Файлы и файловые структуры

Файлы и файловые структуры

Содержание урока

2.4.1. Логические имена устройств внешней памяти

2.4.1. Логические имена устройств внешней памяти

Ключевые слова:

К каждому компьютеру может быть подключено несколько устройств внешней памяти. Основным устройством внешней памяти ПК является жёсткий диск. Если жёсткий диск имеет достаточно большую ёмкость, то его можно разделить на несколько логических разделов.

Наличие нескольких логических разделов на одном жёстком 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 жёстком диске в различные логические разделы можно установить разные операционные системы;
• обслуживание одного логического раздела не затрагивает другие разделы.

Каждое подключаемое к компьютеру устройство внешней памяти, а также каждый логический раздел жёсткого диска имеет логическое имя.

В операционной системе Windows приняты логические имена устройств внешней памяти, состоящие из одной латинской буквы и знака двоеточия:

• для дисководов гибких дисков (дискет) — А: и В:;
• для жёстких дисков и их логических разделов — С:, D:, Е: и т. д.;
• для оптических дисководов — имена, следующие по алфавиту после имени последнего имеющегося на компьютере жёсткого диска или раздела жёсткого диска (например, F:);
• для подключаемой к компьютеру флеш-памяти — имя, следующее за последним именем оптического дисковода (например, G:).

В операционной системе Linux приняты другие правила именования дисков и их разделов. Например:

• логические разделы, принадлежащие первому жёсткому диску, получают имена hdal, hda2 и т. д.;
• логические разделы, принадлежащие второму жёсткому диску, получают имена hdbl, hdb2 и т. д.

Следующая страница 2.4.2. Файл

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:

Слева от точки находится собственно имя файла (ту-prog). 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 — 255 символов.

Расширение указывает, какого рода информация хранится в данном файле. Например, расширение txt обычно обозначает текстовый файл (содержит текст); расширение рсх — графический файл (содержит рисунок), zip или гаг — архивный файл (содержит архив — сжатую информацию), pas — программу на языке Паскаль.

Файлы, содержащие выполнимые компьютерные программы, имеют расширения ехе или com. Например, программа популярной игры "Тетрис" хранится в файле tetris.exe. 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.

Файловая структура диска

Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Различные ОС могут поддерживать разные организации файловых структур. Существуют две разновидности файловых структур: простая, или одноуровневая, и иерархическая — многоуровневая.

Одноуровневая файловая структура — это простая последовательность файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Например, если файл tetris.exe находится на диске А:, то его "полный адрес" выглядит так:

Операционные системы с одноуровневой файловой структурой используются на простейших учебных компьютерах, оснащенных только гибкими дисками.

Многоуровневая файловая структура — древовидный (иерархический) способ организации файлов на диске. Для облегчения понимания этого вопроса воспользуемся аналогией с традиционным "бумажным" способом хранения информации. В такой аналогии файл представляется как некоторый озаглавленный документ (текст, рисунок) на бумажных листах. Следующий по величине элемент файловой структуры называется каталогом. Продолжая "бумажную" аналогию, каталог будем представлять как папку, в которую можно вложить множество документов, т. е. файлов. Каталог также получает собственное имя (представьте, что оно написано на обложке папки).

Каталог сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Это аналогично тому, как папка вкладывается в другую папку большего размера. Таким образом, каждый каталог может содержать внутри себя множество файлов и вложенных каталогов (их называют подкаталогами). Каталог самого верхнего уровня, который не вложен ни в какой другой каталог, называется корневым каталогом.

В операционной системе Windows для обозначения понятия "каталог" используется термин "папка".

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 PETROV и один файл fin.com. Папка IVANOV содержит в себе две вложенные папки PROGS и DATA. Папка DATA — пустая; в папке PROGS имеются три файла и т. д. На дереве корневой каталог обычно изображается символом .

