Логическая структура носителя информации
Логическая структура носителя информации имеет следующие разделы: 
Минимальным адресуемым элементом носителя информации является кластер, который может включать в себя несколько секторов (объем сектора составляет 512 байт).
Размер кластера (от 512 байт до 64 Кбайт) зависит от типа используемой файловой системы. Кластеры нумеруются в линейной последовательности (на магнитных дисках от первого кластера нулевой дорожки до последнего кластера последней дорожки).
Размер кластера (от 512 байт до 64 Кбайт) зависит от типа используемой файловой системы. Кластеры нумеруются в линейной последовательности (на магнитных дисках от первого кластера нулевой дорожки до последнего кластера последней дорожки).
Файловая система организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Файловая система отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.
При записи файлов будет занято всегда целое количество кластеров, соответственно, минимальный размер файла составляет один кластер, а максимальный соответствует общему количеству кластеров на диске.
Файл записывается в произвольные свободные кластеры. Например, Файл_1 может занимать кластеры 34, 35 и 47, 48, а Файл_2 – кластеры 36 и 49.
Таблица 6.1. Логическая структура носителя информации | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
| 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
Таблица размещения файлов. Полная информация о кластерах, которые занимают файлы, содержится в таблице размещения файлов FAT. В целях более надежного сохранения информации о размещении файлов таблица FAT хранится на носителе информации в двух идентичных копиях. Количество ячеек FAT соответствует количеству кластеров на диске, а значениями ячеек являются цепочки размещения файлов, т.е. последовательности адресов кластеров, в которых хранятся файлы.
Например, для двух рассмотренных выше файлов таблица FAT с 1 по 54 ячейку принимает следующий вид:
Таблица 6.2. Фрагмент FATНапример, для двух рассмотренных выше файлов таблица FAT с 1 по 54 ячейку принимает следующий вид:
| 35 | 47 | 49 | |||||||||
| 48 | К | К |
Цепочка размещения для файла Файл_1 выглядит следующим образом: в начальной 34-й ячейке FAT, хранится адрес следующего кластера (35), соответственно, в следующей 35-й ячейке хранится (47), в 47-й – (48), в 48-й – знак конца файла (К).
FAT12. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 12 бит для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 212 = 4 096 кластеров. Объем кластера по умолчанию равен одному сектору (512 байт) и поэтому FAT12 не может использоваться для носителей информации объемом более:
512 байт × 4 096 = 2 097 152 байт = 2 048 Кбайт = 2 МбайтFAT12. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 12 бит для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 212 = 4 096 кластеров. Объем кластера по умолчанию равен одному сектору (512 байт) и поэтому FAT12 не может использоваться для носителей информации объемом более:
Такой объем имеют дискеты, поэтому FAT12 используется именно для дискет.
FAT16. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 16 бит для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 216 = 65 536 кластеров. Объем кластера не может быть более 128 секторов (64 Кбайт) и поэтому FAT16 не может использоваться для носителей информации объемом более:
64 Кбайт × 65 536 = 4 194 304 Кбайт = 4 096 Мбайт = 4 ГбайтFAT16. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 16 бит для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 216 = 65 536 кластеров. Объем кластера не может быть более 128 секторов (64 Кбайт) и поэтому FAT16 не может использоваться для носителей информации объемом более:
В настоящее время такой объем имеет флэш-память, поэтому FAT16 используется именно для флэш-памяти.
FAT32. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 32 бита для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 232 = 4 294 967 296 кластеров. Объем кластера по умолчанию составляет 8 секторов (4 Кбайт) и поэтому FAT32 может использоваться для носителей информации объемом:
4 Кбайт × 4 294 967 296 = 17 179 869 184 Кбайт = 16 777 216 Мбайт = FAT32. Файловая система для операционной системы Windows выделяет 32 бита для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 232 = 4 294 967 296 кластеров. Объем кластера по умолчанию составляет 8 секторов (4 Кбайт) и поэтому FAT32 может использоваться для носителей информации объемом:
= 16 384 Гбайт = 16 Тбайт
Таким образом, FAT32 может использоваться для жестких дисков самого большого объема.
