Вопросы к экзаменам / Краткий_конспект_лекций

29. Файловая структура логического диска

Для обеспечения доступа к файлам файловая система OC организует и

поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.

Элементы файловой структуры:

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

•таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table);

•корневой каталог(Root Directory);

•область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).

Эти элементы создаются специальными программами в среде OC в процессе инициализации диска.

Файловая структура на дискете емкостью 360 кбайт

Стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Boot-сектор)

В Boot-секторе записана информация, необходимая OC для работы с диском:

•идентификатор ОС (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 ОС.

Корневой каталог

Корневой каталог – это определенная область диска, создаваемая в процессе инициализации (форматирования) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске.

Корневой каталог всегда существует на отформатированном диске. На одном диске бывает только один корневой каталог. Размер корневого каталога для данного диска – величина фиксированная, поэтому максимальное

51

количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (подкаталогов) – строго определенное.

Каталоги (подкаталоги).

Каталог – это определенное место на диске (в области данных диска), где содержится информация о файлах и подкаталогах, привязанных к данному каталогу.

Вотличие от корневого каталога, остальные каталоги (подкаталоги) создаются с помощью команд ОС.

ВWindows каталог называется папкой. С папками (каталогами) и файлами могут выполняться операции создания, удаления, копирования и перемещения, а также изменение их свойств и управление доступом.

Область данных

Вся область данных диска делится на кластеры (cluster, скопление),

которые представляют собой пронумерованные неделимые блоки данных одного размера на диске, т.е. кластер – это минимальная единица адресуемого пространства диска.

Всамом начале диска размещается таблица FAT, содержащая столько записей, сколько кластеров доступно на диске.

Вней отмечены используемые, неиспользуемые, содержащие нулевую информацию, а также поврежденные кластеры, которые помечаются определенным значением, после чего они уже никогда не употребляются.

Таблица FAT содержит сведения о номерах кластеров, в которых размещается файл. Наличие у каждого кластера индивидуального номера позволяет найти область расположения файла, причем необязательно, чтобы его кластеры располагались рядом. Если разные фрагменты файла располагаются в несмежных кластерах, то говорят о фрагментации файла. Каждый кластер файла содержит номер следующего в цепочке его кластеров.

Таким образом, достаточно знать номер первого кластера в цепочке, который хранится в оглавлении диска, чтобы по таблице FAT определить номера всех кластеров, содержащих данный файл. Занимаемый файлом объем

(<количество кластеров файла> * <размер кластера>) кратен количеству кластеров.

Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы FAT и от емкости жесткого диска.

52

30. Типы файловых систем

Файловая система, с одной стороны, – это часть ОС, предназначенная

для организации работы с хранящимися на диске данными и обеспечения совместного использования файлов несколькими пользователями и процессами, с другой стороны, – сами файлы, хранящиеся на устройствах ввода/вывода.

Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске между файлами.

Выделяют различные типы файловых систем:

•FAT разрабатывалась для гибких дисков и представляет собой таблицу размещения файлов MS DOS и Windows9x. Существуют несколько ее разновидностей (FAT12, FAT16, FAT32).

•NTFS (New Technology File System), разработанная Microsoft специально для Windows NT, поддерживает длинные имена файлов (до 255 символов);

•CDFS (Compact Disk File System) – файловая система для CD-ROM.

FAT12 – файловая система состоящая из 212=4096 кластеров. Образует кластер размером 0,5 Kb. (Дискета 1,44 Mb).

FAT16 – файловая система состоящая из 216=65536 кластеров. Образует кластер размером от 0,5 до 32 Kb.

FAT32 – файловая система состоящая из 232=4294967296 кластеров.

Однако используется кластер 228=268435456, 24-кластера используется для служебных параметров. Образует кластер размером от 4 до 32Kb. OS Windows используется 221=2097152, что позволяет «разбить» диск с минимальным размером кластера 4 Kb (2097152x4=8192Mb=8Gb).

Сравнение размеров кластеров

53

31. Операционная система Windows

Общие сведения об операционной системе Windows

Windows – многопользовательская, многозадачная, 32 (64) – разрядная, сетевая ОС общающаяся с пользователем с помощью графического (оконного) интерфейса.

Семейство ОС Windows:

–Windows NT;

–Windows 95, Windows 98,Windows ME;

–Windows 2000, Windows 2000 Server;

–Windows 2003 Server;

–Windows XP;

–Windows Vista, Windows 2007.

Программные продукты этого семейства обладают общими характерными чертами:

–единым графическим пользовательским интерфейсом;

–пошаговым выполнением некоторых операций за счет наличия программ- Мастеров;

–многозадачностью;

–поддержкой работы в сетевой среде;

–наличием универсальной системы средств обмена данными между приложениями.

