Операционная система MS DOS. Основные принципы хранения информации на магнитных дисках в MS DOS. Файловая система MS DOS

            ТЕМА 7.3 (лекция)

                Операционная система MS DOS.

 Основные принципы хранения информации на магнитных дисках в MS DOS.

        Файловая Система MS DOS(логические диски,каталоги,

                   файлы,устройства MS DOS).

Дополнительную информацию см. тема 3.2.

Терминология :

Флоппи-диск(дискета) - съемный гибкий магнитный диск.

Винчестер - не съемный жесткий магнитный диск(пакет дисков).

Дорожка - концентрические окружности на магнитной поверхности

диска, где располагается информация.Дорожки нумеруются с 0-ой

(дорожка с самым большим радиусом)

Цилиндр - объединение дорожек с одним и тем же номером, располо-

женных на разных поверхностях диска(для флоппи-диска под цилиндром

подразумевается 2 дорожки)

Сектор - каждая дорожка, размещенная на диске, делится на секторы.

Каждый сектор имеет размер = 512 байт (для MS DOS)

Кластер - это минимальная порция информации, которую MS DOS

считывает/записывает за одно обращение диску.Кластер “содержит”

только последовательно расположенные сектора(цель - увеличить ско

рость обмена с диском).

Размер Кластера = N*(РазмерСектора)= N * 512 байт,

где N = 2,4,8 и т.д.

FAT - Таблица размещения файлов

                 НАКОПИТЕЛИ НА МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Магнитные диски используются как запоминающие устройства,позволя-

ющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании.

Для работы с Магнитными Дисками используется устройство, называ-

емое накопителем на магнитных дисках(НМД).

Обычно НМД состоит из следующих частей :

  - контроллер дисковода,

  - собственно дисковод,

  - интерфейсные кабеля,

  - магнитный диск

Контроллер дисковода управляет обменом информацией между CPU и ОЗУ,

с одной стороны, и НМД - с другой.

Контроллер дисковода вставляется в один из свободных разъемов сис-

темной платы IBM PC (MotherBoard).

Дисковод содержит головки чтения/записи,механический привод пере-мещения головок и электронную схему для управления движением головок

и чтением/записью данных.

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием,

которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего устройства.

Магнитные Диски : жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи).

Накопитель на жестких магнитных дисках - НЖМД(HDD).

Накопитель на гибких магнитных дисках  - НГМД(FDD).

Винчестер(HDD) - накопитель на несъемном магнитном диске,созданный

на основе спец.технологии(винчестерская технология - отсюда название).

Магнитный диск Винчестера(на металлической основе) “имеет” большую

плотность записи и большое число дорожек. Винчестер может иметь

несколько Магнитных Дисков.

НЖМД типа Винчестер созданы в 1973 г.

Все магнитные диски Винчестера(объединенные в пакет Дисков) - гермет-ически “упакованы” в общий кожух. Магнитные диски НЕ могут изыматься

из HDD и заменяться на аналогичные !!!

Магнитные головки объединены в единый блок(блок магнитных головок).

Этот блок по отношению к дискам перемещается радиально.

Во время работы PC Пакет Дисков все время вращается с постоянной

скоростью(3600 об/мин).При считывании/записи информации блок

магнитных головок перемещается(позиционируется) в заданную область,

где производиться посекторное считывание/запись информации.

В силу инерционности процесса обработки информации и большой ско-

рости вращения пакета дисков возможна ситуация, когда блок магнит-

ных головок не успеет считать очередной сектор. Для решения этой

проблемы используется метод чередования секторов(секторы нумеруются

не по порядку, а с пропусками). Например, вместо того,чтобы нумеро-

вать секторы по порядку : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ... ,

их нумеруют так : 1 7 13 2 8 14 3 9 ...

В последнее время появились более скоростные SCSI-контроллеры,

которые обеспечивают достаточную скорость обработки информации,

и необходимость в чередовании секторов - отпадает.

Флоппи(FDD)(разработка фирмы IBM) - накопитель на съемном гибком

магнитном диске(флоппи). Флоппи-диск имеет пластиковую основу и

находится в спец.пластиковом кожухе.Флоппи-диск вставляется в FDD

вместе с кожухом.Флоппи-диск(в FDD) вращается внутри кожуха со ско-

ростью 300 об/мин.

На данный момент в IBM PC используются 2 типа FDD :

          5.25" и 3.5"

Дискета 5.25" заключена в гибкий пластиковый кожух.

Дискета 3.5" заключена в жесткий пластиковый кожух.

HDD являются более скоростными устройствами, чем FDD.

                         МАГНИТНЫЕ ДИСКИ

                    Флоппи-диски(дискеты)

В качестве носителя информации используется магнитная поверхность

диска.Магнитная поверхность "разбита" на дорожки(концентрические

окружности, см. рис.1).Дорожки нумеруются начиная с 0-ой(макси-

мальный радиус). Магнитная поверхность "разбита" также на секторы

(см. Рис.1). Секторы нумеруются начиная с 1-го.

Принято, что каждая дорожка "разбита" на секторы. Размер каждого

сектора = 512 байт(для MS DOS).

Таким образом объем дискеты :

          V = P * D * S * 512 (байт)

    где

      V - объем дискеты(байт),

      P - кол-во поверхностей дискеты(1-а или 2-е),

      D - кол-во дорожек на одной поверхности,

      S - кол-во секторов на одной дорожке.

Если Дискета является системной, то ядро MS DOS размещается на-

чиная с 0-й дорожки,как более надежной(меньшая плотность записи).

Физический Адрес Сектора = Nповерхности + Nдорожки + Nсектора

                                                                                               Рис.1

Кол-во поверхностей "задается" при изготовлении Дискеты(может

быть 1-а или 2-е). Кол-во дорожек и кол-во секторов на дорожке

"задается" при форматировании дискеты. Форматирование дискет произ-

водится Пользователем с помощью спец.программ.

В табл.1 приведен перечень стандартных форматов флоппи-дисков,

применяемых в IBM PC.

                                       Табл.1

На рис.2 представлено схематическое изображение дискеты 5.25" .   

                                                                                                Рис.2

В зависимости от технологии изготовления дискеты 5.25" могут иметь

различные характеристики магнитной поверхности и,следовательно,

различные допустимые форматы.

Маркировка Дискет :

    DS - Double Side (две стороны,поверхности),

    DD - Double Density (удвоенная плотность)

    HD - High Density (высокая плотность)

    ED - Extra High Density (особо высокая плотность)

Если Дискета имеет маркировку DS/DD, то это значит - 360 Кб,

Если Дискета имеет маркировку DS/HD, то это значит - 1200 Кб,

Односторонние дискеты практически не встречаются.

В случае, если по каким-либо причинам маркировки нет на дискете,

то емкость дискеты можно определить косвенно по следующим приз-

накам :  

   1. магнитная поверхность дискет на 1200 Кб более темная, чем

      у дискет на 360 Кб,

   2. ободок на внутреннем центральном отверстии дискет на 360 Кб

      более заметен, чем у дискет на 1200 Кб.

Важнейшими характеристиками дискеты являются :

     - тип (5.25" или 3.5")

     - формат(и,соответственно,емкость)

                         Винчестеры

Организация хранения информации на Винчестере, с точки зрения Поль-

зователя, не сильно отличается от Флоппи-дисков.

Разница лишь в том, что количество поверхностей,дорожек и секторов

значительно больше(соответственно больше и емкость).

Физический Адрес Сектора = Nцилиндра + Nдорожки + Nсектора

Важнейшими характеристиками Винчестера являются :

   - емкость(от 10 Мб до 1.2 Гб),

   - быстродействие(время произвольного доступа к информации,

     чем меньше этот показатель, тем "быстрее" Винчестер)

     (8-24 милисек)

Когда говорят (о Винчестере) 1 физический диск - имеется

в виду весь пакет дисков данного Винчестера.

С помощью спец.программ 1 физический диск Винчестера можно

"разбить" на несколько разделов(логических дисков).

                  ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА MS DOS

Файл(по английски File) - папка,скоросшиватель.

Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом

носителе, предназначенная для хранения информации.

Совокупность средств MS DOS, обеспечивающих доступ к информации

на внешних носителях называется системой управления файлами или

файловой системой.

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.

Логические диски :

В некотором приближении можно считать, что,  "с точки зрения"

MS DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск.

Каждый логический диск имеет свое уникальное имя.

В качестве имени логического диска используются буквы английского

алфавита от A до Z (включительно).

Кол-во логических дисков, таким образом, не более 26.

Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC FDD.

Начиная с буквы C именуются логические диски(разделы) HDD.

См. Рис.3.

                                                                                             Рис.3

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B

пропускается(см.рис.4).

                                                                                             Рис.4

Только логические диски A и C могут быть системными(см.тему 7.1)

Файловая структура логического диска :

Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),

надо знать физический адрес первого сектора(Nповерхности+Nдо-

рожки+Nсектора), общее кол-во кластеров, занимаемое данным файлом,

адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер

одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

MS DOS избавляет Пользователя от такой работы и ведет ее сама.

Для обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS 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 спец.программами(в среде MS DOS) в процессе

инициализации диска.

                              Рис. 5

Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор) :

Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском :

  - идентификатор OS(если диск системный),

  - размер сектора диска,

  - кол-во секторов в кластере,

  - кол-во резервных секторов в начале диска,

  - кол-во копий FAT на диске(стандарт - две),

  - кол-во элементов в каталоге,

  - кол-во секторов на диске,

  - тип формата диска,

  - кол-во секторов в FAT,

  - кол-во секторов на дорожку,

  - кол-во поверхностей,

  - блок начальной загрузки OS,

За стартовым сектором располагается FAT.

FAT(таблица размещения файлов) :

Область данных диска(см.выше) представлена в MS DOS как последо-

вательность пронумерованных кластеров.

FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска.

Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT.

Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла

в области данных.

FAT - крайне важный элемент Файловой Структуры !!!

Нарушения в FAT могут привести к ПОЛНОЙ или ЧАСТИЧНОЙ потери ин-

формации на ВСЕМ логическом диске !!!

Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT.

Существуют спец.программы, которые контролируют состояние FAT

и исправляют нарушения.

Корневой Каталог :

Это определенная область Диска,создаваемая в процессе инициализации

(форматировании) Диска, где содержится информация о файлах и ката-

логах, хранящихся на Диске. Корневой Каталог ВСЕГДА существует

на отформатированном Диске! На одном Диске ВСЕГДА бывает только

ОДИН Корневой Каталог. Размер Корневого Каталога для данного

Диска - величина фиксированная, поэтому максимальное кол-во

"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.

MS DOS поддерживает иерархическую структуру каталогов(древообразную),

см. рис.6.

                                   Рис.6

В отличие от Корневого Каталога, остальные каталоги(ПодКаталоги)

создаются с помощью спец.команд MS DOS(внутренних).

Основная цель такой структуры каталогов - организация эффективного

хранения большого кол-ва файлов на диске.

КАЖДЫЙ Каталог(кроме корневого) "имеет" "родителя", т.е. другой

Каталог, к которому "привязан" данный Каталог.

MS DOS рассматривает каждый Каталог(кроме корневого), как файл.

Термин "привязан" иногда заменяется термином "зарегистрирован".

Файлы :

Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом

носителе, предназначенная для хранения информации.

Файл ВСЕГДА "привязан" к какому-либо Каталогу(в том числе,

может быть "привязан" и к корневому каталогу), см. рис. 7.

                                                                                             Рис.7

Идентификация Логических Дисков,Каталогов и Файлов :

Идентификация Логических дисков, Каталогов, Файлов

осуществляется на базе имен.

 ВНИМАНИЕ !!!

Файловая система MS DOS НЕ допускает, чтобы были Логические

Диски,Каталоги,Файлы с одинаковыми ИДЕНТИФИКАТОРАМИ !!!.

В качестве имени логического диска используется одна из букв

латинского алфавита(A..Z).

Каждый Файл или Каталог(кроме корневого) имеет ПОЛНОЕ имя.

ПОЛНОЕ Имя Файла(Каталога),кроме корневого,

состоит из следующих частей(рис.8) :

  - имя логического диска(A..Z),

  - символ-разделитель(двоеточие) “:”,

  - символ,идентифицирующий корневой каталог - "" (Слэш),

  - перечень “родительских” каталогов(разделенных

    символом ""),

  - собственно имя файла(каталога),

Собственно имя файла(каталога) состоит из :

  - имя,

  - символ-разделитель(точка) “.”,

  - расширение имени файла

“Имя логического диска”+”двоеточие”+”идентиф.корневого каталога”

+”весь перечень имен родительских каталогов” = маршрут доступа

к файлу(каталогу).

Максимальное кол-во символов в ПОЛНОМ имени файла = 78,

Максимальное кол-во символов в имени файла = 8,

Максимальное кол-во символов в расширении имени файла = 3,

Расширение НЕ обязательно т.е. может и НЕ присутствовать

(в этом случае точка тоже отсутствует).

                                        Рис.8

Таким образом размер собственно имени файла НЕ превышает 12 символов !

В ПОЛНОМ имени файла разрешается использовать только следующие

символы :

A-Z 0-9 $ & # `~ ( ) - % ! _ ^

В ПОЛНОМ имени файла запрещается использовать все остальные

символы !!!

