Билет №17 Файловый принцип организации данных
| Вид материала | Документы |
- Принципы разработки асу, 96.54kb.
- Билет №1 Билет №2 Билет, 361.62kb.
- Лекция на тему: Основы организации баз данных, 393.78kb.
- Ы, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных, 3469.84kb.
- Курсовая работа по базам данных (6-й семестр) Возможна постановка задачи в области, 107.15kb.
- Высшего Профессионального Образования Современная Гуманитарная Академия утверждаю ректор, 235.15kb.
- Iv изучение эстетической сферы функционирования значимых единиц языка т. А. Муллинова, 88.56kb.
- Концепция Бухгалтерской отчётности в России и международной практике. Отчётность организации, 883.53kb.
- Билет № Жизнь и занятия первобытных людей на территории Беларуси, 142.68kb.
- Системы резервного копирования данных в современной коммерческой организации, 61.46kb.
Билет №17
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.
Понятие файла
Файл — это логически связанная совокупность данных во внешней памяти. действия с информацией производятся над файлами (запись на диск, на экран, ввод с клавиатуры, печать). В файлах хранятся разнообразные виды и формы информации: тексты, рисунки, чертежи, программы, фото, видео, звук. Особенности конкретных файлов определяются их форматом, он определяет представление информации в файле. Текстовая информация хранится в файле в кодах АSСII, в текстовом формате. Содержимое текстового файла можно просматривать с помощью программных средств. Файл с нетекстовой информацией при просмотре нельзя понять, выводятся непонятные символы.
Для характеристики файла используют:
Полное имя файла.
Объем файла в байтах.
Дату создания файла.
Время создания файла.
Атрибуты файла (R — только для чтения, Н — скрытый, S - системный, A — архивный файл).
К файлу можно обратиться с помощью имени, полного имени, спецификации.
Имя уникально, служит для отличия одного файла от другого. В различных ОС существуют различные правила образования имени. В ЮО имя содержит не более 8 символов, при образовании имени нельзя использовать буквы русского алфавита и некоторые символы ( * : ? ; , ) в Windows можно организовать длинные имена (до 256 символов), использовать русские буквы.
Полное имя файла образуется из имени файла и типа (расширения), разделенных точкой. Тип служит характеристикой информации, хранящейся в файле, состоит не более чем из трех символов. Используются только буквы латинского алфавита. Некоторые программы, сами создают расширение имени и потом по нему определяют свои файлы.
Спецификация файла. Состоит из имени дисковода, маршрута и полного имени файла. Например, с:\аlрhа\bеtа\рrimеr.tхt. Здесь с: это имя дисковода, \аlрhа\bеtа\— цепочка соподчиненных каталогов, которую нужно пройти по иерархической структуре к каталогу, где зарегистрирован нужный файл, рrimer.tхt — полное имя файла.
При работе с группой файлов используют шаблон имени файла — специальную форму, в которой в полях имени и типа файла используют символы “*” и “?“. Символ “*“ заменяет любую последовательность символов. В поле имени и типа можно использовать по одному символу “*”. Например, шаблон *.tхt позволит обратиться ко всем текстовым файлам. Символ “?“ заменяет один символ, например, имя.R??.ехе указывает на исполнимые файлы, имя которых начинается с буквы R и состоит из трех символов.
Файлы прямого и последовательного доступа
Данные, содержащиеся в файле, имеют некоторую логическую структуру. Эта структура используется программой, которая будет работать с этим файлом. Например, чтобы текст был выведен на экран, текстовый редактор должен выделить отдельные слова, строки, абзацы. Поддержание структуры данных может быть возложено на приложение либо выполняться файловой системой.
В первом случае ФС представляет файл как неструктурированную последовательность данных. Приложение структурирует полученные данные, руководствуясь собственной логикой. Эта модель, в соответствии с которой содержимое файла представляется потоком байт, используется в большинстве современных ОС.
Другая модель файла - структурированный файл, в настоящее время используется редко. ФС видит файл как упорядоченную последовательность логических записей.
Логическая запись является наименьшим элементом данных, которым оперирует программист при обмене с внешним устройством. Операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи.
Файловая система использует два способа доступа к логическим записям.
1. Последовательный доступ. ФС позволяет читать и записывать логические записи последовательно.
2. Прямой доступ. ФС позиционирует файл на запись или чтение с указанным номером записи.
Типы файлов
ФС поддерживают функционально различные типы файлов.
1. Обычные файлы. Содержат произвольную информацию. Их заполняет пользователь или системные и прикладные программы. Обычные файлы
разделяют на следующие типы:
• текстовые состоят из строк символов, их можно прочитать на экране, распечатать на принтере;
• двоичные — не используют коды символов, содержат исполняемый код программы, архивный файл.
2. Каталоги. Содержат системную справочную информацию о наборе файлов. Каталоги устанавливают соответствие между именами файлов и их характеристиками.
З. Специальные файлы. Это фиктивные файлы, связанные с устройствами ввода вывода. Позволяют выполнять операции ввода-вывода, используя команды чтения или записи в файл. Эти команды обрабатываются ФС, затем ОС преобразует их в команды управления устройством.
Операции с файлами
Файловая система обеспечивает основные операции над файлами: открытие, копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Открытие файла сопровождается копированием учетной информации о файле в оперативную память, подготовкой
буферов и каналов для передачи информации.
Доступ к файлу — это установление связи с файлом для записи и чтения. Информация о файле хранится в каталогах. Сам файл хранится на диске без всякой справочной информации. Каталог — справочник файлов с указанием их положения на диске. Во многих ОС принята иерархическая структура
каталогов. Н каждом диске имеется единственный главный корневой каталог (обозначается символом «/»), создается при форматировании диска, имеет ограниченный объем и не может быть удален. В корневой каталог входят другие каталоги и файлы. Каталоги организованы как системные файлы. В каталогах хранятся записи о файлах и каталогах нижнего уровня. Переход в каталог нижнего уровня организован последовательно через соподчиненные каталоги. Нельзя перейти из главного каталога сразу к каталогу 4-го уровня, нужно пройти через все предыдущие каталоги. Этот принцип организации доступа к файлу является основой ФС. ФС управляет размещением и доступом к файлам и каталогам на диске.
Аппаратное обеспечение хранения данных и функционирования файловой системы
Пользователь представляет файловую систему в виде дерева каталогов и расположенных в них файлах. Это представление далеко от реального расположения данных на диске - физической организации ФС. Файл очень часто разбросан фрагментами по всему диску, файлы из одного каталога не всегда расположены в смежных областях. Различные файловые системы имеют различную физическую организацию.
Операционные системы работают с различными типами внешних запоминающих устройств. Рассмотрим их.
Накопители на магнитных дисках имеют две разновидности — накопители на жестких магнитных дисках и накопители на гибких магнитных дисках. Дисковые накопители являются основным устройством для хранения данных. Эти устройства могут считывать и записывать данные на жесткие и гибкие магнитные диски. Принцип записи на магнитные носители основан на явлении электромагнитной индукции. Запись производится головками чтения / записи, которые работают как электромагнит. Полярность магнитного поля в головках определяется направлением электрического тока, который по ним пропускается. Магнитное поле проникает в магнитный слой диска, упорядочивает его магнитные частицы (домены) то в одном, то в другом направлении, т.е. создает на носителе зоны с различной по знаку намагниченностью. Так производится запись. При чтении головка регистрирует импульсы тока при прохождении зоны смены знака намагниченности.
Накопители на жестких магнитных дисках включают следующие устройства:
• электромеханический привод, вращающий диски;
• накопители на гибких магнитных дисках;
- блок магнитных головок для чтения и записи;
- система позиционирования магнитных головок для записи и чтения;
- электронный блок для управления и кодирования сигналов.
Накопитель на магнитных дисках помещен вместе диском и контроллером в герметический корпус, который крепится в системный блок компьютера.
Жесткий диск изготовлен из композитного материала на основе стекла и керамики, покрыт магнитным слоем. Жесткий диск состоит из нескольких керамических колец, нанизанных на один шпиндель. Каждая сторона диска размечена на дорожки — концентрические окружности, вдоль которых записываются данные. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру. Диск вращается, головка чтения /записи позиционируется на заданную дорожку и записывает данные на диск или считывает их.
Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях дисков называется цилиндром. Дорожка размечается на сектора или блоки. Чаще всего сектор содержит 512 байт информации. Сектор — наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Для обмена контроллеру диска нужно указать адрес сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора. ОС при работе с диском использует свою единицу дискового пространства — кластер, размер которого обычно 1024 байта.
Дорожки и секторы создаются в результате процедуры низкоуровневого форматирования диска. На диск записывается информация для определения границ блоков. Низкоуровневый формат диска не зависит от типа операционной системы, в которой
будет использоваться, и производится на заводе-изготовителе.
Разметку диска под конкретную операционную систему производит процедура высокоуровневого форматирования. Здесь определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая ОС для работы файловой системы.
Накопители на гибких магнитных дисках — устройства со сменными дисками. Имеют невысокую информационную емкость (1,44 Мб), но дают возможность транспортировать информацию и обеспечивают конфиденциальность информации. дискета представляет собой тонкий пластиковый диск с магнитным покрытием, информация записывается вдоль дорожек — концентрических окружностей, дорожки размечены на сектора. Перед первым использованием дискета форматируется, т. е. размечается для использования операционной системой.
Магнитные накопители для резервного копирования данных существуют в двух видах: накопители на магнитных дисках и накопители на магнитных лентах.
Резервные накопители на магнитных дисках являются автономным устройством, подключаемым к компьютеру по мере необходимости.
Накопители на магнитных лентах надежно хранят неоперативную информацию больших объемов (например, 320 Гб). Являются устройствами с последовательным доступом.
Накопители на оптических дисках предназначены для распространения дистрибутивов программ, для хранения и транспортировки конфиденциальной информации. Существует несколько типов накопителей на оптических дисках.
Диск CD - ROM переводится как компакт-диск, предназначенный только для чтения. Это поликарбонатная пластина, одна сторона которой покрыта алюминиевой пленкой, играющей роль зеркального отражателя. Информация записывается вдоль одной спиралевидной дорожки. На дорожку на носятся углубления — штрихи. При считывании диск освещается лучом лазера, штрихи поглощают свет, плоская поверхность хорошо отражает свет. Стандартная емкость диска — 650 Мб.
Различают пишущие накопители двух типов – CD – R и CD - RW. Эти диски уже не имеют рельефа в виде штрихов. На рабочий слой диска лучом лазера наносят пятна, которые поглощают свет как штрихи. Диск CD – R. позволяет сделать однократную запись с персонального компьютера, диск CD - RW предназначен для многократной записи. Эти диски потеснили магнитные устройства резервного копирования, так как значительно превосходят их по долговечности хранения.
Диск DVD — цифровой универсальный диск, имеет большую емкость, стандартный диск содержит 4,7 Мб. для записи и чтения информации здесь используется лазер с меньшей длиной волны, что позволяет производить более плотную запись информации на диск. Увеличение емкости дисков достигается применением многослойных и двухсторонних дисков, специальных программ сжатия информации.
Диск CD - MO — магнитооптичесий диск, также предназначен для многократной перезаписи информации. Запись на диск производится лазерным лучом и магнитным полем. При считывании диск освещается лучом лазера и регистрируются изменения коэффициента отражения от участков диска с различной намагниченностью. При стирании информации лазерный луч разогревает диск и разрушает магнитную запись.
Устройства Flash-памяти — это энергонезависимые полупроводниковые запоминающие устройства емкостью 1 Гб; благодаря небольшим габаритам они основательно потеснили гибкие магнитные диски и реально соперничают с CD- дисками.
Мы рассмотрели основные внешние запоминающие устройства персонального компьютера с которыми должна общаться операционная система, используя файловую модель данных.
Каждое устройство внешней памяти снабжено специализированным блоком управления контроллером. Контроллер взаимодействует с системным программным модулем — драйвером, управляющим устройством. Контроллер получает от драйвера выводимую на устройство информацию и команды управления, которые сообщают, что нужно сделать с информацией, например, записать в определенный сектор диска. Под управлением контроллера устройство выполняет операции чтения или записи информации.