Основными технологическими принципами Windows являются:

Plug and Play (включи и работай). Данная технология ориентирована на автоматическое распознавание, установку и настройку любого типа устройств.

OLE – Object Link and Embedding (связь и внедрение объектов). Объект OLE – произвольный элемент, созданный средствами какого-либо приложения Windows, который можно поместить в документ другого приложения.

Drag and Drop (перетащить и бросить) – метод, используемый для копирования или перемещения выделенного элемента информации.

Основные элементы графического интерфейса Windows Основные объекты Windows

54

Программа В отличии от других объектов имеет собственное «лицо» пиктограмму.

Буфер обмена Представляет собой динамическое пространство ОЗУ для временного хранения данных обмена.

Экран Windows называется Рабочим столом.

На Рабочем столе присутствуют значки стандартных объектов:

Мой компьютер представляет ресурсы всей компьютерной системы. Корзина предназначена для хранения удаленных ненужных файлов,

ярлыков, папок с возможностью их последующего восстановления. Сетевое окружение обеспечивает доступ к сетевым ресурсам. Мои документы – хранилище файлов пользователя.

Панель задач предоставляет пользователю удобные средства для работы, на ней располагается кнопка [Пуск] вызова Главного меню Windows и кнопки открытых в текущий момент приложений, а также кнопки и индикаторы специального назначения (например, раскладки клавиатуры, текущего времени и др.).

55

32. Теоретические основы сжатия данных

Характерной особенностью большинства типов данных является их

избыточность.

Степень избыточности данных зависит от типа данных.

Например, для видеоданных степень избыточности в несколько раз больше чем для графических данных, а степень избыточности графических данных, в свою очередь, больше чем степень избыточности текстовых данных.

Другим фактором, влияющим на степень избыточности является принятая система кодирования.

Так, установлено, что кодирование текстовых данных с помощью средств русского языка дает в среднем избыточность на 20-25% большую чем кодирование аналогичных данных средствами английского языка.

Для человека избыточность данных часто связана с качеством информации, поскольку избыточность, как правило, улучшает понятность и восприятие информации.

Однако, когда речь идет о хранении и передаче информации средствами компьютерной техники, то избыточность играет отрицательную роль,

поскольку она приводит к возрастанию стоимости хранения и передачи информации.

Особенно актуальной эта проблема встает в случае обработки огромных объемов информации при незначительных объемах носителей данных. В связи с этим, постоянно возникает проблема уменьшения избыточности или сжатия данных.

Если методы сжатия данных применяются к готовым файлам, то часто вместо термина "сжатие данных" употребляют термин "архивация данных", сжатый вариант данных называют архивом, а программные средства, которые реализуют методы сжатия называются архиваторами.

Объекты сжатия

В зависимости от того, в каком объекте размещены данные, подлежащие сжатию различают:

1.Сжатие (архивация) файлов: используется для уменьшения размеров файлов при подготовке их к передаче каналами связи или к транспортированию на внешних носителях маленькой емкости;

2.Сжатие (архивация) папок: используется как средство уменьшения объема папок перед длительным хранением, например, при резервном копировании;

3.Сжатие (уплотнение) дисков: используется для повышения эффективности использования дискового просторную путем сжатия

данных при записи их на носителе информации (как правило, средствами операционной системы).

Обратимость сжатия

Существует много практических алгоритмов сжатия данных, но все они базируются на трех теоретических способах уменьшения избыточности данных.

56

Первый способ состоит в изменении содержимого данных, второй – в изменении структуры данных, а третий – в одновременном изменении как структуры, так и содержимого данных.

Если при сжатии данных происходит изменение их содержимого, то метод сжатия называется необратимым, то есть при восстановлении (разархивировании) данных из архива не происходит полное восстановление информации. Такие методы часто называются методами сжатия с регулированными потерями информации. Понятно, что эти методы можно применять только для таких типов данных, для которых потеря части содержимого не приводит к существенному искажению информации. К таким типам данных относятся видео- и аудиоданные, а также графические данные.

Примерами форматов сжатия с потерями информации могут быть:

–JPEG – для графических данных;

–MPG – для видеоданных;

–MP3 – для аудиоданных.

Методы сжатия с регулированными потерями информации обеспечивают

значительно большую степень сжатия, но их нельзя применять к текстовым данным.

Если при сжатии данных происходит только изменение структуры данных, то метод сжатия называется обратимым. В этом случае, из архива можно восстановить информацию полностью. Обратимые методы сжатия можно применять к любым типам данных, но они дают меньшую степень сжатия по сравнению с необратимыми методами сжатия.

Примеры форматов сжатия без потери информации:

–GIF, TIFF – для графических данных;

–AVI – для видеоданных;

–ZIP, ARJ, RAR, CAB, LH – для произвольных типов данных.

Алгоритмы обратимых методов

Существует много разных практических методов сжатия без потери информации, которые, как правило, имеют разную эффективность для разных типов данных и разных объемов.

Воснове этих методов лежат три теоретических алгоритма:

–алгоритм RLE (Run Length Encoding);

–алгоритмы группы KWE (KeyWord Encoding);

–алгоритм Хаффмана.

Алгоритмы RLE

Выявления повторяющихся последовательностей данных и замены их более простой структурой, в которой указывается код данных и коэффициент повторения. Например, пусть задана такая последовательность данных, что подлежит сжатию:

1 1 1 1 2 2 3 4 4 4

В алгоритме RLE предлагается заменить ее следующей структурой: 1;4;2; 2;3;1;4;3, где первое число каждой пары чисел – это код данных, а второе -

57

коэффициент повторения. Если для хранения каждого элемента данных входной последовательности отводится 1 байт, то вся последовательность будет занимать 10 байт памяти, тогда как выходная последовательность (сжатый вариант) будет занимать 8 байт памяти.

В алгоритме RLE предлагается заменить ее следующей структурой:

Коэффициент сжатия, характеризующий степень сжатия, можно вычислить по формуле:

где Vx – объем памяти, необходимый для хранения выходной (результирующей) последовательности данных, Vn – входной последовательности данных.

Алгоритм KWE

Воснове алгоритма сжатия по ключевым словам положен принцип кодирования лексических единиц группами байт фиксированной длины. Примером лексической единицы может быть обычное слово. На практике, на

роль лексических единиц выбираются повторяющиеся последовательности символов, которые кодируются цепочкой символов (кодом) меньшей длины. Результат кодирования помещается в таблице, образовывая так называемый

словарь.

Ванглоязычные текстах принято использовать двухбайтную кодировку слов. Образующие при этом пары байтов называют токенами.

Алгоритмы сжатия этой группы наиболее эффективны для текстовых данных больших объемов и малоэффективны для файлов маленьких размеров (за счет необходимости сохранение словаря).

Применяется в основном для англоязычных текстов, из-за особенности русского языка для русскоязычных текстов – малоэффективен.

Алгоритм Хаффмана

В основе алгоритма Хаффмана лежит идея кодирования битовыми группами. Сначала проводится частотный анализ входной последовательности данных, то есть устанавливается частота вхождения каждого символа, встречающегося в ней. После этого, символы сортируются по уменьшению частоты вхождения.

Основная идея состоит в следующем: чем чаще встречается символ, тем меньшим количеством бит он кодируется. Результат кодирования заносится в словарь, необходимый для декодирования.

Пусть задан текст, в котором буква 'А' входит 10 раз, буква 'В' – 8 раз, 'С'

– 6 раз , 'D' – 5 раз, 'Е' и 'F' – по 4 раза. Тогда один из возможных вариантов кодирования по алгоритму Хаффмана приведен в таблице.

58

Как видно из таблицы, размер входного текста до сжатия равен 37 байт, тогда как после сжатия – 93 бит, то есть около 12 байт (без учета длины словаря). Коэффициент сжатия равен 32%. Алгоритм Хаффмана универсальный, его можно применять для сжатия данных любых типов, но он малоэффективен для файлов маленьких размеров (за счет необходимости сохранение словаря).

59

33. Классификация компьютерных вирусов

Компьютерный вирус – это небольшая по размерам программа,

ориентированная на существование и размножение в файле за счет его несанкционированного изменения, т.е. заражения, а также выполнения нежелательных действий на компьютере.

Признаками заражения являются:

–невозможность загрузки операционной системы;

–некоторые программы перестают работать или начинают работать неправильно;

–на экран выводятся посторонние символы, сообщения;

–работа на компьютере существенно замедляется;

–некоторые файлы оказываются испорченными или исчезают;

–изменяются размер файлов, дата и время их модификации;

–увеличивается количество файлов на диске и т.д.

Главные направления профилактики заражения вирусами:

1)периодическая проверка на наличие вирусов с использованием свежих версий антивирусных программ;

2)проверка поступающих извне данных;

3)копирование информации и жесткое разграничение доступа.

В жизненном цикле вируса различают следующие стадии:

1.Инкубационный период – отсутствие проявлений его присутствия с целью сокрытия момента и источника заражения.

2.Активное размножение – заражаются все доступные файлы на компьютере и в сети.

3.Проявление – выполняются заложенные в вирусе разрушительные функции.

Объектами вирусной атаки являются загрузчик ОС, главная загрузочная

запись диска, драйверы устройств, программы и документы. По "среде обитания" вирусы делятся:

–на файловые;

–системные;

–загрузочные;

–файлово-загрузочные;

–сетевые.

По степени воздействия вирусы делятся:

–безвредные;

–неопасные;

–опасные;

–разрушительные.

60