Файловая структура диска

Архангельский государственный университет

Котласский филиал

очное отделение


Факультет: технический

Специальность: ПГС


Курсовая работа


Дисциплина: информатика

Тема: Фаиловая Структура Диска


Выполнила студентка 1 курса

Гр С-12

Жубрева Ольга Александровна

Проверил:


Котлас

2002


Содержание.

Вступление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

§ 1 Понятие файловой системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

§ 2 Файловая система MS-DOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

§ 3 Файловая система Windows 95 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

§ 4 Файловая система Windows NT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21


2


Вступление .

В методическом пособии раскрыта сущность понятия “файловая система”, которое является одним из важнейших понятий в курсе “Програмное обеспечение ЭВМ”, а также представлена структура файловых систем таких операционных систем, как MS-DOS, Windows 95, Windows NT.

Попыткой достигнуть этой цели и определяется структура настоящего пособия : материал темы разбит на 4 основных части (части представлены в виде параграфоф), каждая из частей также по мере необходимости разбита на более мелкие детальные части.


3

§ 1 Понятие файловой системы.


1.1. Определение файловой системы.


Файл (по английски File) - папка,скоросшиватель.

Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом

носителе, предназначенная для хранения информации.

Совокупность средств операционной системы, обеспечивающих доступ к информации, на внешних носителях называется системой управления файлами или файловой системой.

Файловая система (file system) – функциональная часть операционной системы, которая отвечает за обмен данными с внешними запоминающими устройствами.

ОРГАНИЗАЦИЯ ДОСТУПА К ФАЙЛУ

Структура каталога

Надеемся, что вы хорошо представляете себе организацию хранения книг в библиотеке и соответственно процедуру поиска нужной книги по ее шифру из каталога. Перенесите свое представление об этом на способ хранения файлов на диске и организацию к нему доступа.

Доступ — процедура установления связи с памятью и размещенным в ней файлом для записи и чтения данных.

Имя логического диска, стоящее перед именем файла в спецификации, указывает логический диск, на котором следует искать файл. На этом же диске организован каталог, в котором хранятся полные имена файлов, а также их характеристики: дата и время создания;

объем (в байтах); специальные атрибуты. По аналогии с библиотечной системой организации каталогов полное имя файла, зарегистрированное в каталоге, будет служить шифром, по которому операционная система находит месторасположение файла на диске.

Каталог — справочник файлов с указанием месторасположения на диске.

Различают два состояния каталога — текущее (активное) и пассивное. MS DOS помнит текущий каталог на каждом логическом диске.

Текущий (активный) каталог — каталог, в котором работа пользователя производится в текущее машинное время.

Пассивный каталог — каталог, с которым в данный момент времени не имеется связи.


4

В операционной системе MS DOS принята и ер ар хическая с т рук т ур а (рис. 9.1) организации каталогов. На каждом диске всегда имеется единственный главный (корневой) каталог. Он находится на 0-м уровне иерархической структуры и обозначается символом "". Корневой каталог создается при форматировании (инициализации, разметке) диска, имеет ограниченный размер и не может быть удален средствами DOS. В главный каталог могут входить другие каталоги и файлы, которые создаются командами операционной системы и могут быть удалены соответствующими командами.

Рис. 9.1. Иерархическая структура организации каталога

Родительский каталог — каталог, имеющий подкаталоги. Подкаталог — каталог, который входит в другой каталог.

Таким образом, любой каталог, содержащий каталоги нижнего уровня, может быть, с одной стороны, по отношению к ним родительским, а с другой стороны, подчиненным по отношению к каталогу верхнего уровня. Как правило, если это не вызывает путаницы, употребляют термин "каталог", подразумевая или подкаталог, или родительский каталог в зависимости от контекста.

Каталоги на дисках организованы как системные файлы. Единственное исключение — корневой каталог, для которого отведено фиксированное место на диске. Доступ к каталогам можно получить, как к обыкновенному файлу.

Примечание. В структуре каталогов могут находиться каталоги, не содержащие ни одного файла или подкаталога. Такие подкаталоги Правила наименования подкаталогов такие же, как и правила наименования файлов (см. подразд. 9.1). Для формального отличия от файлов обычно подкаталогам присваивают только имена, хотя можно добавить и тип по тем же правилам, что и для файлов.

Доступ к содержимому файла организован из главного каталога, через цепочку соподчиненных каталогов (подкаталогов) я-го уровня. В каталоге любого уровня могут храниться записи как о файлах, так и о каталогах нижнего уровня. называются пустыми.

На рис. 9.2 приведена простейшая структура каталога, где в главном каталоге 0-го

уровня хранятся только записи о файлах, каталогов нижнего уровня не существует

.