ЗАПРЕЩАЕТСЯ В ПОЛНОМ имени файла использовать ПРОБЕЛ !!!

Примеры допустимых имен файлов :

   Format.com Read.me MyFyle.txt 28-03-96.doc 123.45

Примеры НЕ допустимых имен файлов :

   123456789.txt aa?.doc 35*.? It.F.doc  .txt

Использование расширений :

Файлы,хранящиеся на диске, с точки зрения файловой системы

MS DOS,которая выступает в роли зав.складом(который ничего не

понимает в устройстве и назначении различных вещей,хранящихся

на складе),вообще говоря,представляют собой “некоторое сборище информации”.На самом деле файлы, в зависимости от информации

которая там хранится, могут иметь различное назначение :

  данные, программы, драйверы, настроечные файлы и т.д.

Расширения имени файла - не обязательный, но очень важный

компонент. Он используется для разделения файлов по отдельным

категориям(данные,программы,драйверы и т.д.).

В MS DOS есть перечень предопределенных(и наиболее часто встреча-

ющихся) расширений файлов.В Табл.2 приведен их НЕ полный перечень.

                                      Табл. 2

Устройства MS DOS :

В MS DOS имеется ряд имен файлов, которые зарезервированы

для внутреннего использования.Каждое такое имя отражает

какое-либо устройство.ЗАПРЕЩАЕТСЯ использование этих имен

НЕ по назначению !  В Табл.3 приведен перечень этих имен.

                                          Табл. 3

С точки зрения Пользователя - эти устройства(табл.3) ничем

не отличаются от обычных файлов(с ними можно производить все

те же операции, что и с обычными файлами).

Символы подстановки в именах файлов :

Когда необходимо произвести какие-либо действия над файлами -

Пользователь вызывает определенные внутренние или внешние

команды MS DOS и “передает” им,в качестве параметров, имена

файлов. Очень часто приходится производить одни и те же действия

над многими файлами. Например, необходимо скопировать ВСЕ файлы

какого-либо каталога в другой каталог.Если файлов больше 200, то

ровно 200 раз необходимо произвести эту операцию для каждого файла

в отдельности.Это, как минимум, слегка огорчает Пользователя.

Для решения такого рода проблем существуют спец.средства, которые

помогают производить однотипные операции над целой группой файлов

за один “заход”.

Так называемые символы подстановки позволяют “фильтровать” файлы,

используя их имена. К ним относятся символы :  ? и * .

Эти символы можно использовать в любом месте собственно имени

файла(имени и расширении).

Символ ? означает, что команда(при фильтрации файлов) “признает”

любой символ в имени или расширении файла, в позиции которого

находится символ ?.

Символ * означает, что команда(при фильтрации файлов) “признает”

все символы,в имени или расширении файла, начиная с позиции, где

находится символ *.

Символы ? и * действуют не зависимо друг от друга применительно

к имени или расширению.

Примеры :

 ВЫПОЛНИТЬ ОПЕРАЦИЮ НАД СЛЕДУЮЩИМИ ГРУППАМИ ФАЙЛОВ :

   *.*          - все файлы, без исключения,

   *.txt        - файлы с любыми именами, но с расширением .txt,

   II*.*        - файлы,имена которых начинаются с цепочки символов

                  II и имеющие любое расширение,

   YE??0198.*   - файлы,имена которых начинаются с цепочки символов

                  YE, два следующих символа НЕ имеют значение,

                  следующие четыре символа должны быть 0198, расши-

                  рение НЕ имеет значение(применительно к расчетному

                  отделу : все результаты расчетов по работнику

                  с табельным номером 0198),

Атрибуты файлов :

Каждый Файл(Каталог) имеет атрибут, который указывает на то,

что этот файл является именно файлом;или на то, что он является

Каталогом.

Файлы, в зависимости от атрибута, могут быть скрытыми,архивными

системными, только для чтения.(Скрытые файлы MS DOS “не видит”).

                 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

       1. Справочное Руководство по IBM PC. Методические

          материалы.Часть 2. ТПП “СФЕРА”.  М. 1991 г.

       2. Савельев А.Я., Сазонов Б.А., Лукьянов С.Э. "Персо-

          нальный компьютер для всех". Книга 1.

          М., ВЫСШАЯ ШКОЛА, 1991 г.

       3. Брябрин В.М. “Программное обеспечение персональных

          ЭВМ”. М. “НАУКА”, 1990 г.

       4. Фигурнов В.Э. “IBM PC для Пользователя”

          г.Уфа, НПО “Информатика и Компьютеры”, 1993 г.