Файловая технология организации данных в современных ПК

ФГОУ  СПО

«СМОЛЕНСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО – ЭКОНОИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» 
 

ДОКЛАД 

на тему: Файловая технология организации данных  в современных ПК

по дисциплине: «Информационные  технологии в профессиональной деятельности»

специальность: «Технология  машиностроения» 
 
 

выполнила: студентка

группы 814-Т (АПТП)

Малькова М.А

проверила: преподаватель

Елисеева А.А 
 
 
 
 

Смоленск 2011г.

План.

1.Системное  программное обеспечение  ПК 

- Базы данных и файловые системы

- Файловые системы

- Структуры файлов

- Именование файлов

- Защита файлов

- Режим многопользовательского  доступа 

2. Принципы организации  основной памяти  в современных  компьютерах 

- Общие положения

- Увеличение разрядности основной памяти

- Память с расслоением

- Использование специфических свойств динамических ЗУПВ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Файловые  системы 

Все современные  ОС обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках и обеспечения доступа  к ним. 
 
Основные функции файловой системы можно разделить на две группы:

·  Функции для работы с файлами (создание, удаление, переименование файлов и т.д.)

·  Функции для работы с данными, которые хранятся в файлах (запись, чтение, поиск данных и т.д.)

Известно, что  файлы используются для организации  и хранения данных на машинных носителях. Файл – это последовательность произвольного  числа байтов, обладающая уникальным собственным именем или поименованная  область на машинных носителях. 
 
Структурирование множества файлов на машинных носителях осуществляется с помощью каталогов, в которых хранятся атрибуты (параметры и реквизиты) файлов. 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. Данные о том, в каком месте на диске записан файл, хранится в таблице размещения файлов (FileAllocationTable, FAT). 
 
Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты могут воспользоваться второй копией для восстановления тома. 
 
По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, так как операционная система использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. 
 
Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора 512 байт. Поскольку размер FAT – таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным.  
 
В связи с этим группы секторов условно объединяются  в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска. 

Сначала для  дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная  версия FAT (так называемая FAT12). Затем  в MS-DOS была введена 16-разрядная версия FAT для более крупных дисков. 
 
Операционные системы MS DOS, Win 95, Win NT реализуют 16 – разрядные поля в таблицах размещения файлов. Файловая система FAT32 была введена в Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. 
 
FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт. 
 
FAT32 обеспечивает поддержку дисков размером до 2 Тбайт и более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры, что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства.  
 
В Windows XP применяется FAT32 и NTFS. Более перспективным направлением в развитии файловых систем стал переход к NTFS (NewTechnologyFileSystem – файловая система новой технологии)с длинными именами файлов и надежной системой безопасности. 
 
Объем раздела NTFS не ограничен. В NTFS минимизируется объем дискового пространства, теряемый вследствие записи небольших файлов в крупные кластеры. Кроме того, NTFS позволяет экономить место на диске, сжимая сам диск, отдельные папки и файлы. 

По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное” имя.  
Согласно соглашению, принятому в MS-DOS, способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3., т.е. имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа. 
 
Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. Имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются “короткими”. 
 
С появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие “длинного” имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. “Длинное” имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ <> |. 
 
В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Имя файла заканчивается расширением, состоящим из трех символов. Расширение используется для классификации файлов по типу. 
 
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратный слеш - обратная косая черта).Например: D:\Documents andSettings\ТВА\Мои документы\lessons-tva\ robots.txt 
 
Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры – людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. 
 
К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

·  создание файлов и присвоение им имен;

·  создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

·  переименование файлов и каталогов (папок);

·  копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

·  удаление файлов и каталогов (папок);

·  навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

·  управление атрибутами файлов.  
 
 
 

1.Системное  программное обеспечение  ПК

- Базы данных и  файловые системы

На первой лекции мы рассмотрим общий смысл понятий  БД и СУБД. Начнем с того, что с  самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных  расчетов, которые слишком долго  или вообще невозможно производить  вручную. Становление этого направления  способствовало интенсификации методов  численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению  обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление, которое непосредственно касается темы нашего курса, это использование  средств вычислительной техники  в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом  широком смысле информационная система  представляет собой программный  комплекс, функции которого состоят  в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы  резервирования авиационных или  железнодорожных билетов, мест в  гостиницах и т.д.

На самом деле, второе направление возникло несколько  позже первого. Это связано с  тем, что на заре вычислительной техники  компьютеры обладали ограниченными  возможностями в части памяти. Понятно, что можно говорить о  надежном и долговременном хранении информации только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством  обычно не обладает. В начале использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны (они больше всего похожи на современные магнитные диски с фиксированными головками) давали возможность произвольного доступа к данными, но были ограниченного размера.

Легко видеть, что  указанные ограничения не очень  существенны для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.

С другой стороны, для информационных систем, в которых  потребность в текущих данных определяется пользователем, наличие  только магнитных лент и барабанов  неудовлетворительно. Представьте  себе покупателя билета, который стоя у кассы должен дождаться полной перемотки магнитной ленты. Одним  из естественных требований к таким  системам является средняя быстрота выполнения операций.

Как кажется, именно требования к вычислительной технике  со стороны нечисленных приложений вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками, что явилось революцией в истории вычислительной техники. Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных.

С появлением магнитных  дисков началась история систем управления данными во внешней памяти. До этого  каждая прикладная программа, которой  требовалось хранить данные во внешней  памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной  ленте или барабане и выполняла  обмены между оперативной и внешней  памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных команд или вызовов соответствующих  программ операционной системы). Такой  режим работы не позволяет или  очень затрудняет поддержание на одном внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации данных во внешней памяти.

- Файловые системы

Историческим  шагом явился переход к использованию  централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы  файл - это именованная область  внешней памяти, в которую можно  записывать и из которой можно  считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура  этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами  берет на себя распределение внешней  памяти, отображение имен файлов в  соответствующие адреса во внешней  памяти и обеспечение доступа  к данным.

Первая развитая файловая система была разработана  фирмой IBM для ее серии 360. К настоящему времени она очень устарела, и  мы не будем рассматривать ее подробно. Заметим лишь, что в этой системе поддерживались как чисто последовательные, так и индексно-последовательные файлы, а реализация во многом опиралась на возможности только появившихся к этому времени контроллеров управления дисковыми устройствами. Если учесть к тому же, что понятие файла в OS/360 было выбрано как основное абстрактное понятие, которому соответствовал любой внешний объект, включая внешние устройства, то работать с файлами на уровне пользователя было очень неудобно. Требовался целый ряд громоздких и перегруженных деталями конструкций. Все это хорошо знакомо программистам среднего и старшего поколения, которые прошли через использование отечественных аналогов компьютеров IBM.

- Структуры файлов

Дальше мы будем  говорить о более современных  организациях файловых систем. Начнем со структур файлов. Прежде всего, практически  во всех современных компьютерах  основными устройствами внешней  памяти являются магнитные диски  с подвижными головками, и именно они служат для хранения файлов. Такие магнитные диски представляют 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. На каждой поверхности цилиндр "высекает" дорожку, так что каждая поверхность  содержит число дорожек, равное числу  цилиндров. При разметке магнитного диска (специальном действии, предшествующем использованию диска) каждая дорожка  размечается на одно и то же количество блоков таким образом, что в каждый блок можно записать по максимуму  одно и то же число байтов. Таким  образом, 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.

Однако эта  возможность обмениваться с магнитными дисками порциями меньше объема блока  в настоящее время не используется в файловых системах. Это связано  с двумя обстоятельствами. Во-первых, при выполнении обмена с диском аппаратура выполняет три основных действия: подвод головок к нужному цилиндру, поиск на дорожке нужного блока  и собственно обмен с этим блоком. Из всех этих действий в среднем  наибольшее время занимает первое. Поэтому существенный выигрыш в  суммарном времени обмена за счет считывания или записывания только части блока получить практически  невозможно. Во-вторых, для того, чтобы  работать с частями блоков, файловая система должна обеспечить соответствующего размера буфера оперативной памяти, что существенно усложняет распределение  оперативной памяти.