5


На рис. 9.3 приведена иерархическая структура каталога, где в каталогах любого уровня хранятся записи о файлах и каталогах нижнего уровня. Причем переход в каталог нижнего уровня может быть организован только последовательно через соподчиненные каталоги.


Рис. 9.2. Простейшая структура каталога, в котором отсутствуют каталоги нижнего уровня


6


Рис. 93,.. Типовая структура каталога ,состоящего из каталогов нижнего уровня: при обозначении каталога нижнего уровня используются три цифры: первая цифра обозначает номер уровня; вторая — порядковый номер этого каталога на данном уровне, третья указывает, на каком уровне зарегистрировано его имя. Каждый каталог имеет имя КАТ с индексами. Например, КАТ342 — имя каталога третьего уровня, который зарегистрирован в каталоге второго уровня под номером 4

Нельзя перейти из главного каталога сразу в каталог, например 5-го уровня. Нужно обязательно пройти через все предыдущие каталоги высшего уровня.

Описанный выше принцип организации доступа к файлу через каталог является основой файловой системы.

Файловая система — часть операционной системы, управляющая размещением и доступом к файлам и каталогам на диске.

С понятием файловой системы тесно связано понятие файловой структуры диска, под которой понимают, как размещаются на диске: главный каталог, подкаталоги, файлы, операционная система, а также какие для них выделены объемы секторов, кластеров, дорожек.

Правила формирования файловой структуры диска. При формировании файловой структуры диска операционная система MS DOS соблюдает ряд правил:

• файл или каталог могут быть зарегистрированы с одним и тем же именем в разных каталогах, но в одном и том же каталоге только один раз;

• порядок следования имен файлов и подкаталогов в родительском каталоге произвольный;

• файл может быть разбит на несколько частей, для которых выделяются участки дискового пространства одинакового объема на разных дорожках и секторах.

Путь и приглашение

Из рис. 9.1 - 9.3 видно, что доступ к файлу осуществляется через каталог благодаря зарегистрированному в нем имени данного файла. Если каталог имеет иерархическую структуру, то доступ к файлу операционная система организует в зависимости от положения подкаталога, в котором зарегистрировано имя искомого файла.

Доступ к файлу можно организовать следующим образом:

• если имя файла зарегистрировано в текущем каталоге, то достаточно для доступа к файлу указать только его имя;

• если имя файла зарегистрировано в пассивном каталоге, то, находясь в текущем каталоге, вы должны указать путь, т.е. цепочку соподчиненных каталогов, через которые следует организовать доступ к файлу.

7

Путь — цепочка соподчиненных каталогов, которую необходимо пройти по иерархической структуре к каталогу, где зарегистрирован искомый файл. При задании пути имена каталогов записываются в порядке следования и отделяются друг от друга символом .

Взаимодействие пользователя с операционной системой осуществляется с помощью командной строки, индицируемой на экране дисплея. В начале командной строки всегда имеется приглашение, которое заканчивается символом >. В приглашении может быть отображено: имя текущего диска, имя текущего каталога, текущее время и дата, путь, символы-разделители.

Приглашение операционной системы — индикация на экране дисплея информации, означающей готовность операционной системы к вводу команд пользователя.

 


Пример 9.8.

А:

Текущим дисководом является дисковод с гибким диском А, текущим каталогом — главный, на что указывает символ .

С:КАТ1КАТ2

Текущим диском является жесткий диск С. Текущим каталогом — каталог второго уровня КАТ2, входит в каталог первого уровня КАТ1, который, в свою очередь, зарегистрирован в главном каталоге.

Возможны три варианта организации пути доступа к файлу в зависимости от места его регистрации:

  • файл находится в текущем каталоге (путь отсутствует). При организации доступа к файлу достаточно указать его полное имя;

  • файл находится в пассивном каталоге одного из нижних уровней, подчиненного текущему каталогу. При организации доступа к файлу необходимо указать путь, в котором перечислены все имена каталогов нижнего уровня, лежащих на этом пути (включая каталог, в котором зарегистрирован данный файл);

файл находится в пассивном каталоге на другой ветке по отношению к местонахождению текущего каталога иерархической структуры. При организации доступа к файлу необходимо указать путь, начиная с главного каталога, т.е. с символа . Это объясняется тем, что в иерархической структуре движение возможно только по вертикали сверху-вниз

8

  • . Горизонтальные переходы из каталога в каталог недопустимы.В нижеприведенных примерах иллюстрируются возможные варианты пути.

Пример 9.9.

Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в текущем каталоге 1-го уровня К1 жесткого диска С. Поэтому на экране индицируется приглашение С:К1

Пояснение: в этом случае путь отсутствует, и для доступа к файлу достаточно указать только его полное имя F1.TXT

Пример 9.10.

Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в каталоге 2-го уровня К2 жесткого диска С. Текущий каталог — К1. Поэтому на экране индицируется приглашение С:К1

Пояснение: в этом случае путь будет начинаться от каталога К1 вниз через подчиненный ему каталог К2. Поэтому перед полным именем файла указывается путь от текущего каталога К2 F1.TXT





9

Познакомившись с понятием пути, вернемся к введенному в подразд. 9.1 понятию спецификации файла. Существует сокращенная спецификация файла и полная спецификация файла, в образовании которой участвует путь. На рис. 9.4 показаны варианты правила образования спецификации файла.

Рис. 9.4. Форматы спецификаций (в [ ] указан необязательный параметр)

Пример 9.12. Сокращенная форма спецификации файла C:KIT.BAS

Файл с программой на Бейсике KIT.BAS находится в главном каталоге жесткого диска.

Полная форма спецификации файла

С:КАТ1КАТ2ВООК1.ТХТ

Текстовый файл ВООК1.ТХТ зарегистрирован в каталоге второго уровня КАТ2 жесткого диска С.

Структура записей в каталоге

Теперь вам предстоит знакомство со структурой хранящихся в каталоге записей со сведениями о файлах и подкаталогах нижнего уровня.

Запись о файле в каталоге содержит имя и тип файла, объем файла в байтах, дату создания, время создания и еще ряд параметров, необходимых операционной системе для организации доступа.

Запись о подкаталоге нижнего уровня в родительском каталоге содержит его имя, признак

, дату и время создания.

Рассмотрим возможные варианты содержимого каталога. 1-й вариант. В каталоге хранятся только записи о файлах (рис. 9.5). Перед записями о файлах выводится сообщение о названии каталога. В данном случае — это главный каталог гибкого диска А. В конце содержимого каталога выводится сообщение о количестве файлов, хранящихся на диске, и о свободном пространстве диска в байтах. Например, в приводимом выше каталоге выводится сообщение:

4 file(s) 359560 bytes free Количество файлов на диске. Обьем свободного пространства диска, байт2-й вариант.


10


В каталоге хранятся только записи о каталогах нижнего уровня (рис. 9.6).



Рис. 9.7. В главном каталоге хранятся файлы и подкаталоги

В конце каталога, как и в предыдущем случае, вы увидите аналогичную рассмотренной выше запись об объеме свободного пространства на диске.

3-й вариант.В каталоге хранятся записи как о файлах, так и о каталогах нижнего уровня (рис. 9.7). Из этой структуры видно, что в данном каталоге имеются 3 файла и 2 каталога нижнего уровня BASIC и LEXICON. На диске свободного пространства 2,6575 Мбайт.


11


Рассмотренные выше три варианта представления каталогов отражают содержимое главного каталога. Структура каталогов, начиная с 1-го уровня и ниже, идентична и отличается от главного только тем, что перед записями о файлах и каталогах нижнего уровня помещаются две записи с многоточием (рис. 9.8). Точки, которые вы видите вначале, означают, что на экран вызвано содержимое подкаталога (каталога 1-го уровня) KNIGA, который содержит два текстовых файла SVET и TON.


Directory of C:KNIGA

11-12-90 09:40

10-10-91 08:30
svet txt 55700 04-04-90 10:05
ton txt 60300 03-05-91 11:20
2 files 912348 bytes free

Рис. 9.8. Структура записей в подкаталоге


12


1.2. Файловая система FAT.


Операционными системами Windows используется, разработанная еще для DOS файловая система FAT, в которой для каждого раздела и тома DOS имеется загрузочный сектор, а каждый раздел DOS содержит две копии таблицы размещения файлов (file allocation table – FAT).

FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком диске.

Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами области диска, видимой для файловой системы.

При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство, эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу.

В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце каждого описания содержится ссылка на следующий занимаемый файлом кластер.

Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые шестнадцатьричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а значение непосредственно создается программой FORMAT.

Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы.

Файловая система FAT использовалась во всех версиях MS-DOS и в первых двух выпусках OS/2 (версии 1.0 и 1.1). Каждый логический том имел собственный FAT, который выполнял две функции: содержал информацию распределения для каждого файла в томе в форме списка связей модулей распределения (кластеров) и указывал, какие модули распределения свободны.

Когда таблица FAT была изобретена, это было превосходное решение для управления дисковым пространством, главным образом потому что гибкие диски, на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.

FAT была достаточно мала, чтобы находиться в памяти постоянно, позволяла обеспечивать очень быстрый произвольный доступ к любой части любого файла.

Когда FAT была применена на жестких дисках, она стала слишком большой для резидентного нахождения в памяти и ухудшала производительность системы.

Кроме того, так как информация относительно свободного дискового пространства рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT, она была непрактична при распределении файлового пространства, и фрагментация файлов оказалась препятствием высокой эффективности.

Кроме того, использование относительно больших кластеров на жестких дисках привело к большому количеству неиспользуемых участков, так как в среднем для каждого файла половина кластера была потрачена впустую.

В течение нескольких лет Microsoft и IBM делали попытку продлить жизнь файловой системы FAT благодаря снятию ограничений на размеры тома, улучшению cтратегий распределения, кэширования имен пути, и перемещению таблиц и буферов в расширенную память. Но они могут расцениваться только как временные меры, потому что файловая система просто не подходила к большим устройствам произвольного доступа.


13

§ 2 Файловая система операционной системы MS-DOS.

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.

Логические диски :

В некотором приближении можно считать, что, "с точки зрения" MS-DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск. Каждый логический диск имеет свое уникальное имя. В качестве имени логического диска используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно). Количество логических дисков, таким образом, не более 26.

Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC флоппи-диски ( FDD ).

Начиная с буквы C, именуются логические диски(разделы) HDD ( винчестер).

На рисунках дано изображение логического диска.

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B пропускается (рис.2)


Только логические диски A и C могут быть системными. Файловая структура логического диска :


Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),надо знать физический адрес первого сектора, (Nповерхности+Nдорожки+Nсектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

MS DOS избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама. Для обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS организует и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.


14


Элементы файловой структуры :

- стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор),

- область данных(оставшееся свободным дисковое пространство)

Эти элементы создаются специальными программами (в среде MS DOS) в процессе инициализации диска.


Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор) :

Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском :

- идентификатор OS(если диск системный),

- размер сектора диска,

- количество секторов в кластере,

- количество резервных секторов в начале диска,

- количество копий FAT на диске(стандарт - две),

- количество элементов в каталоге,

- количество секторов на диске,

- тип формата диска,

- количество секторов в FAT,

- количество секторов на дорожку,

- количество поверхностей,

- блок начальной загрузки OS,


За стартовым сектором располагается FAT.


FAT(таблица размещения файлов) :

Область данных диска(см.выше) представлена в MS DOS как последо-

вательность пронумерованных кластеров.

FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска.

Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT.

Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

FAT - крайне важный элемент Файловой структуры.Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют спец.программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.


Корневой каталог :

Это определенная область диска,создаваемая в процессе инициализации

(форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске.

Корневой Каталог всегда существует на отформатированном диске. На одном диске всегда бывает только один корневой каталог. Размер корневого каталога для данного диска - величина фиксированная, поэтому максимальное количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (Подкаталогов) - строго определенное.

Итак, подытоживая все выше сказанное, можно сделать вывод MS-DOS - 16-разрядная операционная система, рабо­тающая в реальном режиме процессора.

:


15


§ 4 Файловая система операционной системы Windows 95.

4.1. Предыстория создания FAT 32.

В сфере персональных компьютеров в 1987 г. возник кризис. Возможности файловой системы FAT, разработанной фирмой Microsoft за десять лет до этого для интерпретатора Standalone Disk Basic и позднее приспособленной для операционной системы DOS, были исчерпаны. FAT предназначалась для жестких дисков емкостью не свыше 32 Мбайт, а новые НЖМД большей емкости оказывались совершенно бесполезными для пользователей PC. Некоторые независимые поставщики предлагали собственные способы решения этой проблемы, однако лишь с появлением DOS 4.0 этот кризис был преодолен - на некоторое время.

Значительные изменения структуры файловой системы в DOS 4.0 позволили операционной системе работать с дисками емкостью до 128 Мбайт; с внесением в последующем незначительных дополнений этот предел был поднят до 2 Гбайт. В то время казалось, что такой объем памяти превышает любые мыслимые потребности. Однако если история персональных компьютеров чему-то и научила, то именно тому, что емкость, "превышающа любые мыслимые потребности", очень быстро становитс "почти недостаточной для серьезных работ". Действительно, в настоящее время в продаже имеютс жесткие диски емкостью, как правило, 2,5 Гбайт и выше, а когда-то очень высокий и избавивший нас от ограничений потолок в 2 Гбайт превратился в еще одно препятствие, которое предстоит преодолеть.

4.2. Описание FAT 32.

Для систем Windows 95 фирма Microsoft разработала новое расширение системы FAT - FAT32, без каких-либо громких заявлений предусмотренное в пакете OEM Service Pack 2.

Система FAT32 устанавливается только в новых PC, и не рассчитывайте получить ее при переходе к новой версии Windows 95, хотя, по утверждению Microsoft, это расширение станет составной частью основного пакета для модернизации Windows

4.2.1. Области диска

Эта файловая система предусматривает ряд специальных областей на диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его форматирования - головную запись загрузки, таблицу разбиения диска, запись загрузки, таблицу размещения файлов (от которой система FAT и получила

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: