83. Структура таблиці розміщення файлів на магнітних дисках. Типи файлів (імена, формати, розширення) та їх структура.

4  СТРУКТУРА ДАНИХ НА НОСІЯХ ІНФОРМАЦІЇ 4.1 Структура даних на магнітному диску Щоб дані  можна було не тільки занести на диск, а потім ще й прочитати, потрібно точно знати, що і куди записано. У всіх даних повинна бути адреса. Але якщо запам’ятовувати кожну адресу, в яку записані байти даних, то зберігати їх стане ще важче, ніж самі дані. Тому інформація на диску зберігається не байтами, а файлами. Файл -– найменша одиниця збереження інформації зі своєю адресою. Якщо потрібна якась інформація, ПК знаходить на диску потрібний файл, а потім байт за байтом зчитує з нього дані в оперативну пам’ять (ОП), доки не дійде до кінця файла. Щоб у кожного файла на диску була своя адреса, його форматують. Перша доріжка магнітного диска (нульова) рахується службовою - наприклад, так звана таблиця розміщення файлів (FAT-таблиця;  FAT – File Allocation Table). У цій таблиці ПК запам’ятовує адреси записаних файлів. Потрібний файл ПК за його іменем знаходить у FAT-таблиці номери поверхні, доріжки (циліндра) і сектора, після чого магнітна головка переводиться в потрібне положення, файл зчитується і направляється в ОП для обробки. Адреса файла записана у таблиці розміщення файлів двобайтним числом, тобто на запис цієї адреси витрачено 16 бітів (тому таблицю розміщення файлів називають FAT 16). За допомогою 16 бітів можна виразити 216 = 65536 різних значень. Це означає, що файлам на жорсткому диску надано не більше 65536 адрес (і самих файлів не може бути більше 65536). Але сучасні жорсткі диски мають великі об’єми, і їм не вистачає такої кількості адрес. Якщо, наприклад, розмір диска 2 Гбайт, то на кожну адресу приходиться  2Гбайт/65536 = 32 Кбайт. Порівняння: у місті будують тільки квартири розміром 32000 кімнат. У такому житлі можна розмістити цілу армію, але коли сім’я з трьох чоловік прийде отримувати житло, їй також прийдеться давати таку ж квартиру. І навіть одна людина отримає 32000 кімнат. Якщо людей можна один до одного підселити, то з файлами цього не зробиш – кожний файл повинен мати власне унікальне ім’я. Отже, введена нова одиниця виміру –  мінімальний розмір адресного простору – кластер. Для жорсткого диска розміром 2 Гбайт кластер рівний 32 Кбайт, для 1 Гбайт – 16 Кбайт  тощо. У сучасних дисків кластер набагато більший сектора, який дорівнює 0,5 Кбайт. В одному кластері можуть міститись десятки секторів (наприклад, в 16 Кбайт-кластері: 16 Кбайт/0,5 Кбайт = 80). І, яким би малим не був файл, він все одно займе цілий кластер, і усі невикористані сектори у ньому пропадуть. У наш час ПК переходять на систему запису адреси файла на жорсткому диску під назвою FAT 32: адреса записується не двома байтами, а чотирма (32 біти). Тобто адреса стає більше, а розміри окремих кластерів стають меншими (наприклад, для диска розміром 32 Гбайт розмір кластера 32 Кбайт), що дозволяє раціональніше використовувати жорсткі диски 4.2  Логічна та фізична структура даних Чим більший диск, тим більше корисних програм і даних можна на ньому розмістити. З іншої сторони, чим більше диск, тим більше місця на ньому пропадає через недосконалість системи адресації файлів. Тому жорсткий диск спеціальними програмами розбивають на декілька розділів. Наприклад, на диску розміром 2 Гбайт створюють чотири розділи по 0,5 Гбайт. Кожний такий розділ розглядають як один окремий логічний жорсткий диск. Жорсткий диск (вінчестер) – пристрій фізичний. Його можна встановити чи вилучити. Логічний жорсткий диск не можна помацати – фізично він не існує. Це один з розділів фізичного диска. Працюючи з ПК, користувач не помічає різницю між фізичним та логічним дисками. Кожний логічний диск має власну таблицю розміщення файлів, тому на ньому діє своя система адресації. В результаті втрати через розміри кластерів стають меншими. Диски ПК (фізичні чи логічні) мають унікальні імена, які складаються з однієї букви латинського алфавіту і двокрапки, наприклад, А: ,  В: ,  С:  тощо. Коли на ПК встановлюють новий жорсткий диск, він отримує букву, наступну за останньою використаною. Те ж відбувається при створенні нового логічного диска на вже встановленому фізичному. Буквами А:  і  В:  позначають дисководи для гнучких дисків, а буквою С:  -  перший жорсткий диск. Наступний диск отримує букву  D:  , потім  Е: тощо. Диск, на який записана ОС, називають системним. Завантаження ОС виконують з жорсткого диска, а при його відсутності – з диска А:. 4.3   Файлові системи, каталоги Інформація на дисках зберігається у файлах. Файл – це пойменована область на диску або іншому носії інформації. Їх ділять на: -    файли програм; -    файли даних. Кожна програма (крім ОС, яка запускається при вмиканні ПК) містить файл для запуску цієї програми –виконуваний файл (має розширення  .COM або  .EXE). Тобто, виконуваний файл – це головний файл програми, який запускає її на виконання. Файли даних - це файли з документами, для роботи з якими: -    запустити відповідну програму (редактор текстів, електронних таблиць, графічний редактор); -    відкрити файл документа у цій програмі. Файлова система – це схема запису інформації, яка міститься у файлах, на диск. Файлова система забезпечує можливість доступу до конкретного файла незалежно від того, в якому місці диска він записаний, і дозволяє знайти вільне місце при створенні нового файла. ОС MS-DOS і Windows 95 використовують файлову систему FAT 16, а ОС Windows 98 – FAT 32. Щоб  ОС та інші програми могли звертатись до файлів, останні мають позначення, які складаються з двох частин: імені та типу файла (тип файла не обов’язковий). Імена файлів у ОС ПК (крім ОС Win¬dows 9х) містять до восьми  літер, цифр і знаків “мінус” і “підкреслення”,  а тип – до трьох літер, цифр і деяких інших символів. Тип визначає користувач або програма, яка породжує файл. Ім’я відокремлюється від типу крапкою. Тип файла називають також розширенням імені. Наприклад, BASIC.COM,  AUTOEXEC.BAT,  STP.1. Ім’я файла не можна задавати символами, розділеними пробілами. Наприклад, FILE12 – правильне ім’я, а FILE 12 – неправильне, тому що між словом FILE і номером 12 є пробіл. Букви використовують як малі, так і великі – вони сприймаються MS-DOS як рівноцінні. Малі букви при введенні автоматично перетворюються у великі. Наприклад, імена Fail.txt i FAIL.TXT вважаються ідентичними. В ОС Windows 9х, OS/2, Windows NT ім’я файла може містити до 255 символів (28 = 256) і включати символи, які не допускаються DOS і Windows 3.x. Довгі імена файлів полегшують роботу користувача зі складенням імені файла, яке відображує його зміст. Ім’я файла може бути назвою документа (наприклад, “Річний звіт за 2000 рік”). Довгі імена дозволяють не шифрувати зміст документа, щоб вкластись у вісім символів, які раніше відводились для імені файла. В довгих іменах розрізняють великі і малі букви (імена “Річний”  і  “річний” відрізняються). Недопустимо використовувати символи:  похилі риски   ( /, \ ),   двокрапка ( : ),  зірочка ( * ),  знак питання ( ? ),  лапки ( “ ),  кутові дужки  (< , > ),  вертикальна лінія ( | ). Ім’я файла можна писати кирилицею, але не бажано (якщо працювати на декількох ПК і хоча би на одному з них не встановлена російська версія Windows 9х, то  при копіюванні файла на цьому ПК можна отримати зовсім інше ім’я). Цілісність даних на диску забезпечується одночасним існуванням на ньому поряд з довгим іменем файла елемента з коротким іменем. Сумісність імен файлів ОС Windows 9х  з попередніми версіями і DOS забезпечується підтримкою таблиці розміщення файлів FAT.  