Что такое файловая структура компьютера. Понятие файловой структуры
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в компактном виде и как обеспечить быстрый и удобный доступ к ним. В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл - это последовательность произвольного числа байтов, обладаю
щая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.
Все программы и данные хранятся во внешней памяти ПК в виде файлов. Файл - определенное количество информации (программ или данных), имеющее имя и хранящееся в памяти. Имя файла фактически должно нести в себе адресные данные, помогающие обеспечить доступ к данным, хранящимся в файле. Полное имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени и расширения. Имя дает пользователь, а расширение задается автоматически.
Например, расширения для файлов: исполняемых - .ехе, .сот; текстовых -.txt, .doc; графических - .bmp, .gif, .jpg; звуковых - .wav, .mid; видео - .evi; программных - .bas, .pas, .asm и др.
На каждом диске может храниться большое количество файлов. Файловая структура - иерархическая структура хранения файлов и организации каталогов. Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и каталог, который содержит название файла и указание на начало его размещения на диске. Каталог - это оглавление. Каталог (директория, папка) - специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, их размеры, время обновления, свойства (рис. 2.4).
Рис. 2.4.
В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы.
Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (подпапки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов, через которые проходит. В качестве разделителя используется символ (обратная косая черта, обратный слэш). Путь - последовательность из имен каталогов или символов, разделенных символом. Путь задает маршрут от текущего или корневого каталога к каталогу, в котором находится нужный файл. Например, C:TextGamesproba.txt - путь, полное имя файла (собственное имя файла с путем доступа к нему).
Все современные дисковые ОС предусматривают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный.
Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных данных приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. К системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, поэтому группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.
Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и др. используют файловую структуру на основе таблиц размещения файлов (FAT-таблицы), состоящих из 16-разрядных полей. Такая файловая система называется FAT 16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (2 16) о местоположении единиц хранения данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гб длина кластера составляет 32 Кб (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку даже маленький файл полностью оккупирует весь кластер. Для дисков объемом примерно 2 Гб потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, могут составлять от 25 до 40 % полной емкости диска.
Начиная с ОС Windows 98, семейство Windows (Windows Me/ 2000/ХР) поддерживает более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц - FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гб эта система обеспечивает размер кластера 4 Кб (8 секторов).
Операционные системы Windows NT и Windows ХР способны поддерживать совершенно другую файловую систему - NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе - служебная информация хранится в главной таблице файлов (MFT ). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и потенциально для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32.
Цель урока: Дать представление о файловой системе и объяснить принцип ее работы.
Задачи урока:
Образовательные: познакомить учащихся с поняти ями « файл», «файловые структуры» , закрепить полученные знания;
Развивающие: развивать творческую и мыслительную деятельность учащихся на уроке посредством анализа демонстрационных примеров, способность к обобщению, быстрому переключению, способствовать формированию навыков коллективной и самостоятельной работы, умения чётко и ясно излагать свои мысли;
Воспитательные: способствовать развитию моторной и смысловой памяти, умений анализировать, сравнивать, отбирать теоретический материал, формированию поисковой самостоятельности и коммуникативных качеств учащихся.
Форма организации урока: фронтальная.
Метод проведения урока: словесный, наглядно-демонстрационный.
Тип урока: комбинированный.
Аппаратное обеспечение: мультимедийный проектор, презентация.
План урока:
1. Организационный момент (2 мин).
2. Объяснение нового материала (15 мин).
3. Закрепление нового материала (5 мин).
4. практическая работа (20 мин).
5. Постановка домашнего задания (1 мин).
6. Подведение итогов (2 мин).
Ход урока:
1. Организационный момент: Контроль отсутствующих. Формулировка темы и целей урока.
Сегодня на уроке мы узнаем:
что такое файл;
имя файла;
логические диски;
файловая структура диска;
путь к файлу, полное имя файла.
2. Объяснение нового материала:
Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках в виде файлов и служит для доступа к ним. Известно, что файлы используются для организации и хранения данных на машинных носителях.
Файл (англ. file ) – последовательность числа байтов, обладающая уникальным собственным именем на машинных носителях.
Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Работа с файлами является очень важным видом работы на компьютере. В файлах хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для пользователя. С файлами, как с деловыми бумагами, постоянно приходится что-то делать: переписывать их с одного носителя на другой, уничтожать ненужные, создавать новые, разыскивать, переименовывать, раскладывать в том или другом порядке и пр.
Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
Для прояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Мы говорили о том, что книга – это внешняя память человека, а магнитный диск – внешняя память компьютера. Книга состоит из глав (рассказов, разделов), каждый из которых имеет название. Также и файлы имеют свои названия. Их называют именами файлов. В начале или в конце книги обычно присутствует оглавление – список названий глав. На диске тоже есть такой список-каталог, содержащий имена хранимых файлов. Каталог можно вывести на экран, чтобы узнать, есть ли на данном диске нужный файл.
В каждом файле хранится отдельный информационный объект: документ, статья, числовой массив, программа и пр. Заключенная в файле информация становится активной, т. е. может быть обработана компьютером, только после того, как она будет загружена в оперативную память.
Любому пользователю, работающему на компьютере, приходится иметь дело с файлами. Даже для того, чтобы поиграть в компьютерную игру, нужно узнать, в каком файле хранится ее программа, суметь отыскать этот файл и инициализировать работу программы.
Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой системы. Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций над файлами.
Чтобы найти нужный файл, пользователю должно быть известно: а) какое имя у файла; б) где хранится файл.
Практически во всех операционных системах имя файла составляется из двух частей, разделенных точкой. Например: myprog.pas
Слева от точки находится собственно имя файла (myprog) Следующая за точкой часть имени называется расширением файла (pas). Обычно в именах файлов употребляются латинские буквы и цифры. В большинстве ОС максимальная длина расширения - 3 символа. Кроме того, имя файла может и не иметь расширения. В операционной системе Windows в именах файлов допускается использование русских букв; максимальная длина имени – 256 символов, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ < > |.
В именовании можно пользоваться пробелами и точками. А заканчивался файл из трех символов, составляющих так званое расширение.
Расширение файла – хаотичная последовательность символов, добавляемых в конец.
Тип файла
Расширение
Исполняемые программы
exe, com
Текстовые файлы
txt, rtf, doc
Графические файлы
bmp, gif, jpg, png, pds
Web-страницы
htm, html
Звуковые файлы
wav, mp3, midi, kar, ogg
Видео файлы
avi, mpeg
Код (текст) программы на языках программирования
bas, pas, cpp
Расширение указывает, какого рода информация хранится в данном файле.
Инициализация программы происходит путем записи ее в оперативную память и перехода работы процессора к ее исполнению.
На одном компьютере может быть несколько дисководов – устройств работы с дисками. Каждому дисководу присваивается однобуквенное имя (после которого ставится двоеточие), например А:, В:, С:. Часто на персональных компьютерах диск большой емкости, встроенный в системный блок (его называют жестким диском), делят на разделы. Каждый из таких разделов называется логическим диском, и ему присваивается имя С:, D:, Е: и т. д. Имена А: и В: обычно относятся к сменным дискам малого объема – гибким дискам (дискетам). Их тоже можно рассматривать как имена дисков, только логических, каждый из которых полностью занимает реальный (физический) диск. Следовательно, А:, В:, С:, D: – это всё имена логических дисков.
Имя логического диска, содержащего файл, является первой «координатой», определяющей место расположения файла.
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Различные ОС могут поддерживать разные организации файловых структур.
Виды файловой структуры:
1) Одноуровневая – последовательность имен файлов, используема для дисков с небольшим количеством файлов. Одноуровневая файловая структура – это простая последовательность файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Например, если файл tetris.ехе находится на диске А:, то его «полный адрес» выглядит так: А:\tetris.ехе
Операционные системы с одноуровневой файловой структурой используются на простейших учебных компьютерах, оснащенных только гибкими дисками.
2) Многоуровневая или иерархическая – древовидная структура, служащая для хранения тысяч файлов.
