Уровень 0. Хранение информации на носителе

Запись информации на носитель осуществляется в соответствии с определенными правилами. Различают физическую и логическую структуры размещения информации.

Физическая структура находится в прямой зависимости от типа носителя, от его физической природы, учитывает особенности материала и способа записи данных. Например, на жесткий магнитный диск запись информации осуществляется по окружностям, называемым дорожками. Каждая дорожка состоит из секторов. Все секторы на конкретном устройстве имеют одинаковый размер.

Файл записывается в свободный сектор. Если размер файла превышает размер сектора, то он может занять несколько секторов. Секторы могут идти подряд, такая последовательность называется «кластер». Если свободного места для записи файла одним кластером не хватает, он записывается в несколько кластеров на диске вразнобой, тогда говорят, что «файл фрагментирован». На жестких дисках чтение и запись файла осуществляется механическим устройством – считывающей головкой, которая с большой скоростью и точностью последовательно позиционируется над нужными секторами. Однако в случае, если файл сильно фрагментирован, считывающая головка делает большое количество лишних движений, позиционируясь над нужными секторами. Это приводит к тому, что на чтение файла размером в несколько килобайт, фрагментированного на сотни кусков, может потребоваться больше времени, чем на чтение многомегабайтного файла, записанного одним куском.

На большинстве оптических дисков, в отличие от магнитных, предусмотрена запись информации по спирали. При этом фрагментация для них также характерна, особенно в случае перезаписываемых устройств, хотя и в гораздо меньшей степени, поскольку средства записи оптических дисков стараются делать запись так, чтобы избежать фрагментации. А вот для флэш-памяти фрагментация практически не имеет значения, поскольку для записи и чтения фрагмента нет необходимости физически перемещать считывающую головку, обращение к любой ячейке памяти происходит одинаково быстро.

Формирование физической структуры называется «форматирование». При этом, как правило, создается не только физическая, но и логическая структура носителя.

Логическая структура – это деление общего пространства диска на несколько областей. Области размещаются последовательно, начиная с первого сектора. Они предназначены для хранения следующей информации:

– таблица разделов PT (Partition Table), состоит из элементов, описывающих разделы диска, например, логические диски, число которых может не совпадать с физическими;

– главная загрузочная запись (MBR, Master Boot Record), содержит код процессора, необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы. К нему обращается BIOS после прохождения процедуры POST, именно он далее вызывает загрузчик ОС;

– загрузочная запись операционной системы (BR, Boot Record), содержит загрузчик конкретной операционной системы и некоторые сведения о логической структуре носителя;

– таблица распределения дискового пространства содержит информацию о формате диска – количестве дорожек и секторов, размере секторов и т.д., а также выполняет роль карты расположения файлов и свободного пространства на диске. Эта таблица может несколько раз дублироваться в разных местах носителя на случай повреждения;

– основной каталог (Root), содержит данные о файлах – имя, даты создания/чтения/изменения/доступа, размер, специальные свойства (атрибуты), номер сектора, в который записан файл или его первая часть. Кроме файлов, в каталог могут также входить другие каталоги (подкаталоги первого уровня), которые в свою очередь могут включать в себя как файлы, так и каталоги (подкаталоги 2-го уровня) и т.д. Таким образом формируется «древовидная» структура каталогов, имеющая на самом верхнем уровне единственный главный каталог (корневой каталог), к которому сходятся многочисленные ветви подкаталогов. В этом случае каждый файл находится на определенном уровне иерархии и только там. Другой вариант – ссылочное формирование каталога, при котором на определенный файл записываются ссылки, сами ссылки организуются в группы (коллекции). На файл может быть неограниченное количество ссылок. При удалении ссылки разрывается ее связь с файлом. Если не остается ни одной ссылки на файл, то он и сам удаляется;

– область размещения файлов (File Area). Файл – это порция произвольной информации (программа, текст, данные, закодированная картинка), записываемой на магнитный диск под индивидуальным именем. Имя файла может быть образовано из символов латинского и национального алфавитов, а также общеупотребительных символов, за исключением знака вопроса и звездочки, поскольку они выполняют специальные функции. Как правило, различают имя и тип файла, разделенные точкой. Формально они представляют собой единое имя, но фактически вся его часть после последней точки может использоваться как признак информации, находящейся в файле. Например:

.txt, .doc – текстовые файлы произвольной тематики;

.asm, .bas, .pas, .for, .c, .pl, .php – в файле хранится исходный текст программы на алгоритмическом языке;

.bat, .cmd – пакетный файл – программа, состоящая из последовательности команд операционной системы;

.bak – резервная копия файла, старая версия модифицированного файла;

.dat – файл данных (исходные данные для программы, либо результаты расчета) и т.д.

Схема таблицы распределения дискового пространства и организация каталога называются файловой системой. Применяемая файловая система существенно влияет на многие показатели – скорость, производительность, надежность, устойчивость к сбоям и т.д. Существует множество различных файловых систем, в большей или меньшей степени реализующих эти показатели, например: FAT, FAT32, VFAT, NTFS, HPFS, ExtFS, Ext2FS, Ext3FS, EFS, VFS, ReiserFS и т.д. Файловые системы часто также зависят от физической структуры – например, для CD применяются форматы CDFS, UDF.

Обращение к каталогам и файлам осуществляется по имени. Существуют краткое и полное имя. Краткое имя формируется по правилам, описанным чуть выше. Полное имя каталога или файла составляется из последовательного перечисления кратких имен каталогов верхнего уровня данной иерархической ветви вплоть до корневого, при этом в качестве разделителя выступает косая черта. Например:

c:\work\documents\2002\referat\informatika.doc

/usr/local/home/data/kursovik.txt

Вид полного имени файла зависит от используемой операционной системы.