5 Хранение информации на внешних запоминающих устройствах. Файловые структуры

5.1 Особенности устройств, используемых для хранения информации в компьютерах

Устройства, выполняющие операции, связанные с сохранением или считыванием данных на материальном носителе, называются внешними запоминающими устройствами (ВЗУ) или устройствами внешней памяти.

Любое ВЗУ реализует один из 2-х возможных принципов размещения информации – последовательный доступ или прямой доступ.

Первый вариант используется при сохранении данных на ленточных носителях – записи размещаются одна за другой, то есть последовательно. Считывание записей также производится последовательно, и для того, чтобы отыскать нужную запись, требуется посмотреть все предыдущие, подобно поиску кадра на кинопленке.

Для реализации прямого доступа на носителе должны быть обозначены (пронумерованы) области для записи информации – такие области называются блоками. Обратиться к данным для записи/считывания можно по номеру блока. Операция разбиения поверхности носителя на блоки называется форматированием – она производится в обязательном порядке и предшествует использованию носителя.

Блок обычно имеет строго определенную для одного носителя информации емкость, например, для дискеты блок 512 байт.

Блок может содержать только целое число физических записей – из-за этого часть блока длиной меньше чем размер записи оказывается пустой и не используется. Например, при длине записей по 150 байт в один блок размером 512 байт поместится 3 записи, а 62 байта останутся свободными.

На носителях большой емкости, например, жестком диске, блоки объединяются в группы – кластеры (обычно по 8 блоков). Адресация применяется по номерам кластеров (это уменьшает общее количество адресов и, следовательно, ускоряет поиск и доступ к информации).

При обмене между ВЗУ и ОЗУ данные пересылаются не отдельными записями, а блоками, размер которых совпадает с размером блока ВЗУ (рисунок 5.1).

Д ля организации обмена в ОЗУ выделяется специальная область – буфер обмена. Размер буфера устанавливается при конфигурировании ОС (BUFFERS = ).

Обмен между ВЗУ и ОЗУ идет, минуя центральный процессор - в этом случае одновременно с обменом может производиться обработка данных.

Хотя организация прямого доступа к данным на ВЗУ напоминает организацию произвольного доступа к ячейкам ОЗУ (и то, и другое производится по адресу; время доступа не зависит от адреса) между этими способами есть различие: во-первых, из ячеек ОЗУ могут быть извлечены отдельные данные (например, поля логической записи); во-вторых, ОЗУ непосредственно связано с устройством обработки данных (ЦП).

При желании использовать данные с ВЗУ, во-первых, сначала весь информационный массив должен быть перенесен в ОЗУ (с ВЗУ никакой обработки не ведется); во-вторых, нужные данные в этом массиве отыскиваются последовательно.

Другими словами, прямой доступ оказывается некой комбинацией произвольного и последовательного.

Емкость накопителей на дисках зависит от числа используемых дисков и плотности расположения дорожек и секторов.

Системы малой емкости состоят из одного пластмассового диска, покрытых с двух сторон тонким слоем магнитного материала. Это - дискеты, флоппи-диски, FDD. Обычные 3.5” дискеты способны вмещать 1,44 МБ.

Диски большой емкости состоят из 5-10 жестких дисков, установленных на общем шпинделе. Из-за того, что диски, используемые в этих устройствах, жесткие и само устройство называется жестким диском (Hard disk, HDD). Для большой скорости вращения головки чтения/записи в этих устройствах не соприкасаются с диском, а «плавают» над его поверхностью.

Расстояние между головками и диском мало, что даже пылинка может помешать работе и разрушить и диск, и головку (это явление называется аварией головок). Поэтому диск помещается в футляр, запаянный на заводе изготовителе.

Чтобы оценить качество накопителя на диске, используется несколько параметров:

• время поиска – время, которое требуется, чтобы переместить головки чтения/записи с одной дорожки на другую;

• задержка, связанная с вращением (или время ожидания) – половина времени, необходимая для того, чтобы диск совершил полный оборот (средний промежуток времени, за который нужные данные будут доступны головке чтения/записи после того, как она переместилась на нужную дорожку;

• время доступа – сумма времени поиска и времени ожидания;

• скорость передачи – скорость, с которой данные могут быть переданы с диска или на диск.

Поскольку в жестком диске головки чтения/записи не касаются поверхности диска, скорость вращения на сегодняшний день составляет порядка 3000 – 4000 об/мин, в то время как на гибких дисках – 300 об/мин. Следовательно, скорость передачи жесткого диска значительно больше, чем у гибких дисков.

Поскольку для работы дисков требуется механическое движение, то и жесткий диск и гибкие диски уступают в скорости передачи информации электронным схемам.

Другая распространенная технология хранения – компакт – диски (CD). Эти диски диаметром 12 см состоят из отражающего материала, покрытого прозрачным защитным слоем. Запись информации на них осуществляется посредством изменения структуры при помощи лазерного луча, который контролирует отличия структуры отражающего слоя диска по мере его вращения.

Технология производства CD первоначально применялась для звукозаписи, при этом используется формат CD-DA (CDA) (Compact Disk – Digital Audio).

CD, которые применяются сегодня для хранения данных, имеют этот же формат. А именно – информация на этих дисках хранится на единственной спиральной дорожке (похожа на грампластинку), но размещается эта дорожка внутри диска, а не на его поверхности.

Размер витков дорожки увеличивается к внешнему краю диска, следовательно, на внешних витках хранится больше информации, чем на внутренних. Чтобы скорость передачи данных была одинаковой, проигрыватели CD изменяют скорость вращения диска в зависимости от места положения лазерного луча.

Вследствие этого записывающая система CD лучше подходит для хранения длинных непрерывных цепочек данных (воспроизведение музыки). Когда же необходим доступ к информации в случайном порядке, технология магнитных дисков подходит лучше.

Емкость обычного компакт-диска 650 МБ.

Однако новый формат DVD (Digital Versatile Disk – универсальный цифровой диск) имеет емкость порядка 10 ГБ. Пока, в основном формат DVD используется для записи фильмов.