Читайте также:  Icloud что это такое на айфоне
Рис. 2.9. Пример иерархической файловой структуры

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 MS-DOS и Windows выглядят так:

Таблица размещения файлов

Сведения о файловой структуре Диска содержатся на этом же диске в виде таблицы размещения файлов. Используя файловую систему ОС, пользователь может последовательно просматривать на экране содержимое каталогов (папок), продвигаясь по дереву файловой структуры вниз или вверх.

На рис. 2.10 показан пример отображения на экране компьютера дерева каталогов на логическом диске Е: (левое окно).

В правом окне представлено содержимое папки ARCON. ")то множество файлов различных типов. Отсюда, например, понятно, что полное имя первого в списке файла следующее:

Из таблицы можно получить дополнительную информацию о файлах. Например, файл dos4gw.exe имеет размер 254 556 байтов и был создан 31 мая 1994 года в 2 часа 00 мин.

Найдя в таком списке запись о нужном файле, применяя команды ОС, пользователь может выполнить с ним различные действия: инициализировать программу, содержащуюся В файле; удалить, переименовать, скопировать файл. Выполнять все эти операции вы научитесь на практическом занятии.

Рис. 2.10. Дерево каталогов

    1. Как называется операционная система, используемая в вашем компьютерном классе?
    2. Какую файловую структуру использует операционная система на ваших компьютерах (простую, многоуровневую)?
    3. Сколько физических дисководов работает на ваших компьютерах? Сколько логических дисков находится на физических дисках и какие имена они имеют в операционной системе?
    4. Каким правилам подчиняются имена файлов в вашей ОС?
    5. Что такое путь к файлу на диске, полное имя файла?
    6. Научитесь (под руководством учителя) просматривать на экране каталоги дисков на ваших компьютерах.
    7. Научитесь инициализировать работу программ из программных файлов (типа exe, com).
    8. Научитесь выполнять основные файловые операции в используемой ОС (копирование, перемещение, удаление, переименование файлов).

Пользовательский интерфейс

Дружественный пользовательский интерфейс

А теперь познакомьтесь с новым для вас понятием "пользовательский интерфейс".

Разработчики современного программного обеспечения стараются сделать работу пользователя за компьютером удобной, простой, наглядной. Потребительские качества любой программы во многом определяются удобством ее взаимодействия с пользователем.

Форму взаимодействия программы с пользователем называют пользовательским интерфейсом. Удобная для пользователя форма взаимодействия называется дружественным пользовательским интерфейсом.

Интерфейс современных системных и прикладных программ носит название объектно-ориентированного интерфейса. Примером операционной системы, в которой реализован объектно-ориентированный подход, является Windows.

Операционная система работает с множеством объектов, к числу которых относятся: документы, программы, дисководы, принтеры и другие объекты, с которыми мы имеем дело, работая в операционной системе.

Документы содержат некоторую информацию: текст, звук, картинки и т. д. Программы используются для обработки документов. Отдельные программы и документы неразрывно связаны между собой: текстовый редактор работает с текстовыми документами, графический редактор — с фотографиями и иллюстрациями, программа обработки звука позволяет записывать, исправлять и прослушивать звуковые файлы.

Документы и программы — это информационные объекты. А такие объекты, как дисководы и принтеры, являются аппаратными (физическими) объектами. С объектом операционная система связывает:

В интерфейсе операционной системы для обозначения документов, программ, устройств используются значки (их еще называют пиктограммами, иконками) и имена. Имя и значок дают возможность легко отличить один объект от другого (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Имена и значки различных объектов в операционной системе Windows

С каждым объектом связан определенный набор свойств и множество действий, которые могут быть выполнены над объектом.

Например, свойствами документа являются его местоположение в файловой структуре и размер. Действия над документом: открыть (просмотреть или прослушать), переименовать, напечатать, скопировать, сохранить, удалить и др.

Операционная система обеспечивает одинаковый пользовательский интерфейс при работе с разными объектами. В операционной системе Windows для знакомства со свойствами объекта и возможными над ним действиями используется контекстное меню (рис. 2.12) (для вызова контекстного меню следует выделить значок объекта и щелкнуть правой кнопкой мыши).

Читайте также:  Gainward geforce gtx 650 1gb

Меню — это выводимый на экран список, из которого пользователь может выбирать нужный ему элемент.

Рис. 2.12. Контекстное меню документа

В меню на рис. 2.12 все пункты, кроме последнего, относятся к действиям, которые можно выполнить с документом. Выбор нужного пункта меню производится с помощью клавиш управления курсором или манипулятора (например, мыши). Если выбрать пункт меню "Свойства", то на экран будет выведен список свойств данного объекта.

    1. Что такое пользовательский интерфейс?
    2. Чем характеризуется объект (с точки зрения объектно-ориентированного подхода)?
    3. Каким образом можно узнать свойства объекта или выполнить действие над ним?

Компьютерный файл — это ресурс для дискретной записи данных в компьютерное запоминающее устройство. Как слова могут быть записаны на бумаге, так и информация может быть записана в ПК. Файлы и файловая структура являются одной из основ в современной технологии.

Существуют разные типы компьютерных файлов, предназначенные для разных целей. Он может быть предназначен для хранения изображения, письменного сообщения, видео, компьютерной программы или множества других видов данных. Некоторые виды могут хранить несколько типов информации одновременно.

Используя компьютерные программы, человек может открывать, читать, изменять и закрывать файлы. Они могут быть открыты, изменены и скопированы произвольное количество раз.

Как правило, они организованы в систему, которая отслеживает их расположение на диске и обеспечивает доступ пользователя. Говоря научным языком, файловая система – это иерархическая структура хранения файлов.

Происхождение термина

Слово «файл» происходит от латинского filum («нить»). Этот термин начал использоваться в контексте компьютерного хранения еще в январе 1940 года. Тогда впервые таблицы функций были построены на основе их различий с большой эффективностью, либо в виде печатных таблиц, либо в виде набора перфокарт.

В феврале 1950 года в рекламе Radio Corporation of America (RCA), описывающей новую вакуумную трубку с «памятью», результаты бесчисленных вычислений, которые можно сохранять и удалять, были названы файлами. В 1952 году термин «файл» обозначал, в частности, информацию, хранящуюся на перфокартах.

Изменение сути термина

При раннем использовании базовое оборудование, а не содержимое, хранящееся на нем, обозначалось как «файл». Например, дисководы IBM 350 были названы «дисковые файлы». Примерно в 1961 году благодаря Burroughs MCP и MIT-совместимой системе разделения концепция «файловой системы», которая управляет несколькими виртуальными «файлами» на одном устройстве хранения, является источником современного обозначения этого слова. Хотя современный «регистр» демонстрирует раннюю концепцию этих объектов, его использование значительно сократилось. Определение файлов и файловой структуры в информатике сегодня имеет несколько другой контекст.

Содержимое объекта

Как выглядит структура файла в файловой системе? В большинстве современных операционных систем они организованы в одномерные массивы байтов. Формат каждого из них определяется содержимым, так как они являются исключительно контейнерами для данных, хотя на некоторых платформах формат обычно указывается расширением их имени. Это определяет правила, как байты должны быть организованы и интерпретированы осмысленно. Например, байты простого текстового файла (.txt в Windows) связаны с символами ASCII или UTF-8, в то время как байты изображения, видео и аудио интерпретируются иначе. Большинство типов файлов также выделяют несколько байтов для метаданных, что позволяет им нести основную информацию о себе.

Типы файлов данных в файловых структурах могут отличаться. Некоторые из них могут хранить произвольные (не интерпретируемые) специфичные данные вне формата объекта, но связанные с ним, например, расширенные атрибуты. В других системах это может быть сделано с помощью дополнительных данных или программных баз. Однако все эти методы более подвержены потере метаданных, чем форматы контейнерных и архивных файлов.

Размеры данных объектов

В любой момент времени файл может иметь размер, обычно выражаемый числом байтов, который указывает, сколько памяти связано с ним. В большинстве современных операционных систем размер может быть любым неотрицательным целым числом байтов, вплоть до системного предела. Многие старые ОС отслеживали только количество блоков или дорожек, занимаемых файлом на физическом устройстве хранения. В таких системах в программном обеспечении использовались другие методы для отслеживания точного количества байтов (например, CP/M использовала специальный управляющий символ Ctrl-Z для обозначения конца текстовых файлов).

Однако общее определение файла в файловой структуре не требует, чтобы его размер имел какое-либо реальное значение, если только данные в нем не соответствуют информации в пуле постоянного хранения. Особый случай — файл с нулевым байтом. Такие объекты могут быть вновь созданными файлами, в которые еще не было записано никаких данных, или они могут служить в качестве какого-либо флага в файловой системе, или являются случайными (результаты прерванных операций с диском).

Например, файл, на который указывает ссылка /bin/ls в типичной Unix-подобной системе, вероятно, имеет определенный размер, который редко изменяется. По сравнению с ним, /dev/null может иметь неопределенный размер. Это вводит в заблуждение, потому что последний объект на самом деле не является файлом. В Unix-подобных системах все ресурсы, включая устройства, доступны как файлы. Но все же существует реальное различие между ними — по сути, они ведут себя по-разному). И неопределенность размера является одним из проявлений этого.

Организация данных

Информация в компьютерном файле может состоять из небольших пакетов информации (часто называемых «записями» или «строками»), которые индивидуально отличаются, но имеют некоторые общие черты. В учебнике информатики для 7 класса «Файлы и файловые структуры» это подробно описано с примерами.

Например, электронная таблица о заработной плате в организации может содержать данные обо всех сотрудниках компании и сведениях об их заработной плате, каждая запись в ней касается только одного сотрудника, а все записи имеют общую черту связи (зарплата). Это очень похоже на размещение всей информации в определенном журнале, хранящемся в сейфе в офисе, в котором нет компьютера. Текстовый файл может содержать строки текста, соответствующие напечатанным строкам на листе бумаги. Альтернативно он может содержать произвольное двоичное изображение (BLOB) или исполняемый файл.

Читайте также:  Intel celeron m 410

Как они организованы в программы?

Какую структуру образуют файлы в файловых системах? То, как информация группируется в файлах, полностью зависит от того, как она спроектирована. Это привело к множеству более или менее стандартизированных структур для всех возможных целей, от самых простых до самых сложных. Большинство компьютерных файлов используются компьютерными программами, которые создают, изменяют или удаляют их для собственного использования по мере необходимости. Программисты, которые создают программы, решают, какие файлы нужны, как их использовать и как называть (чаще всего).

В некоторых случаях компьютерные программы манипулируют файлами, которые становятся видимыми для пользователя компьютера. Например, в приложении обработки текстов пользователь манипулирует файлами документов, которые он лично называет. Хотя их содержимое организовано в формате, понятном программе обработки текста, пользователь может выбрать имя и местоположение файла и предоставить большую часть информации (например, слова и текст), которая будет храниться в нем.

Иерархия и архивы

По учебнику информатики, файлы и файловая структура предполагают следующую иерархию. Многие приложения упаковывают все свои объекты данных в один, называемый архивным, используя внутренние маркеры для определения различных типов информации, содержащейся в них. Преимущества архивного файла состоят в том, что он позволяет уменьшить количество объектов для более легкой передачи, уменьшить объем хранилища или просто организовать устаревшие данные. Файл архива должен быть распакован перед следующим использованием.

Основные операции, которые программы могут выполнять над файлом:

  • Создать новый.
  • Изменить права доступа и атрибуты.
  • Открыть, что делает его содержимое доступным для программы.
  • Читать данные из него.
  • Записать данные в него.
  • Закрыть файл, разрывая связь между ним и программой.

Как это работает на Windows и Unix?

Файловая структура ОС и операции с файлами могут быть различными. Объекты на компьютере можно создавать, перемещать, изменять, увеличивать, уменьшать и удалять. В большинстве случаев именно программы выполняют эти операции, но пользователь компьютера также может при необходимости управлять данными. Например, файлы Microsoft Word обычно создаются и изменяются программой Microsoft Word в ответ на пользовательские команды, но юзер также может перемещать, переименовывать или удалять эти файлы напрямую с помощью программы управления, такой как Windows Explorer (на компьютерах «Виндовс») или с помощью командной строки (CLI).

В Unix-подобных системах программы пользовательского пространства не работают напрямую на низком уровне с файлом. Только ядро ​​имеет дело с ними, и оно обрабатывает все взаимодействия пользователя с файлами таким способом, который прозрачен для пространства пользователя. Операционная система обеспечивает уровень абстракции, и это означает, что взаимодействие с файлом из пространства пользователя происходит просто через его имя (вместо дескриптора).

Например, rm filename не удалит сам файл, а только ссылку на него. Этих ссылок может быть много, но когда все они удалены, ядро ​​считает, что пространство памяти этого файла свободно перераспределяется. Оно обычно считается угрозой безопасности (из-за наличия программного обеспечения для восстановления файлов). Любая программа безопасного удаления использует функции пространства ядра (системы) для очистки этих данных.

Выявление и организация

В современных компьютерных системах доступ к файлам и файловой структуре обычно осуществляется с использованием их имен. В некоторых ОС имя связано с самим файлом. В других случаях он является анонимным, и на него указывают ссылки с именами. В последнем случае пользователь может идентифицировать имя ссылки с самим файлом, но это ложный аналог, особенно если существует несколько ссылок на один и тот же объект.

Файлы в файловой структуре (или ссылки на них) могут быть расположены в каталогах. Однако в более общем случае каталог может содержать либо список файлов, либо список ссылок на них. В рамках этого определения чрезвычайно важно, чтобы термин «файл» включал каталоги. Это допускает существование иерархий каталогов, то есть наличие подкаталогов.

Имя, которое ссылается на файл в каталоге, обычно должно быть уникальным. Другими словами, в нем не должно быть одинаковых названий. Однако в некоторых операционных системах оно может включать в себя спецификацию типа, которая означает, что каталог может содержать идентичное имя для более, чем одного типа объекта.

Как они располагаются на носителе?

Файлы и файловая система в логической структуре диска выглядят так. В средах, в которых имя объекта указано, оно и путь к его каталогу должны однозначно идентифицировать его среди всех других объектов в компьютерной системе — никакие два файла не могут иметь одинаковые имя и путь. Если объект является анонимным, именованные ссылки на него будут существовать в пространстве имен. В большинстве случаев любое имя будет ссылаться на ровно ноль или один файл. Однако любой объект может быть представлен в любом пространстве имен нулем, одним или несколькими именами.

Иерархия объектов

Большинство компьютеров организуют файлы в иерархии, используя папки, каталоги или каталоги. Концепция остается неизменной, независимо от используемой терминологии. Каждая папка может содержать произвольное количество файлов, а также может содержать другие папки, которые называются подпапками. Они могут содержать еще больше файлов и папок и т. д., выстраивая древовидную структуру, в которой одна «основная папка» (или «корневая» — название меняется, в зависимости от операционной системы) может содержать любое количество уровней других объектов. Папки могут иметь такие же названия, как файлы (кроме корневой, которая остается без имени). Их использование упрощает организацию файлов логическим способом.

Когда компьютер допускает использование папок, каждая из них, как и файл имеет не только собственное имя, но и путь, который определяет каталог, в которых он находится. В указании пути для разделения имен используется какой-то специальный символ — например, косая черта.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector