Курсовая работа: Анализ существующих систем внешней памяти

Содержание

Введение………………………………………………………………………….……..2
1. Внешняя память…………………………………………………………………….3
2. Организация внешней памяти……………………………………………………6
2.1. Подключение внешней памяти…………………………………………………….…..6
2.2. Организация дисковой памяти………………………………………………………...9
2.3. Организация ленточной памяти……………………………………………………...14
2.4. Оптическая память………………………………………………………………….. ..22
3. Файловая система ………………………………………………………………...23
3.1. Внешняя память ОМ…………………………………………………………………...24
3.2. Архитектура файловой системы……………………………………………………...24
3.3. Структура ФС на внешней памяти…………………………………………………..25
3.4. Распределение дисковой памяти……………………………………………………...26
3.5. Распределение массовой памяти……………………………………………………...27
Заключение……………………………………………………………………………29
Литература…………………………………………………………………………….31
Введение
Главная задача компьютерной системы – выполнять программы. Программы вместе с данными, к которым они имеют доступ, в процессе выполнения должны (по крайней мере частично) находиться в оперативной памяти. Операционной системе приходится решать задачу распределения памяти между пользовательскими процессами и компонентами ОС. Эта деятельность называется управлением памятью. Таким образом, память (storage, memory) является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления. В недавнем прошлом память была самым дорогим ресурсом.
Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется менеджером памяти.
Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.
Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания.
Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.
Эту схему можно дополнить еще несколькими промежуточными уровнями, как показано на рис. 1. Разновидности памяти могут быть объединены в иерархию по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению емкости.
Рис. 1. Иерархия памяти
Многоуровневую схему используют следующим образом. Информация, которая находится в памяти верхнего уровня, обычно хранится также на уровнях с большими номерами. Если процессор не обнаруживает нужную информацию на i-м уровне, он начинает искать ее на следующих уровнях. Когда нужная информация найдена, она переносится в более быстрые уровни.
История систем управления данными во внешней памяти начинается еще с магнитных лент, но современный облик они приобрели с появлением магнитных дисков. До этого каждая прикладная программа сама решала проблемы именования данных и их структуризации во внешней памяти. Это затрудняло поддержание на внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранящейся информации. Историческим шагом стал переход к использованию централизованных систем управления файлами. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в адреса внешней памяти и обеспечение доступа к данным.
1. Внешняя память
В отличие от основной памяти, внешняя память предназначена для долговременного хранения и только хранения информации. Способность этой памяти хранить информацию не зависит от наличия питания. Вся хранимая во внешней памяти информация разбивается на так называемые файлы. Другими словами, файл - это единица хранения информации во внешней памяти. Все файлы разбиваются на несколько основных типов в зависимости от хранимой в них информации:
• текстовые файлы содержат текстовую информацию как набор кодов символов;
• графические файлы содержат закодированную информацию о всех точках изображения;
• программные файлы содержат закодированное представление программ в виде, понятном процессору компьютера;
• звуковые файлы содержат закодированное представление звуковой информации.
Независимо от типа файла, все они в конечном счете содержат только наборы нулей и единиц, которые объединены в байты. Отсюда следует, что основной характеристикой файла является его размер в байтах. Этот размер может изменяться в очень широких пределах - от нескольких байт до нескольких мегабайт. Для сравнения, стандартная страница печатного текста занимает около 2 Кб, а солидная книга в 500 страниц потребует для своего хранения файла объемом в 1 Мб. Большое значение для работы компьютера имеет взаимодействие основной и внешней памяти. Каждая из них используется в своих целях и не может заменять другую. Перед началом непосредственной обработки данных, эти данные вместе с необходимыми программами должны быть помещены из внешней памяти в основную. Этот процесс называют загрузкой или чтением информации. Часто сначала загружается необходимая программа, а потом уже с ее помощью загружаются соответствующие данные. Необходимо понимать, что загрузка в основную память не приводит к исчезновению загружаемой информации из внешней памяти. Эта информация остается в соответствующих файлах, а в основной памяти создается ее копия. Только когда программы и данные попадут в основную память, процессор сможет выполнить их обработку. После окончания обработки измененные данные можно поместить обратно во внешнюю память. Этот процесс называют сохранением или записью данных. Программы обратно во внешнюю память не записываются, т.к. в процессе их использования программы обычно не изменяются. Загрузка и сохранение данных выполняются специальными программами, входящими в состав так называемой операционной системы, назначение и функции которой будут рассмотрены позже. Современные компьютеры могут использовать разные типы внешней памяти, каждый из которых имеет свои особенности. Общим для всех типов внешней памяти является их основная характеристика - объем или емкость, измеряемая в байтах. Основным типом внешней памяти являются жесткие магнитные диски ( Hard Disk, HD, винчестер ). Их основные особенности:
• большой объем хранимой информации ( 2 - 4 Гб, т.е. около тысячи книг среднего объема);
• двустороннее использование, т.е. возможность как чтения, так и записи информации;
• высокая скорость чтения и записи;
• в основном жесткие диски постоянно находятся в компьютере и снимаются только в крайнем случае.