К функциям обслуживания файловой структуры относятся такие операции (естественно, происходящие в среде какой-либо ОС):
создание файлов
создание каталогов
удаление файлов и каталогов
В операционной системе Windows для обозначения понятия «каталог» используется термин «папка».
Каталог может включать множество подкаталогов, в результате чего на дисках образуются разветвленные файловые структуры.
Организация файлов в виде древовидной структуры называется
файловой системой
. Принцип организации файловой системы -
табличный.
То есть, информация о местонахождении файла на диске хранится в таблице размещения файлов (англ.
File Allocation Table, FAT
).
Структура FAT похожа на оглавление книги – операционная система использует ее для быстрого поиска файлов.
Позже была введена FAT32 - усовершенствованная версию FAT. Она могла поддерживать тома, объем которых уже может превышать 2 Гбайт (в отличие от FAT).
Далее появилась более перспективное направление в развитии файловых систем - NTFS ( New Technology File System - файловая система новой технологии), поддерживающая длинные имена файлов и предлагающая надежную систему безопасности данных.
Объем раздела NTFS не ограничен. Также, NTFS экономит место на диске, сжимая его самого, отдельные файлы и каталоги.
В Windows XP применяется и FAT32 и NTFS.
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом.
На рис. 2.9 имена каталогов записаны прописными буквами, а файлов – строчными. Здесь в корневом каталоге имеются две папки: IVANOV и РЕТROV и один файл fin.com. Папка IVANOV содержит в себе две вложенные папки PROGS и DАТА. Папка DАТА – пустая; в папке РROGS имеются три файла и т. д. На дереве корневой каталог обычно изображается символом\.
А теперь представьте, что вам нужно найти определенный документ. Для этого надо знать ящик, в котором он находится, а также «путь» к документу внутри ящика: всю последовательность папок, которые нужно открыть, чтобы добраться до искомых бумаг.
Второй координатой, определяющей место положения файла, является путь к файлу на диске. Путь к файлу – это последовательность, состоящая из имен каталогов, начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.
Вот всем знакомая сказочная аналогия понятия «путь к файлу»: «На дубе висит сундук, в сундуке - заяц, в зайце - утка, в утке - яйцо, в яйце - игла, на конце которой смерть Кощеева».
Последовательно записанные имя логического диска, путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла.
Если представленная на рис. 2.9 файловая структура хранится на диске С:, то полные имена некоторых входящих в нее файлов в символике операционных систем МS-DOS и Windows выглядят так:
C:\fin.com
C:\IVANOV\PROGS\prog1.pas
C :\ PETROV \ DATA \ task . dat
3. Закрепление нового материала:
1. Что такое файловая система? Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций с файлами.
2. Объясните понятие "файл". Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
3. Какие существуют типы файловых таблиц? FAT , FAT32 и NTFS
4.Что такое расширение файла? Имя файла состоит из собственно имени и расширения. Расширение указывает на тип информации в файле (тип файла).
5. Функции файловой системы.
Создание файлов
Создание каталогов
Переименование файлов и каталогов
Копирование, перемещение файлов
Удаление файлов и каталогов
Навигация по файловой системе (проводник) с целью доступа к определенному файлу
Управление атрибутами (свойствами) файлов (скрытие, только чтение и т.д.)
6. Что такое файловая структура диска? Файловая структура диска – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними. Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).
7. Что такое каталог? Каталог – это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов). Каталог самого верхнего уровня называется корневым. Он не вложен ни в какие каталоги.
8. Из чего состоит полное имя файла? Полное имя файла состоит из имени диска, пути к файлу на диске и имени файла.
4. Практическая работа. Операции с файлами и папками Windows . (раздаточный материал).
5. Постановка домашнего задания: §2.4 , ответить на вопросы в конце параграфа.
6. Подведение итогов: Выставление отметок за урок.
Файлы и файловая структура
В компьютерных технологиях единицей хранения данных является объект переменной длины, называемый файлом . Файл – - это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным именем. Файловые системы создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств ЭВМ, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами, а на высоком уровне наборов и структур данных. Таким образом, файловая система – - это система управления данными.