NTFS. Файловая система для операционной системы Windows позволяет устанавливать различный объем кластера (от 512 байт до 64 Кбайт, по умолчанию 4 Кбайта). NTFS по сравнению с FAT32 увеличивает надёжность и эффективность использования дискового пространства. Предоставляет доступ к политикам безопасности (разграничения доступа к данным для различных пользователей и групп пользователей).
NTFS использует систему журналирования для повышения надёжности файловой системы. Журналируемая файловая система хранит список изменений, которые она будет проводить с файловой системой перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом». Как только изменения файловой системы внесены в журнал, журналируемая файловая система применяет эти изменения к файлам.
ext3 и ReiserFS. Журналируемые файловые системы для операционной системы Linux. ReiserFSReiserFS также справляется весьма уверенно, максимальный размер файловой системы составляет 16 Тбайт. файловая система, хорошо приспособленная для хранения большого количества маленьких файлов. Блок (кластер) ext3 может иметь размер от 1 до 8 Кбайт, а в ReiserFS в одном блоке могут быть размещены данные нескольких файлов. С файлами большого размера файловая система
HFS. Иерархическая журналируемая файловая система, разработанная Apple Computer для использования на компьютерах, работающих под управлением операционной системы Mac OS.
CDFS. Файловая система для работы оптическими CD- и DVD-дисками, базирующаяся на стандарте ISO 9660, согласно которому имя файла не может превышать 32 символа и глубина вложения папок не более 8 уровней.
UDF. Мультисистемная файловая система для работы с файлами на оптических дисках, позволяет на перезаписываемых CD-RW и DVD±RW дисках удалять, копировать и сохранять отдельные файлы.
Форматирование носителей информации. Для того чтобы на носителе можно было хранить информацию, он должен быть отформатирован, т.е. создана логическая структура в соответствие с определенной файловой системой.
Жесткие диски должны быть предварительно физически отформатированы (это делается на заводе изготовителе). Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на сектора (в определенных местах диска расставляется метки дорожек и секторов).
Большие по объему жесткие диски рекомендуется разбивать на разделы, т.е. независимые области на диске. Разделы могут быть отформатированы в различных файловых системах, и, таким образом, созданы логические диски. Логическим дискам ставятся в соответствие заглавные буквы латинского алфавита (A:, B:, C:, D: и т.д.).
На один физический диск в разные разделы могут быть установлены различные операционные системы.
NTFS. Файловая система для операционной системы Windows позволяет устанавливать различный объем кластера (от 512 байт до 64 Кбайт, по умолчанию 4 Кбайта). NTFS по сравнению с FAT32 увеличивает надёжность и эффективность использования дискового пространства. Предоставляет доступ к политикам безопасности (разграничения доступа к данным для различных пользователей и групп пользователей).
NTFS использует систему журналирования для повышения надёжности файловой системы. Журналируемая файловая система хранит список изменений, которые она будет проводить с файловой системой перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом». Как только изменения файловой системы внесены в журнал, журналируемая файловая система применяет эти изменения к файлам.
ext3 и ReiserFS. Журналируемые файловые системы для операционной системы Linux. ReiserFSReiserFS также справляется весьма уверенно, максимальный размер файловой системы составляет 16 Тбайт. файловая система, хорошо приспособленная для хранения большого количества маленьких файлов. Блок (кластер) ext3 может иметь размер от 1 до 8 Кбайт, а в ReiserFS в одном блоке могут быть размещены данные нескольких файлов. С файлами большого размера файловая система
HFS. Иерархическая журналируемая файловая система, разработанная Apple Computer для использования на компьютерах, работающих под управлением операционной системы Mac OS.
CDFS. Файловая система для работы оптическими CD- и DVD-дисками, базирующаяся на стандарте ISO 9660, согласно которому имя файла не может превышать 32 символа и глубина вложения папок не более 8 уровней.
UDF. Мультисистемная файловая система для работы с файлами на оптических дисках, позволяет на перезаписываемых CD-RW и DVD±RW дисках удалять, копировать и сохранять отдельные файлы.
Форматирование носителей информации. Для того чтобы на носителе можно было хранить информацию, он должен быть отформатирован, т.е. создана логическая структура в соответствие с определенной файловой системой.
Жесткие диски должны быть предварительно физически отформатированы (это делается на заводе изготовителе). Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на сектора (в определенных местах диска расставляется метки дорожек и секторов).
Большие по объему жесткие диски рекомендуется разбивать на разделы, т.е. независимые области на диске. Разделы могут быть отформатированы в различных файловых системах, и, таким образом, созданы логические диски. Логическим дискам ставятся в соответствие заглавные буквы латинского алфавита (A:, B:, C:, D: и т.д.).
На один физический диск в разные разделы могут быть установлены различные операционные системы.
Файл
Все программы и данные хранятся в долговременной памяти компьютера в виде файлов.
Файл обязательно имеет имя, формат которого определяется используемой файловой системой. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее тип файла. Имя файла может иметь до 255 символов, из которых обычно 3 символа отводится под расширение. Расширение файла задается приложением, в котором этот файл создается, оно же вызывается при активизации файла. Приложение, с которым связан файл, можно изменить (например, файлы архивов с расширением zip можно связать с различными архиваторами).Таблица 6.3. Некоторые типы файлов и расширений
| Тип файла | Расширения |
| Исполнимые файлы | exe |
| Текстовые файлы | txt, doc |
| Web-страницы | htm, html |
| Графические файлы | bmp, gif, png, jpg |
| Звуковые файлы | wav, mid |
| Видеофайлы | avi, wmf |
| Архивы | zip, 7z |
Файл имеет определенный объем, дату и время создания, а также набор атрибутов:
«Только для чтения» (от англ. Read-only) – файл с таким атрибутом доступен операционной системе и приложениям только для чтения, т. Е. в него нельзя вносить какие-либо исправления.
«Системный» (от англ. System) – файлы с таким атрибутом относятся к системным файлам операционной системы, которые нельзя удалять или изменять.
«Архивный» (от англ. Archive) – этот атрибут указывает программам архивации файлы, предназначенные для резервного копирования.
Файл – это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти.
Архивация файлов. Для долговременного хранения или передачи по компьютерным сетям файлы архивируются (сжимаются) с помощью файловых менеджеров или специализированных приложений – архиваторов.
Существуют различные алгоритмы архивации данных без потери информации, при которых при разархивации данные будут восстановлены в исходном виде. Самый простой алгоритм сжатия данных основан на замене повторяющихся битов (в тексте может иметься последовательность одинаковых символов, в графическом файле – закрашенная одним цветом область и т.д.). Например, в тексте подряд идут 10 пробелов, которые кодируются 10-ю байтами. При архивации они заменяются 3-я байтами (первый байт – кодирует заменяемый символ; второй байт – специальный байт "флажка" архивации, который указывает на необходимость развернуть первый байт в последовательность байтов; третий байт указывает количество повторяющихся байтов).
Алгоритм кодирования одинаковых последовательностей символов ищет в текстовых файлах одинаковые слова, а в графических - одинаковые «узоры». Каждый такой фрагмент файла представляется определенным кодом (последовательностью битов) и в процессе архивации при повторных появлениях заменяется ссылкой на первичный код.
Лучше всего сжимаются текстовые и графические файлы и практически не сжимаются файлы архивов и исполнимые файлы.
Существуют различные архиваторы файлов (ZIP, 7-Zip, RAR и др.), которые используют вышеописанные и другие алгоритмы архивации. Архиваторы различаются степенью сжатия файлов, скоростью выполнения и другими параметрами. При создании нового архива нужно задать параметры архивации:
- · задать имя архивного файла и место его сохранения на диске;
- · выбрать формат архивации ZIP, 7z, RAR или др.;
- · выбрать степень сжатия файлов (от Без сжатия, просто помещает файлы в архив без их упаковки, до Максимальный для получения наилучшего сжатия);
- · выбрать размер словаря и слова (чем больше их размер, тем больше, но медленнее сжатие);
- · можно создать многотомный архив, т.е. архив, состоящий из нескольких частей, которые используются для сохранения большого архива на нескольких дискетах или других сменных носителях;
- · можно создать непрерывный (от англ. Solid) архив, что позволяет добиться максимальной степени сжатия нескольких файлов;
- · можно создать самораспаковывающийся архив SFX, который является исполнимым файлом и имеет расширение exe. Для разархивации такого архива не нужен архиватор, достаточно запустить файл архива на выполнение.