Вторым по распространенности типом внешней памяти являются дискеты или гибкие магнитные диски ( Floppy Disk, FD ). Их особенности:
• небольшой объем ( стандартно - 1.44 Мб )
• возможность чтения и записи
• невысокая скорость работы
• съемность, т.е. возможность переноса информации между компьютерами.
В последнее время все большую популярность приобретают компакт-диски ( CD, Compact Disk ). Массовые компакт-диски имеют следующие особенности:
• высокая емкость, сопоставимая с жесткими дисками (до 1 Гбайта)
• одностороннее использование только для чтения ( ROM - Read Only Memory )
• высокая скорость работы
• возможность переноса неизменяемой информации между компьютерами (большие программы, энциклопедии, путеводители, учебники).
Надо отметить, что устройства работы с жесткими и гибкими дисками (называемые дисковыми накопителями) обычно являются стандартными, тогда как устройства для работы с компакт-дисками (привод CD-ROM) имеют далеко не все ПК. Дальнейшее развитие компакт-дисков идет по двум направлениям:
• повышение емкости дисков; в частности, технология цифровых видеодисков (DVD) позволяет хранить на одном диске до 17 Гбайт информации
• предоставление пользователям возможности записи информации на компакт-диски (перезаписываемые диски - CD RW).
Более редкими являются устройства резервного копирования, которые позволяют сохранять информацию с жестких дисков либо на магнитной ленте (стримеры), либо на специальных магнитооптических дисках.
Общая характеристика операционных систем. Операционная система - это комплекс специальным образом организованных программ и данных, с помощью которых осуществляется управление всеми устройствами ПК и взаимодействие с пользователем. ОС выступает как 'посредник' между пользователем и аппаратной частью ПК.
Основными функциями ОС являются:
• управление файлами на устройствах внешней памяти;
• запуск необходимых пользователю прикладных программ;
• управление основными внешними устройствами;
• организация взаимодействия с пользователем.
На персональных ЭВМ фирмы IBM наиболее простой является ОС семейства MS DOS фирмы Microsoft. В последние годы в связи с резким увеличением вычислительных возможностей ПК все большее распространение получают сложные и мощные ОС, такие как Microsoft Windows, IBM OS/2, UNIX. Для грамотного использования ОС необходимо знать следующее:
• понятие дискового файла и правила задания имен файлов;
• понятие файловой структуры диска;
• основы взаимодействия с ОС (интерфейс пользователя).
Последнее понятие определяет способ управления пользователем работой ОС. Принято выделять следующие уровни организации взаимодействия пользователя с системой:
• командный способ является наиболее простым с точки зрения программной реализации, но наиболее неудобным и трудоемким для массового пользователя
• простейшие вспомогательные программы-оболочки типа Norton Commander, реализующие несложный диалог пользователя с системой с использованием меню, световых кнопок, функциональных клавиш и мыши
• сложные современные оконные системы типа Windows, которые наиболее удобны для пользователя, но предъявляют высокие требования к используемому оборудованию и программной поддержке.
Имена устройств и файлов при работе с ОС типа MS DOS/Windows пользователю многократно приходится обращаться к внешней дисковой памяти. Для этого он должен уметь указывать необходимое ему устройство.
Каждому дисковому накопителю присваивается свое имя следующим образом:
• A: для устройств работы с дискетами,
• B: аналогично,
• C: для жесткого диска.
Во многих случаях жесткий диск удобно разбить на самостоятельные части (разделы), присвоив каждой части свое имя C:, D:, E:, F: и т.д. по алфавиту. При использовании сетевых дисков на сервере им также присваиваются имена, которыми могут быть любые неиспользованные буквы английского алфавита. При работе с компакт-диском используется имя, обозначаемое следующей по алфавиту буквой за именами разделов жесткого диска. Например: • C: , D: , E: - имена разделов жесткого диска • F: - имя компакт-диска • G: , W: , Z: - имена сетевых дисков.
Каждому файлу, хранящемуся во внешней памяти, присваивается имя, состоящее из двух частей : собственно имя как набор от 1 до 8 латинских букв и цифр; необязательная дополнительная часть, называемая расширением и содержащая от 1 до 3 символа. В системе Windows 95 допускается давать файлам длинные многословные имена, а для русифицированной версии - использовать русские буквы. Расширение отделяется от имени точкой; часто расширение используется для указания типа файла. Имя файла должно быть достаточно информативным, отражающим смысл хранимой информации. Некоторые расширения являются стандартными, например:
• TXT используется для задания текстового файла;
• COM и EXE используются для задания программных файлов.
Многие современные программы используют зарезервированные расширения для хранения своих файлов. Например, текстовый редактор Word сохраняет документы в файлах с расширением DOC, а графический редактор Paint системы Windows использует расширение BMP. Имена файлов можно вводить с клавиатуры в любом регистре. Примеры правильных имен файлов: • Progr1.exe • PROGR2.COM • tablica.TXT • dannye.doc • мой документ.doc (для системы Windows 95 и выше) Примеры неправильных имен: • Prog.text - в расширении имени более трех символов • Prog.15.txt - нельзя использовать две точки.
Понятие каталога и организация файлов на дисках Современные магнитные диски могут хранить десятки тысяч разнообразных файлов. Чтобы не запутаться в этом море файлов, их классифицируют, объединяют по группам. Все файлы, хранимые на магнитных дисках любых типов, операционные системы позволяют разбивать на отдельные группы. Внутри группы файлы объединяются по какому-либо признаку (например, все файлы некоторого пользователя). Такая группа файлов называется каталогом (directory). Каталогу присваивается имя. Правила именования каталогов совпадают с правилами для файлов, за исключением того, что расширение имени для каталогов обычно не используется. Кроме файлов, любой каталог может содержать подчиненные каталоги, называемые подкаталогами. В свою очередь, любой подкаталог может содержать файлы и свои подчиненные подкаталоги. Тем самым каталоги и файлы образуют так называемое дерево каталогов. Корень дерева называется главным или корневым каталогом. Начиная с корневого каталога, можно спуститься по ветвям дерева до необходимого файла или подкаталога. В итоге, каждый каталог может содержать:
• только файлы
• только подкаталоги
• файлы и подкаталоги
• ничего не содержать, т.е. может быть пустым.
Имя корневого каталога совпадает с именем используемого дискового устройства. Если жесткий диск разбит на несколько разделов (C:, D:, ...), то в каждом из них создается своя собственная файловая структура, никак не связанная с другими. В подобной древовидной структуре для определения местоположения файла надо задать путь, т.е. последовательность подкаталогов, начиная с корневого, которые должны проходиться для достижения данного файла. При описании этого пути подкаталоги отделяются друг от друга обратной косой чертой (\). Тогда полное имя файла в операционных системах MS DOS/Windows можно описать следующим образом: устр: \ каталог1 \ подкаталог2 \ ... \ имя.расширение Здесь устр: - имя дискового накопителя ( А:, B:, C:,...) ... \ ... - путь по древовидной структуре Если в полном имени файла опущены устройство и путь, то они выбираются по умолчанию. Используемые в данный момент устройство и подкаталог называются текущими или рабочими. В каждый момент времени ОС отслеживает текущее устройство и подкаталог, поэтому для работы с файлами текущего подкаталога можно не указывать имя устройства и путь. Примеры полных имен файлов: • С: \ DOS \ RAB \ PROG1.exe - файл prog1.exe записан на жестком диске( раздел C: ) в подкаталоге RAB, входящем в каталог DOS • D: \ DOKUMENT \ tablica.txt - файл tablica.txt храниться на жестком диске (раздел D: ) в каталоге DOKUMENT • A: \ file1.txt - файл file1.txt в корневом каталоге дискеты, находящейся в данный момент в соответствующем устройстве Поскольку файлы распознаются операционной системой по полным именам, то файлы в разных подкаталогах могут иметь одинаковые имена, оставаясь тем не менее разными файлами для ОС, поскольку их полные имена будут различными. Например, файлы C: \ RAB \ file1.txt и C: \ DOKUM \ file1.txt являются для ОС разными, хотя и имеют одинаковые имена. Запуск ОС Операционная система как комплекс программ работает все время, пока пользователь общается с компьютером. Это означает, что основные программы ОС должны все время находиться в основной памяти. Все программы ОС хранятся на диске в специальных системных файлах. Первоначально эти программы помещаются в основную память при включении компьютера. Более подробно, при включении питания компьютера обычно автоматически выполняются следующие два действия:.....