Інформація про довгі імена файлів зберігається у віртуальній таблиці розміщення файлів VFAT (Virtual File Allocation Table), яка забезпечує кращу організацію зберігання даних і працює в захищеному режимі. VFAT сумісна з FAT і тому при інсталяції Windows 9х не вимагає переформатування жорсткого диска. При використанні довгого імені в MS-DOS FAT створюються псевдоніми, які забезпечують введення перших шести букв з нового імені та додають порядковий номер після знаку тильда “ ~ “. Наприклад, якщо файли у Windows 9х будуть мати імена балансовий.txt і балансова.txt, то імена цих файлів в DOS запишуться як баланс~1.txt для першого і баланс~2.txt для другого документа. Список усіх файлів на диску називається каталогом (директорієм) диска, а у Windows 9х - папкою. Каталог – це спеціальне місце на диску.     Кожний файл реєструється у каталозі і для нього вказують: ім’я, тип, розмір пам’яті, яку він займає, дата і час його створення. Сам каталог також має ім’я та зберігається у іншому каталозі разом з іменами звичайних файлів. У цьому випадку створюється ієрархічна файлова структура. Можливості файлової системи: -    перегляд змісту каталога; -    створення нового файла; -    виклик файла з диска в оперативну пам’ять; -    запис файла на диск; -    присвоювання нового імені файла; -    видалення файла з каталога. Для зручності у роботі з файлами в їх іменах використовують знаки  “ * “  та  “ ? “.   Такі конструкції називають шаблонами імен файлів. Знак  “*“ означає будь-яку кількість довільних символів у імені файла, а знак  “?“  - будь-який один символ. Наприклад: *.*              -  всі файли; *.                -  всі файли, у яких відсутній тип; *.BAS        -  всі файли типу BAS; ??.BAS     -  всі файли типу BAS, у яких в імені є не більше як дві літери; Р??.*        -  всі файли, які починаються літерою Р, в імені яких не більше трьох букв. 4.4 Повний шлях до файла При роботі з файлами необхідно знати,  де вони розміщені. Положення файла у  комп’ютері чи у мережі описує адреса файла, яку ще називають шляхом доступу до файла  або  шляхом пошуку файла.     Шлях пошуку складається з імені диска (жорсткого, гнучкого, компакт чи мережного), на якому записаний документ чи програма, та імен усіх каталогів, які ведуть до файла. В ОС MS-DOS і Windows  використовується ієрархічна, деревоподібна структура файлів, у якій каталоги файлів самі  розглядаються як файли і їх імена реєструються у каталозі попереднього рівня. В ієрархічній файловій системі на дискові завжди є  один кореневий каталог, у якому реєструються звичайні файли і каталоги 1-го рівня. У підкаталогах 1-го рівня, в свою чергу, створюються звичайні файли та підкаталоги 2-го рівня тощо. На рис 4.1 кореневий каталог зображено у вигляді суцільного вертикального ствола – “дерева” – і позначено С:\. Зі схеми видно, що безпосередньо у кореневому каталозі знаходяться підкаталоги DOS, TEMP і файли  CONFIG.SYS,  AUTOEXEC.BAT,  COMMAND.COM. У каталозі ТЕМР містяться підкаталоги DOS, BOM і файл  A1.TXT. У каталозі ВОМ – каталог АТС і файли GRAF.1 ,  GRAF.2. Імена каталогiв вiдокремлюються знаком “\” – зворотна похила риска  (одиночний слеш). Таким чином, для ідентифікації файлiв у iєрархiчних каталогах вказують: диск: шлях\iм’я файла.розширення, де диск: - iм’я накопичувача (А: , В: – вiдповiдно перший та другий дисковод гнучких  дискiв , С: – дисковод жорсткого диска); шлях – позначення  шляху до потрiбного файла. Iм’я накопичувача i шлях за файловою системою запам’ятовуються у буферi і вони вважаються робочими (поточними). Якщо при звертаннi  до    файла опускаються  iм’я накопичувача i шлях, то вони вважаються поточними. Якщо шлях починається  iз знаку “\”, то мiсцеположення файла визначається  вiд кореневого каталога  даного  накопичувача. Iнакше мiсцеположення  визначається вiд поточного маршруту даного накопичувача. Нехай на диску С: створена файлова система (рис. 4.1). Тоді шлях до файла GRAF.2 визначається наступним чином: С:\ТЕМР\BOM\GRAF.2 Приклади: 1. С:\ТЕМР\A1.TXT – файл A1.TXT входить до пiдкаталога ТЕМР  кореневого каталога жорсткого диска С:. 2. GRAF.1- файл GRAF.1 входить до поточного каталога поточного диска (поточним  у даному випадку є шлях С:\ТЕМР\BOM). Файли з одним i тим самим iменем (наприклад, DOS) можуть знаходитись у декiлькох каталогах. Маршрути до різних підкаталогів DOS:  C:\DOS  i  C:\PROM\DOS. В iменi каталога можуть використовуватись латинськi лiтери  вiд A до Z , цифри вiд 0 до 9 та спецIальнi  знаки: $,  #,  @,  !,  (,  ),  - ,  {,  },  _,  %. Специфікація файла -  це повне описання файла: маршрут + ім’я (файла чи підкаталога).  Нехай поточним є підкаталог ТЕМР і промпт (запрошення ввести команду чи маршрут з іменем)  має вигляд  С:\ТЕМР>. Тоді до файла GRAF.2 звертаються наступним чином: C:\TEMP>BOM\GRAF.2 або    C:\TEMP>C:\TEMP\BOM\GRAF.2 Специфікація файла GRAF.2, вказана в першому випадку, називається короткою, а у другому – повною. Вказівка  C:\TEMP>BOM\GRAF.2 змусить систему шукати файл GRAF.2 у каталозі ВОМ, розміщеному безпосередньо в кореневому каталозі, так як початковий слеш у специфікації файла говорить, що маршрут починається від кореневого каталога. Відсутність початкового слеша заставляє систему починати пошук  від поточного каталога. Iм’я файла  та розширення  утворюються  за тими самими  правилами , що й iмена каталогiв. Для зручності  файли однакового значення мають однакове розширення. Наприклад, усі файли, які є програмами, мають розширення COM або EXE (COM – Command, команда і EXE – Execute, виконувати): програма DOS – COMMAND.COM програма Бейсік – BASIC.COM  чи  BASIC.EXE Усі файли, які містять програми, написані мовою Бейсік, мають розширення BAS. Ці файли обробляються програмою BASIC.COM. Стандартнi розширення  iмен файлiв, якi найчастiше використовуються в операцiйнiй  cистемi MS-DOS: ASM     – вихiдний файл мовою  Асемблера; BAK     – файл iз резервною копiєю (архівний файл); BAS     – файл iз програмою  мовою Бейсiк; BAT    – командний файл; BIN     – двiйковий програмний файл; C     –  вихiдний файл мовою CI; COM     – виконуємий файл програми; CPI    – файл iз даними кодовоi сторiнки; СРР    – файл тексту мовою С++; DAT    – файл даних; DOC    – текстовий файл, або файл даних у коді ASCII (документ); ЕХЕ    - виконуємий файл програми; HLP    – файл iнтерактивного довiдника; LST    – файл iз лiстингом програми ; LIB    – бiблiотечний файл ; OBJ    – об’єктний (промiжний) файл програми ; OVL    – програмний оверлейний файл ; OVR    – програмний оверлейний файл ; PAS    – вихiдний файл мовою Паскаль ; SYS    – системний файл або драйвер пристрою ; TMP    – робочий (тимчасовий) файл ; TXT    – текстовий файл ; $xx    – тимчасовий або неправильно записаний файл.