Имя файла имеет особое значение – - оно фактически несет в себе адресные функции в иерархических структурах. Кроме того, имя может иметь расширение , в котором хранятся сведения о типе данных. Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться некоторой традиции. Например, в операционной системе MS DOS файлы с расширениями:: .com, .exe, .bat – - исполняемые; .bat, .txt, .doc – - текстовые; .pas, .bas, .c, .for – - тексты программ на известных языках программирования: (Паскале, Бейсике, Си, Фортране соответственно); .dbf – - файл базы данных. В различных операционных системах существуют ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так, в MS DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение – - трех, т. е. используется стандарт 8.3. В операционной системе Windows ограничения значительно менее жесткие.
Для пользователя файл является основным и неделимым элементом хранения данных, который можно найти, изменить, удалить, сохранить либо переслать на устройство или на другой компьютер, но только целиком.
Файловая система – - это часть операционной системы компьютера и поэтому всегда несет на себе отпечаток свойств конкретной операционной системы. Файловая система скрывает от пользователя картину реального расположения информации во внешней памяти, обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации ЭВМ, т. е. логический уровень работы с файлами. При работе с файлами пользователю предоставляются средства для создания новых файлов, операции по считыванию и записи информации и т. п., не затрагивающие конкретные вопросы программирования работы канала по пересылке данных, по управлению внешними устройствами.
Наиболее распространенным видом файлов, внутренняя структура которых обеспечивается файловыми системами различных операционных систем, являются файлы с последовательной структурой. Файлы в этом случае представляются в виде набора составных элементов, называемых логическими записями произвольной длины и с последовательным доступом. В ряде операционных систем предусматривается использование более сложных логических структур файлов, например, древовидной структуры. На физическом уровне блоки файла могут размещаться в памяти непрерывной областью или храниться несмежно. Вся учетная информация о расположении файлов на магнитном диске сводится в одно место – - каталог или директорию диска. Каталог представляет собой список элементов, каждый из которых описывает характеристики конкретного файла, используемые для организации доступа к нему – - имя файла, его тип, местоположение на диске, размер. Каталогов может быть большое число, и они связываются в информационные структуры, например, в иерархическую (древовидную) систему каталогов. Каждый каталог рассматривается как файл и имеет собственное имя. Полное имя каталога или файла в такой структуре задает путь переходов между каталогами и файлами в логической структуре каталогов (см. рис. 1.5).
Рис. 1.5. Иерархическая система каталогов
Структура самых файлов может быть тривиальной. Например, текст может сохраняться в виде последовательности байтов, соответствующих кодировке таблицы ASCII. Однако в большинстве случаев вместе с данными приходится хранить и некоторую дополни
тельную информацию. Способ организации данных в файле, т. е. структура файла, называется форматом . Формат файла определяет способ правильной интерпретации хранимых данных. Существует довольно много различных форматов файлов. Некоторые из них стандартизированы и поддерживаются любой операционной системой, некоторые специфичны только для данных операционных систем. Часто заголовок файла включает идентификатор формата файла. Современные программные системы позволяют одновременно включать в файл данные разных видов, т. е. файл может иметь очень сложный формат. Например, в документ MS Word можно включать текст, картинки, таблицы, формулы и многое другое.
В большинстве случаев пользователю ничего не нужно знать о внутреннем устройстве файлов. Это уровень абстракции интерфейса операционных систем.
Логические времена устройств внешней памяти
К каждому компьютеру может быть подключено несколько устройств внешней памяти. Основным устройством внешней памяти ПК является жесткий диск. Обычно его делят на несколько логических разделов
.
Наличие нескольких логических разделов на одном жестком диске обеспечивает пользователю следующие преимущества:
Можно хранить операционную систему в одном логическом разделе, а данные - в другом, что позволит переустанавливать операционную систему, не затрагивая данные;
На одном жестком диске в различные логические разделы можно установить разные операционные системы;
Обслуживание одного логического раздела не затрагивает другие разделы.
Устройства внешней памяти и логические разделы диска имеют логическое имя .
В ОС Windows приняты логические имена, состоящие из латинской буквы и двоеточия:
для дисководов гибких дисков (дискет) – A: и B:
для жестких дисков и логических разделов –C:, D:, E: и т.д.
для оптических дисководов – имена, следующие после жестких дисков (например, F:)
Для подключаемой к компьютеру флеш-памяти – следующее имя (например, G:)
Логические разделы, принадлежащие первому жесткому диску – имена hda1, hda2 и т.д.;
Логические разделы, принадлежащие второму жесткому диску получают имена hdb1, hdb2 и т.д.
^ Файл – это поименованная область внешней памяти.
Файловая система – это часть ОС, определяющая способ организации, хранения и именования файлов на носителях информации.
Файл характеризуется набором параметров (имя, размер, дата создания, дата последнего изменения) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки (архивный, системный, скрытый, только для чтения). Размер файла выражается в байтах.
Имя файла , как правило, состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени файла и расширения .
Имя файлу дает пользователь. Расширение имени обычно задается программой автоматически при сохранении файла. Расширение позволяет пользователю его тип, а операционной системе открыть файл с помощью нужного приложения.
В ОС Windows в имени файла зап0рещено использование следующих символов: \, /, :, *, ?, ”, |. В Linux эти символы, кроме /, допустимы.
Операционная система Linux, в отличие от Windows, различают строчные и прописные буквы в имени файла: например FILE.txt, file.txt и FiLe.txt – это в Linux три разных файла.
Наиболее распространенные типы файлов и расширений:
| Тип файла | Примеры расширений |
| Системный файл | drv, sys |
| Текстовый файл | txt, rtf, doc, docx, odt |
| Графический файл | bmp, gif, jpg, tif, png, psd |
| Web-страница | htm, html |
| Звуковой файл | wav, mp3, midi, kar, ogg |
| Видеофайл | avi, mpeg |
| Архив | zip, rar |
| Электронная таблица | xls, ods |
| Код (текст) программы на языках программирования | bas, pas |
В ОС Linux выделяют следующие типы файлов:
обычные файлы – файлы с программами и данными
каталоги – файлы, содержащие информацию о каталогах
ссылки – файлы, содержащие ссылки на другие файлы
специальные файлы устройств – файлы, используемые для представления физических устройств компьютера (жестких и оптических дисководов, принтера, звуковых колонок и т.д.)
Каталоги
На каждом компьютере или носителе информации может находиться большое количество файлов. Для удобства поиска информации файлы по определенным признакам объединяются в группы, называемые каталогами
или папками
.
Каталоги также получают собственное имя. Каталог сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Каждый каталог может содержать множество файлов и вложенных каталогов.
Каталог
– это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов).
Каталог самого верхнего уровня называется корневым каталогом
.
В ОС Windows любой информационный носитель имеет корневой каталог, который создается операционной системой без участия пользователя. Обозначаются корневые каталоги добавлением к логическому имени соответствующего устройства внешней памяти знака «\» (обратный слеш): А:\, С:\, В:\ и т.д.
В Linux каталоги жестких дисков или их логических разделов не принадлежат верхнему уровню файловой системы (не являются корневыми каталогами). Они «монтируются» в каталог mnl. Другие устройства внешней памяти (гибкие, оптические и флеш-диски) «монтируются» в каталог media. Каталоги mnt и media в свою очередь, «монтируются» в единый корневой каталог, который обозначается знаком «/» (прямой слеш).
Файловая структура диска – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними.
Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).
Простые файловые структуры
могут использоваться для дисков с небольшим (до нескольких десятков) количеством файлов. В этом случае оглавление диска представляет собой линейную последовательность имен файлов.
Иерархические файловые структуры
используются для хранения большого (сотни и тысячи) количества файлов. Иерархия – это расположение частей (элементов) целого в порядке от высшего к низшим.
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом .
Чтобы обратиться к нужному файлу, хранящемуся на некотором диске, можно указать путь к файлу – имена всех каталогов от корневого до того, в котором непосредственно находится файл.
Последовательно записанные путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла
.
Пример полного имени файла в ОС Windows:
E:\изображения\фото\Поездка.jpeg