Для разархивации файлов необходимо открыть файл архива в архиваторе и ввести соответствующую команду.
Иерархическая файловая система
На каждом носителе информации (магнитном или оптическом диске, на карте флэш-памяти) может храниться большое количество файлов. Для того чтобы можно было найти файл по его имени, на диске имеется каталог, представляющий собой базу данных.
Каталог. Каждый носитель информации содержит корневой каталог, в котором перечислены, хранящиеся на носителе файлы и папки. В простейшем случае, когда количество файлов мало, каталог представляет собой линейную последовательность записей о файлах.
Запись о файле в каталоге содержит имя файла, адрес первого кластера, с которого начинается файл, объем файла, дату и время его создания, а также атрибуты файла (a – Архивный, r – Только для чтения, h – Скрытый, s – Системный).
Таблица 6.5. Структура записей в каталоге
Имя файла
|
Адрес первого кластера
|
Объем файла (Кбайт)
|
Дата
создания
|
Время
создания
|
Атрибуты
|
Файл_1
|
34
|
2
|
14.01.2006
|
14.29
|
аr
|
Файл_2
|
36
|
1
|
20.03.2006
|
19.45
|
hs
|
Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы хранятся в многоуровневой иерархической файловой системе, которая имеет «древовидную» структуру.
Корневая папка содержит вложенные папки 1-го уровня (например, папки Архив и Документы), в свою очередь, каждая из них может содержать вложенные папки 2-го уровня (например, папка Документы содержит папки Web-страницы,Видео, Звук и Изображения) и т.д. Необходимо отметить, что в папках всех уровней могут храниться файлы.
Пример иерархической файловой системы
Путь к файлу. Для того чтобы найти файл в иерархической файловой системе необходимо указать путь к файлу. Путь к файлу начинается с логического имени диска, затем записываетсяпоследовательность имен вложенных друг в друга папок, в последней из которых содержится нужный файл. Имена диска и папок записываются через разделитель «\». Например, путь к файлуimage.bmp можно записать следующим образом:
А:\Документы\Изображения\image.bmp
Восстановление файлов и файловой системы. В процессе работы компьютера могут происходить сбои (зависание программ, внезапное отключение питания и др.) в результате происходит неправильное завершение работы приложений и операционной системы, что может приводить к повреждению отдельных кластеров и файлов. Могут появиться сбойные (нечитаемые) кластеры, в каталогах могут быть изменены имена файлов, а в таблицах FAT могут появиться нарушения в цепочках размещения файлов (некоторые цепочки могут быть оборваны, один и тот же кластер может принадлежать различным файлам и др.).
Для восстановления файловой системы используются специальные программы. В операционной системе Windows такой программой является служебная программа Проверка диска, которая автоматически запускается при загрузке Windows после неправильного завершения работы или может быть при необходимости запущена пользователем в произвольный момент.
Дефрагментация дисков. Замедление скорости обмена данными с носителем информации может происходить в результате фрагментации файлов. Если запись производится на незаполненный диск, то кластеры, принадлежащие одному файлу, записываются подряд. Если диск переполнен, на нем может не быть непрерывной области, достаточной для размещения файла, и файл запишется в виде нескольких фрагментов. Фрагментация файлов (фрагменты файлов хранятся в различных, удаленных друг от друга кластерах) возрастает с течением времени, в процессе удаления одних файлов и записи других.
Так как на диске могут храниться сотни и тысячи файлов в сотнях тысяч кластеров, то фрагментированность файлов будет существенно замедлять доступ к ним (магнитным головкам придется постоянно перемещаться с дорожки на дорожку) и, в конечном итоге, приводить к преждевременному износу жесткого диска. Рекомендуется периодически проводить дефрагментацию диска, в процессе которой файлы записываются в кластеры, последовательно идущие друг за другом.
Автор Угринович Н.Д.
Комментариев нет:
Отправить комментарий