлу является проверка прав доступа к нему. Для этого сравниваются полномочия пользователя или процесса, выдавших запрос, со списком разрешенных видов доступа к данному файлу. Если запрашиваемый вид доступа разрешен, то выполнение запроса продолжается, если нет, то выдается сообщение о нарушении прав доступа.

На логическом уровне определяются координаты запрашиваемой логической записи в файле, то есть требуется определить, на каком расстоянии (в байтах) от начала файла находится требуемая логическая запись. При этом абстрагируются от физического расположения файла, он представляется в виде непрерывной последовательности байт. Алгоритм работы данного уровня зависит от логической организации файла. Например, если файл организован как последовательность логических записей фиксированной длины l, то n-ая логическая запись имеет смещение l((n-1) байт. Для определения координат логической записи в файле с индексно-последовательной организацией выполняется чтение таблицы индексов (ключей), в которой непосредственно указывается адрес логической записи.

Рис. 2.37. Функции физического уровня файловой системы

Исходные данные:

V - размер блока

N - номер первого блока файла

S - смещение логической записи в файле

Требуется определить на физическом уровне:

n - номер блока, содержащего требуемую логическую запись

s - смещение логической записи в пределах блока

n = N + , где - целая часть числа S/V

s = R - дробная часть числа S/V

На физическом уровне файловая система определяет номер физического блока, который содержит требуемую логическую запись, и смещение логической записи в физическом блоке. Для решения этой задачи используются результаты работы логического уровня - смещение логической записи в файле, адрес файла на внешнем устройстве, а также сведения о физической организации файла, включая размер блока. Рисунок 2.37 иллюстрирует работу физического уровня для простейшей физической организации файла в виде непрерывной последовательности блоков. Подчеркнем, что задача физического уровня решается независимо от того, как был логически организован файл.

После определения номера физического блока, файловая система обращается к системе ввода-вывода для выполнения операции обмена с внешним устройством. В ответ на этот запрос в буфер файловой системы будет передан нужный блок, в котором на основании полученного при работе физического уровня смещения выбирается требуемая логическая запись.

22. Файловая система: структура, физическая организация -?

Стандартный запрос на открытие (open) или создание (creat) файла поступает от прикладной программы к логической подсистеме. Логическая подсистема, используя структуру директорий, проверяет права доступа и вызывает базовую подсистему для получения доступа к блокам файла. После этого файл считается открытым, содержится в таблице открытых файлов, прикладная программа получает в свое распоряжение дескриптор (или handle в системах Microsoft) этого файла. Дескриптор файла является ссылкой на файл в таблице открытых файлов и используется в запросах прикладной программы на чтение-запись из этого файла. Запись в таблице открытых файлов указывает через систему аллокации блоков диска на блоки данного файла. Если к моменту открытия файл уже используется другим процессом, то есть содержится в таблице открытых файлов, то, после проверки прав доступа к файлу может быть организован совместный доступ. При этом новому процессу также возвращается дескриптор - ссылка на файл в таблице открытых файлов. ФИЗИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ

Представление пользователя о файловой системе как об иерархически организованном множестве информационных объектов имеет мало общего с порядком хранения файлов на диске. Файл, имеющий образ цельного, непрерывающегося набора байт, на самом деле очень часто разбросан «кусочками» по всему диску, причем это разбиение никак не связано с логической структурой файла, например, его отдельная логическая запись может быть расположена в несмежных секторах диска. Логически объединенные файлы из одного каталога совсем не обязаны соседствовать на диске. Принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве описываются физической организацией файловой системы. Очевидно, что разные файловые системы имеют разную физическую организацию.

23. Файловая система: структура, логическая организация

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) - порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам - с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа - это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

12.2 Общая структура файловой системы

Система хранения данных на дисках может быть структурирована следующим образом (см. рис. 12.1).

Нижний уровень - оборудование. Это в первую очередь, магнитные диски с подвижными головками - основные устройства внешней памяти, представляющие собой пакеты магнитных пластин (поверхностей), между которыми на одном рычаге двигается пакет магнитных головок. Шаг движения пакета головок является дискретным и каждому положению пакета головок логически соответствует цилиндр магнитного диска. Цилиндры делятся на дорожки (треки), а каждая дорожка размечается на одно и то же количество блоков (секторов), таким образом, что в каждый блок можно записать по максимуму одно и то же число байтов. Следовательно, для произведения обмена с магнитным диском на уровне аппаратуры нужно указать номер цилиндра, номер поверхности, номер блока на соответствующей дорожке и число байтов, которое нужно записать или прочитать от начала этого блока. Таким образом, диски могут быть разбиты на блоки фиксированного размера, и можно непосредственно получить доступ к любому блоку (организовать прямой доступ к файлам).

Непосредственно с устройствами (дисками) взаимодействует часть ОС, называемая система ввода-вывода (см. соответствующую главу). Система ввода-вывода (она состоит из драйверов устройств и обработчиков прерываний для передачи информации между памятью и дисковой системой) предоставляет в распоряжение более высокоуровневого компонента ОС - файловой системы используемое дисковое пространство в виде непрерывной последовательности блоков фиксированного размера. Система ввода-вывода имеет дело с физическими блоками диска, которые характеризуются адресом, например, диск 2, цилиндр 75, сектор 11. Файловая система имеет дело с логическими блоками, каждый из которых имеет номер (от 0 или 1 до N). Размер этих логических блоков файла совпадает или кратен размеру физического блока диска и может быть задан равным размеру страницы виртуальной памяти, поддерживаемой аппаратурой компьютера совместно с операционной системой.

В структуре системы управления файлами можно выделить базисную подсистему, которая отвечает за выделение дискового пространства конкретным файлам, и более высокоуровневую логическую подсистему, которая использует структуру дерева директорий для предоставления модулю базисной подсистемы необходимой ей информации исходя из символического имени файла. Она также ответственна за авторизацию доступа к файлам (см. главу Безопасность ОС).

Рис. 12.1 Блок схема файловой системы

В современных ОС далее принято разбивать диски на логические диски (это также низкоуровневая операция), иногда называемые разделами (partitions). Бывает, что наоборот объединяют несколько физических дисков в один логический диск (например, как это можно сделать в ОС Windows NT). На каждом разделе можно иметь свою независимую файловую систему. Поэтому в дальнейшем изложении мы будем игнорировать проблему физического выделения пространства для файлов и считать, что каждый раздел представляет собой отдельный (виртуальный) диск. Собственно диск содержит иерархическую древовидную структуру, состоящую из набора файлов, каждый из которых является хранилищем данных пользователя, и каталогов или директорий (то есть файлов, которые содержат перечень других файлов, входящих в состав каталога), которые необходимы для хранения информации о файлах системы.

Стандартный запрос на открытие (open) или создание (creat) файла поступает от прикладной программы к логической подсистеме. Логическая подсистема, используя структуру директорий, проверяет права доступа и вызывает базовую подсистему для получения доступа к блокам файла. После этого файл считается открытым, содержится в таблице открытых файлов, прикладная программа получает в свое распоряжение дескриптор (или handle в системах Microsoft) этого файла. Дескриптор файла является ссылкой на файл в таблице открытых файлов и используется в запросах прикладной программы на чтение-запись из этого файла. Запись в таблице открытых файлов указывает через систему аллокации блоков диска на блоки данного файла. Если к моменту открытия файл уже используется другим процессом, то есть содержится в таблице открытых файлов, то, после проверки прав доступа к файлу может быть организован совместный доступ. При этом новому процессу также возвращается дескриптор - ссылка на файл в таблице открытых файлов. Логическая организация файловой системы

Одной из основных задач операционной системы является предоставление удобств пользователю при работе с данными, хранящимися на дисках. Для этого ОС подменяет физическую структуру хранящихся данных некоторой удобной для пользователя логической моделью. Логическая модель файловой системы материализуется в виде дерева каталогов, выводимого на экран такими утилитами, как Norton Commander или Windows Explorer, в символьных составных именах файлов, в командах работы с файлами. Базовым элементом этой модели является файл, который так же, как и файловая система в целом, может характеризоваться как логической, так и физической структурой.

Похожая информация.

Периферийные устройства . Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры - устройства управления периферийными устройствами.

Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши - управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру.

Курсор - светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак.

Монитор - устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Принтер - печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати, приемлемое, в основном, для домашних целей.

Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти «образ» страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов - ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.

Принтер связан с компьютером посредством кабеля принтера, один конец которого вставляется своим разъёмом в гнездо принтера, а другой - в порт принтера компьютера. Порт - это разъём, через который можно соединить процессор компьютера с внешним устройством.

Плоттер (графопостроитель) - устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.

Сканер - устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины.

Модем - устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи.

Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи - непрерывных сигналов звуковой частоты.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем - модулятор/демодулятор.

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) - это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок - адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п.

Джойстик - обычно это стержень-ручка, отклонение, которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея.

Трекбол - небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины.

Принципы хранения информации . В компьютере используется память нескольких типов, отличающихся по своему функциональному назначению и, как следствие, способами хра­нения информации, а также конструктивно. Память компьютера подразделяется на основную и внешнюю.

В современных компьютерах устройства внешней памяти по­зволяют сохранять информацию после выключения компьютера, так как в них используется магнитный или оптический способ записи/чтения информации. В качестве носителей информации в этих случаях применяют магнитные и оптические диски. Основная память, называемая иногда внутренней, располагается внутри системного блока. Она является обязательной составной частью любого компьютера, реализуется в виде электронных микросхем и в персональных компьютерах располагается на материнской плате. Основная память состоит из постоянной и оперативной.

Постоянная память, или постоянное запоминающее устройст­во - ПЗУ (Read only memory - ROM), - память только для чте­ния. Она реализована, как уже говорилось, в виде электронных схем и служит для хранения программ начальной загрузки компь­ютера и тестирования его узлов. Мы называем этот тип памяти по­стоянным, потому что записанная в ней информация не изменяется после выключения компьютера. Она энергонезависима, так как хранимые в ней команды начинают выполняться при первом же импульсе тока, поступившего на контакты электронной микросхе­мы. (Отметим, что сохранение информации в ПЗУ после выклю­чения компьютера не означает, что содержимое этой памяти невозможно изменить. Существует так называемая перепрограм­мируемая постоянная память, для которой возможно изменение хранимой информации.)

Оперативная память, или оперативное запоминающее устрой­ство (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изменяю­щейся в ходе выполнения процессором операций по ее обработке. Информацию в такую память можно записать для хранения, изме­нять или использовать при необходимости. Вся информация, вво­димая в компьютер и возникающая в ходе его работы, хранится в этой памяти, но только тогда, когда компьютер включен. Структурно оперативную память можно представить себе как совокупность ячеек памяти, разделенных на разряды для хра­нения в каждом из них бита информации. Следовательно, в любую ячейку памяти записывается некоторый набор нулей и единиц, или машинное слово - фиксированная, упорядоченная последователь­ность битов, рассматриваемая аппаратной частью компьютера как целое. Машинное слово может быть различной длины в зависимости от типа компьютера (от 8 до 64 бит) и определяет наибольшее число, которое может удерживаться в ячейке памяти. При байтовой архитектуре минимальной единицей измерения инфор­мации является байт, а машинное слово может равняться 2, 4 или 8 байтам. Следовательно, можно говорить об объеме памяти компьютера и измерять его в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах соответствии с количеством байтовых ячеек как дискретных структурных единиц памяти.

В оперативной памяти в виде последовательности машинных слов хранятся как данные, так и программы. В любой момент вре­мени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, поэтому этот вид памяти называют также памятью с про­извольной выборкой - RAM(Random Access Memory).

Хранение информации и ее носители. Внешняя память компьютера (гибкие и жесткие диски, диски С D -RОМ )

Возросшие к концу XX в. потоки информа­ции необходимость сохранения ее в больших объемах и появле­ние ЭВМ способствовали разработке и применению носителей информации, обеспечивающих возможность ее долговременного хранения в более компактной форме. К таким носителям при использовании современных моделей компьютеров четвертого поколения относятся гибкие и жесткие магнитные диски и так на­зываемые диски С D - R ОМ, составляющие внешнюю память компь­ютера.

Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск, считывание и воспроизведение в опе­ративную память, называют накопителями. В основу записи, хра­нения и считывания информации положены два принципа - магнитный и оптический, что обеспечивает сохранение информа­ции и после выключения компьютера.

Магнитные диски (МД) бывают гибкие и жесткие. Гибкий МД (ГМД) диаметром 5,25 дюйма (133 мм) в настоящее время может хранить до 1,2 Мбайта информации.

Жесткий магнитный диск (МД), или винчестер, обычно встраивается вместе с дисководом в корпус системного блока (но может иметь и внешнее расположение). Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатрован, т.е. должна быть создана структура диска. Для ГМД - это магнитные концентрические дорожки, разделенные на сектора, помеченные магнитными метками, а у жестких МД - еще и ци­линдры - совокупность дорожек, расположенных друг над другом всех рабочих поверхностях дисков.

CD - R ОМ (Сотрас t Disc R еа d Оп1у Мето ry ) обладает емкостью до 3 Гбайт, высокой надежностью хранения информации, долго­вечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении составляет 30-50 лет). Диаметр диска может быть как 5,25, так и 3,5 дюйма. Принцип записи и считывания оптический.

Считывание информации с компакт-диска происходит при по­мощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет ост­ровок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеи­вается и поглощается - фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

Магнитооптические диски лишены этих недостатков, так как ^ учтены достижения магнитной и оптической технологий. На магнитооптические диски можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (перено­симость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.

Конструктивно магнитооптический диск состоит из толстой стеклянной подложки, на которую наносится светоотражающая алюминиевая пленка и ферромагнитный сплав - носитель инфор­мации, покрытый сверху защитным слоем прозрачного пластика.

Основная литература: – 1-638 c, 1- 432 c.

Дополнительная литература: – c, – c, – c.

Контрольные вопросы :

Какие периферийные устройства относятся к устройствам ввода?

Какие периферийные устройства относятся к устройствам вывода?

Основные принципы хранения информации?