Логическая структура носителя информации
план-конспект урока по информатике и икт (9 класс) на тему

10 урок_Логическая структура носителя информации

Давайте вспомним, что такое файл и файловая система, как записывается имя файла, какие операции можно производить над файлами?

Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти. 

Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, данные и т. д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании.

Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой системы, которая является частью операционной системы. Файл можно создать, удалить, переместить, скопировать, переименовать.

Для того чтобы найти файл в иерархической файловой структуре необходимо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель "\" логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых находится данный нужный файл. 

Путь к файлу вместе с именем файла называют полным именем файла.

Физическая и логическая структура жестких дисков.

Для того чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска.

Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на секторы (Сектор (sector) – часть дорожки фиксированного размера. Сектор – наименьшая порция данных на диске, имеющая уникальный адрес.). Совокупность дорожек, одинаково удаленных от центра на всех рабочих поверхностях дисков образует цилиндр (cylinder). Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Форматирование выполняется служебными программами. Форматирование диска чем-то похоже на разлиновывание тетради. 

Понятие кластера.

Кластер (cluster) – это минимальный участок памяти на диске, который может быть выделен файловой системой при создании файла. Файлу выделяется целое число кластеров.

Физически кластер представляет собой несколько смежных секторов, число которых кратно степени 2 (т.е. 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т.д.).

Пример (Слайд 4):

Если размер кластера 4Кбайт, это означает, что самый маленький файл (например текст из единственной буквы «Я») будет занимать на диске 4Кбайт.Файлу всегда выделяется целое число кластеров. При размещении на жестком диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры лишь частично, что приведет к большим потерям свободного дискового пространства.

Эта проблема частично решается с помощью использования таблицы FAT32, в которой объем кластера принят равным 8 секторам или 4 килобайтам для диска любого объема.

Для борьбы с нерациональными потерями или, просто, для удобства, часто жесткий диск разбивают на несколько разделов. Каждый такой раздел можно рассматривать как отдельный логический жесткий диск. 

Обычный жесткий диск – это устройство физическое. Его можно установить или удалить. Логический жесткий диск нельзя потрогать руками – физически он не существует. Это просто один из разделов жесткого диска. Работая с компьютером, мы не замечаем разницу между физическими и логическими дисками.

Каждый логический диск имеет свою собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.

Удобно использовать логические диски и для того чтобы разделить систему и пользовательские данные. Например, в одном разделе диска устанавливаем ОС Windows, а в другом храним свои данные. В этом случае переустановка или восстановление (например, из образа раздела) ОС в случае каких-либо сбоев не затронет пользовательские данные.

Каждый диск присутствующий в компьютере, имеет уникальное имя. Неважно, что это за диск: физический, логический или еще какой. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или С:.

Когда на компьютере устанавливается новый диск, он получает букв, следующую за последней использованной буквой.

Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков.

Буквой С: обозначается первый жесткий диск. Следующий диск получает букву D:, потом F: и так далее.

(Слайд 6) 

Логическое форматирование жесткого диска выполняется пользователем с помощью специальных инструментов.

Этапы логического форматирования жесткого диска:

1. Разбиение диска на разделы.

2. Создание логических дисков и их форматирование.

Раздел (Partition) – часть физического диска, которая после форматирования может использоваться файловой системой как отдельное устройство (общее количество разделов – не более 4).

Различают:

- Основной раздел (Primary Partition). Загрузка ОС может производится только с основного раздела. С таким разделом ассоциируется 1 логический диск. Возможное количество основных разделов: 1 – 4.

- Дополнительный раздел (Extended Partition). На дополнительном разделе может быть создано более 1 логического диска. Такой раздел может быть только 1 или его может не быть вообще.

Логический диск – часть раздела, с которой можно работать как с отдельным устройством. Логический диск должен быть отформатирован и ему должна быть присвоена буква диска.

Файловая система FAT32

В целях более надежного сохранения информации о размещении файлов на диске хранятся две идентичные копии таблицы FAT.

Каждый раздел имеет в своем составе служебную область, в которую входят:

- загрузочная запись раздела – Partition Boot Record (PBR);

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

- корневой каталог.

Загрузочная запись раздела располагается в первом секторе раздела и содержит либо программу загрузки, если раздел основной, либо дополнительную таблицу разделов, если раздел дополнительный. В случае основного раздела загрузочная запись содержит:

- команду перехода на программу начальной загрузки;

- версию ОС;

- количество секторов в одном кластере;

- количество таблиц FAT;

- номер активной копии FAT;

- тип носителя данных;

- метку тома и др.

