Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 4: «Файловая система и иерархическая файловая структура»
План:
1. Единицы хранения данных;
2. Файловая структура;
3. Организация файловой системы;
4. Операции с файловой структурой в ОС Windows.
1. Принцип двойной адресации. Единицы хранения данных
Существуют два принципиально разных способа адресации к объектам: символьная и числовая. Символьную адресацию используют в информационном обмене, обслуживающим общественные отношения. Она наглядна и удобна, в компьютере представляет собой запись пути доступа к объекту в иерархической структуре данных (рассмотрена ниже).
Числовую адресацию используют, если информационный обмен осуществляется автоматически между элементами технических систем.
Если информационный обмен происходит между людьми и техническими устройствами используют принцип двойной адресации. Люди вводят в системы (или получают от нее) адрес в символьной форме, а система преобразует его в числовую форму и передает другой технической системе (устройству). Чтобы реализовать принцип двойной адресации, должно быть предусмотрено средство пересчета адресов из одной формы в другую.
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним быстрый и удобный доступ. Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом образуются адресные данные. Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, МБ), поскольку неполное заполнение одной единицы приводит к неэффективности хранения.
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом.
Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Или: Файл – это совокупность данных, имеющая собственное имя. В определение файла особое внимание уделяется имени. Оно несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним.
Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу (текст, рисунок, музыка, программа, видео). В определении файла нет ограничения на размер, файл может иметь 0 байтов (пустой файл) или любое число байтов. Имя файла также хранит сведения о типе данных, заключенных в нем (расширение txt, doc, jpg, exe и т.д.). Для автоматических средств работы с данными это важно, так как по имени файла они могут определить метод извлечения информации из файла.
2. Файловая структура
Структуры данных: Семакин, параграф 14, стр.70-78
Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных:
Иерархическими называют связанные структуры соподчиненных объектов, обладающие следующими признаками:
- каждый объект связан отношением соподчинения ровно с одним объектом вышестоящего уровня;
- не существует отношений соподчинения объектами одного уровня.
Данные пользователю в компьютере представляются в виде иерархической многоуровневой структуры, которая называется файловой структурой.
Файловая структура — это основная структура, используемая компьютером для упорядочения информации на жестком диске. Она определяет способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п.
В качестве вершины структуры служит имя носителя (диска), на котором сохраняются файлы. В компьютере обычно имеется несколько логических дисков: A:, B:, C:, Д: и т.д.
Далее файлы группируются в каталоги (папки, директории), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги.
Путь доступа к файлу начинается с имени носителя и включает все имена каталогов, через которые проходит. Разделителем является «\».
Каталог (англ. directory — справочник, указатель) — объект в файловой системе, упрощающий организацию файлов.
Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).
Каталог (директорий, папка) – специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения о размере файлов, времени их последнего обновления, атрибуты (свойства) файлов и т.д.
Каталоги в ОС Windows бывают системные (служебные, созданные ОС) и пользовательские (созданные пользователем). Пример системных каталогов: «Рабочий стол», «Корзина», «Сетевое окружение», «Панель управления», каталоги логических дисков (корневой каталог) и т. п.
Текущий каталог – каталог, с которым в настоящий момент работает пользователь.
Подкаталоги и надкаталоги – все каталоги, кроме корневого являются файлами специального вида.
Корневой каталог – это каталог, который не является подкаталогом ни одного другого каталога, главный каталог на диске, в котором регистрируются файлы и подкаталоги 1 уровня.
В ОС Windows каждый из дисков имеет свою корневой каталог (А:\, В:\, C:\, D:\ и т. д).
Буквы «A:\» и «B:\» используются для дисководов гибких дисков. Начиная с каталога с буквой «C:\» идут папки жёстких, логических, сетевых и внешних дисков, приводов оптических дисков и т. д. Обычно каталог основного диска (который и хранит все системные файлы, необходимые для работы операционной системы) называется «C:\».
Термин папка (англ. folder) был введён для представления объектов файловой системы в графическом пользовательском интерфейсе путём аналогии с офисными папками.
В этой терминологии, папка, находящаяся в другой папке, называется подпапка или вложенная папка. Все вместе папки на компьютере представляют иерархическую структуру, представляющую собой дерево каталогов.
Полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему.
Полное имя файла имеет следующий вид: Диск:\путь\имя файла.
Имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения. Расширение указывает на тип файла, с помощью какой программы он был создан.
3. Организация файловой системы
Файловая система определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов.
Файлом называется определенная поименованная область диска, предназначенная для хранения любой информации.
Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор, его размер 512 байт.
Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным.
При записи на диск файл разбивается на несколько кусков – кластеров и записывается в произвольные свободные на диске кластеры. Таким образом, файл разбросан по поверхности диска в некоторой, понятной компьютеру последовательности, и эта последовательность кластеров для каждого файла запоминается в таблице размещения файлов FAT (File Allocation Table, таблица размещения файлов) или NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии»). Т.е. принцип организации файловой системы - табличный.
Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.
Операционные системы Windows NT и Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему – NTFS. В ней служебная информация хранится в Главной таблице файлов (Master File Table (MFT)). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска. NTFS использует систему журналирования для повышения надежности файловой системы. Т.е в отдельной части файловой системы, называемой журналом или логом, файловая система перед фактической записью изменений сохраняет список этих изменений. И только после этого файловая система применит эти изменения к файлам.
При записи файлов будет занято всегда целое количество кластеров, минимальный размер файла равен размеру одного кластера.
Для определения, какая файловая система используется данным диском, надо в контекстном меню этого диска выбрать пункт Свойства (вкладка Общие) или в контекстное меню системной папки «Мой компьютер» выбрать пункт Управление и в окне «Управление компьютером выбрать Управление дисками.
Файловая система обращается к диску непосредственно (напрямую), и поэтому она должна знать его физическую структуру (геометрию).
Магнитный диск состоит из нескольких пластин, обслуживаемых читающими/пишущими головками.
На заводе-изготовителе диски предварительно физически форматируются, т.е. происходит формирование физической структуры диска. Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые в свою очередь делятся на секторы. В определенных местах диска расставляются метки дорожек и секторов.
Дорожки, расположенные друг над другом, образуют «цилиндр». Исторически сложилось так, что точное место на диске определяется указанием трех «координат»: цилиндра, головки и сектора.
Для того, чтобы на носителе можно было хранить информацию, он должен быть отформатирован, т.е. создана логическая структура, в соответствии с определенной файловой системой.
Обычно диск разбивают на логические диски, или разделы (С:, Д: и т.д.). На один физический диск в разные разделы можно установить разные операционные системы. Первый сектор любого диска отведен под таблицу разделов (partition table). Каждая запись этой таблицы содержит адреса начального и конечного секторов одного раздела. А на каждом разделе хранится таблица файлов, позволяющая определить «координаты» файла на диске.
Логическая структура носителя информации в файловой системе FAT имеет следующие разделы:
4. Операции с файловой структурой в ОС Windows
Программа Проводник.
С файловой структурой можно работать в системе окон Мой компьютер или Проводнике. Проводник – служебная программа, относящаяся к категории диспетчеров файлов. Она предназначена для навигации по файловой структуре компьютера. Программу Проводник можно запустить несколькими способами:
Окно проводника очень похоже на окно папок, но имеет не одну рабочую область, а две: панель папок и панель содержимого. Навигацию по файловой структуре выполняют на левой панели (панели папок). Папки могут быть свернуты (+) и раскрыты (-), щелчком мыши на (+) или (-). Содержимое раскрытой папки показано на правой панели (панели содержимого).
В окне Мой компьютер и в других окнах папок имеется информационная панель, в которой отображается имя текущей папки и краткая информация о ней.
К основным операциям файловой структуры относятся:
Копирование файлов и папок.
Копировать файлы и папки можно различными способами:
Копирование методом перетаскивания необходимо следить, чтобы появился (+), иначе произойдет перемещение объекта. При перетаскивании файла или папки на тот же диск будет происходить перемещение, на другой – копирование. Поэтому для копирования методом перетаскивании внутри одного диска пользуются клавишей CTRL, а для перемещения с одного диска на другой - клавишей SHIFT. Если перетаскивать объекты при нажатой клавише ALT, создастся ярлык этого объекта, на что указывает при перетаскивании стрелка.
Простейший способ копирования на флэш-диск (или дискету) – на выделенном объекте щелкнуть правой клавишей мыши и в контекстном меню выбрать команду Отправить - Съемный диск (F:) (или Диск 3,5(А:)).
Перемещение, удаление объектов можно осуществлять теми же пятью способами, что и копирование.
Выделение группы объектов.
Щелчком мыши при нажатой клавише CTRL выделяется группа отдельно стоящих объектов. Если выделяемые объекты расположены подряд, то надо выделить первый объект, затем нажав SHIFT последний объект. Для того, чтобы использовать этот прием, можно предварительно отсортировать объекты, представленные в окне (Вид – Упорядочить значки).