Корневой каталог располагается в произвольной позиции области данных и содержит описание записанных на логический диск файлов:

- имя файла;

- расширение;

- атрибуты файла, в том числе размер и дату изменения;

- номер первого кластера файла.

(Слайд 9)

Таблица размещения файлов – содержит однотипные ячейки по числу кластеров в области данных раздела и хранит в них сведения о распределении файлов по кластерам: если кластер занят – хранит ссылку на следующий кластер, отданный этому файлу, если не занят – признак конца файла.

Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на различных дорожках.

Файловая система NTFS

В последнее время в основном на компьютерах с ОС Windows используется файловая система NTFS. Большинство особенностей NTFS обусловлено тем, что данная файловая система разрабатывалась как система повышенной надежности.

NTFS, как и FAT, распределяет файловое пространство кластерами, но для адресации кластера в ней отводится 64 разряда, а не 32.

Все элементы раздела, в том числе служебные, рассматриваются в NTFS как файлы с определенным набором атрибутов.

Файлы со служебной информацией называются файлами метаданных или метафайлами. К такому файлу относится и главная таблица файлов (MFT, Master File Table). На рисунке представлена логическая структура раздела файловой системы NTFS.

Для обеспечения целостности данных тома в файловой системе NTFS используются стандартные технологии записи и восстановления транзакций. В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В операционных системах Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает такие дополнительные возможности, как разрешения для файлов и папок, шифрование, дисковые квоты и сжатие.

Дополнительная информация:

Метафайлы файловой системы NTFS:

- главная таблица файлов (MFT, Master File Table) – состоит из записей, которые содержат атрибуты всех файлов тома, в том числе и метафайлов;
запись 1 – хранит атрибуты самой MFT;
запись 2 – указывает на хранение частичной копии MFT (содержит только записи, относящиеся к метафайлам);
записи с 3 по 16 – отведены под атрибуты других метафайлов;
остальные записи используются собственно файлами и каталогами на томе;

- файл журнала транзакций (Log File) – хранит сведения об операциях модификации данных, которые используются для восстановления файла в случай неудачного завершения соответствующей операции;

- файл тома (Volume File) – содержит метку тома, версию NTFS и др.;
таблица определения атрибутов (Attribute Definition Table) – задает типы атрибутов файлов и перечень допустимых операций над ними;

- корневой каталог – содержит индексы файлов и папок;

- файл битовой карты (Bitmap File) – хранит схему распределения пространства на томе;

- файл плохих кластеров (Bad Cluster File) – хранит номера поврежденных кластеров;

- загрузочный файл (Boot File) – хранит код программы начальной загрузки ОС, параметры физического диска, размер кластера, адрес MFT, адрес ее копии.

Дефрагментация дисков. (Слайд 11) 

Замедление скорости обмена данными может происходить в результате фрагментации файлов. Фрагментация файлов (такое распределение дискового пространства, при котором отдельные кластеры файлов размещаются в удаленных друг от друга частях жесткого диска) возрастает с течением времени, в процессе удаления одних файлов и записи других.

Так как на диске могут храниться сотни и тысячи файлов в сотнях тысяч кластеров, то фрагментированность файлов будет существенно замедлять доступ к ним (магнитным головкам придется постоянно перемещаться с дорожки на дорожку) и в конечном итоге приводить к преждевременному износу жесткого диска. Дефрагментация диска – это процесс объединения фрагментированных файлов на жестком диске. Рекомендуется периодически проводить дефрагментацию диска, в процессе которой файлы записываются в кластеры, последовательно идущие друг за другом.

1. Для запуска программы Дефрагментация диска, необходимо из Главного меню ввести команду [Стандартные→Служебные→Дефрагментация диска].

2. Диалоговая панель Выбор диска позволяет выбрать диск, нуждающийся в процедуре дефрагментации. После нажатия кнопки ОК появится панель Дефрагментация диска.

Другие файловые системы:

- Ext3 и ReiserFs – журналируемые файловые системы для операционной системы Unix.

- HFS - журналируемая файловая система для операционной системы Mac OS.

- CDFS – файловая система для работы с оптическими CD- и DVD-дисками.

- UDF - файловая система для работы с оптическими перезаписываемыми CD-RW и DVD-RW-дисками.

Тест по теме «Логическая структура диска»

1. Для групповых операций с файлами используются маски имен файлов. Маска представляет собой последовательность букв, цифр и прочих допустимых в именах файлов символов, в которых также могут встречаться следующие символы: Символ «?» (вопросительный знак) означает ровно один произвольный символ. Символ «*» (звездочка) означает любую последовательность символов произвольной длины, в том числе «*» может задавать и пустую последовательность. Определите, какое из указанных имен файлов удовлетворяет маске: ?a???* 

1) dad1         

2) dad22         

3) 3daddy         

4) add444

2. В некотором каталоге хранился файл Задача5. После того, как в этом каталоге создали подкаталог и переместили в созданный подкаталог файл Задача5, полное имя файла стало Е:\Класс9\Физика\Задачник\Задача5. Каково было полное имя этого файла до перемещения?

1) Е:\Физика\Задачник\Задача5

2) Е:\Физика\Задача5

3) Е:\Класс9\Задачник\Задача5

4) Е:\Класс9\Физика\Задача5

3. Дано дерево каталогов. Определите полное имя файла Doc3.

1) A:\DOC3

2) A:\DOC3\Doc3

3) A:\DOC3\Doc1

4) A:\TOM3\Doc3

4. В некотором каталоге хранится файл Список_литературы.txt. В этом каталоге создали  подкаталог с именем 10_CLASS и переместили в него файл Список_литературы.txt. После чего полное имя файла стало 
     D:\SCHOOL\PHYSICS\10_CLASS\Список_литературы.txt.
   Каково полное имя каталога, в котором хранился файл до перемещения?

1) D:\SCHOOL\PHYSICS\10_CLASS

2) D:\SCHOOL\PHYSICS

3) D:\SCHOOL

4) SCHOOL

5. Пользователь, перемещаясь из одного каталога в другой, последовательно посетил каталоги LESSONS, CLASS, SCHOOL, D:\ ,  MYDOC, LETTERS. При каждом перемещении пользователь либо спускался в каталог на уровень ниже, либо поднимался на уровень выше. Каково полное имя каталога, из которого начал перемещение пользователь?

1) D:\MYDOC\LETTERS

2) D:\SCHOOL\CLASS\LESSONS

3) D:\LESSONS\CLASS\SCHOOL

4) D:\LESSONS

6. В некотором каталоге хранится файл Задачи_по_программированию.tхt. В этом каталоге создали подкаталог и переместили в него файл Задачи_по_программированию.tхt. После этого полное имя файла стало
          D:\INFORM\LESSONSN\10_CLASS\Задачи_по_программированию.txt 
   Каково полное имя каталога, в котором хранился файл до перемещения?

1) D:\INFORM        

2) D:\INFORM\LESSONS

3) 10_CLASS        

4) LESSONS\10_CLASS

7. Учитель работал в каталоге
   D:\Материалы к урокам\10 класс\Практические работы.
   Затем перешел в дереве каталогов на уровень выше, спустился в подкаталог Лекции и удалил из него файл Введение. Каково полное имя файла, который удалил преподаватель?

1) D:\Материалы к урокам\10 класс\Введение

2) D:\Материалы к урокам\10 класс\Лекции\Введение

3) D:\Материалы к урокам\Лекции\Введение

4) D:\Материалы к урокам\Лекции\Введение

8. В некотором каталоге хранится файл Список_10_клacca.txt. В этом каталоге создали подкаталог и переместили в него файл Список_10_класса.txt, после чего полное имя файла стало
               D:\USER\CLASS\DOC\Список_10_класca.txt.
   Каково полное имя каталога, в котором хранился файл до перемещения?

1) D:\USER\CLASS        

2) DOC        

3) D:\USER\CLASS\DOC

4) CLASS

9. Пользователь, перемещаясь из одного каталога в другой, последовательно посетил каталоги ACADEMY, COURSE, GROUP, Е:\, PROFESSOR, LECTIONS. При каждом перемещении пользователь либо спускался в каталог на уровень ниже, либо поднимался на уровень выше. Каково полное имя каталога, из которого начал перемещение пользователь?

1) Е:\PROFESSOR\LECTIONS\ACADEMY

2) Е:\ACADEMY\COURSE\GROUP

3) E:\ACADEMY

4) Е:\GROUP\COURSE\ACADEMY 

10. Каталог содержит файлы с именами

   а)  p5.pas

   б)  p4.ppt

   в)  p12.pas

   г)  pq.p

   д)  pq.pas

   е)  p12.ppt

Определите, в каком порядке будут показаны файлы, если выбрана сортировка по типу (по возрастанию).

1) вадгеб         

2) гавдбе         

3) вадгбе         

4) гвадеб