Интерфейс внешнего устройства – это система обмена информацией между внешним устройством и процессором ПК. Понятие интерфейса ВУ включает в себя наличие в компьютерной системе следующих элементов:
1. Порт ВУ – это разъем, установленный на системной плате или на системном блоке. С помощью этого разъема внешнее устройство подключается к системной шине ПК. Системная шина ПК – это система электрических проводников, с помощью которых процессор обменивается электрическими сигналами с внешними устройствами.
2. Контроллер ВУ – это специализированная микросхема, расположенная на системной плате, во внешнем устройстве или реализованная в виде отдельного устройства. Контроллер ВУ управляет передачей электрических сигналов через порт ВУ, которыми обмениваются процессор и внешнее устройство. Контроллер ВУ, реализующий сложный алгоритм управления и содержащий в себе вычислительное устройство и внутреннюю оперативную память называется адаптер. Адаптер, выполняющий сложное преобразование электрических сигналов из одной формы в другую называется модем.
3. Протокол обмена данными ВУ – это правила обмена данными между процессором и внешним устройством посредством электрических сигналов с использованием контроллера ВУ.
4. Драйвер ВУ – это специализированная программа, под управлением которой выполняется протокол обмена данными.
Для обеспечения связи между процессором и внешними устройствами в составе ПК Драйверы устройств могут входить в состав ОС или дополнительно устанавливаться с внешних носителей.
Файлы и циклы обработки.
Файл – это набор данных определенного типа на внешнем носителе, состоящий из множества записей одинаковой структуры.
Цикл обработки файла включает в себя следующие операции:
1. Открытие файла. Открытие файла предусматривает следующие этапы: 1 - поиск файла на внешнем запоминающем устройстве, 2 – создание в оперативной памяти блока управления файлом FCB, в котором записывается справочная информация о состоянии файла, 3 – создание в оперативной памяти буферной области передачи данных DTA для хранения текущей и обрабатываемой записи файла.
2. Обработка каждой записи файла. Эта операция предусматривает следующие этапы: 1 – чтение записей, 2 – редактирование записей, 3 – создание новых записей.
3. Закрытие файла. Эта операция предусматривает следующие этапы: 1 – внесение всех окончательных изменений в файл и его реквизиты, 2 – освобождение оперативной памяти, отведенной под файл.
Файловые системы.
Операционная система создает на каждом диске совокупность системных данных, которая называется файловой системой. Файловая система отвечает за размещение файлов и папок на диске.
Файловая система создается при разметке диска, затем она конфигурируется ОС при текущей работе, в процессе создания, удаления и модификации файлов пользователя, содержащих программы и данные.
Разметка диска.
Разметка диска предусматривает выполнение следующих операций: создание разделов, создание логических дисков в разделе, форматирование логических дисков.
Жесткий диск можно разбить на несколько разделов. Стандартным разбиением считается разбивка жесткого диска на два раздела – Основной и Дополнительный. Операционная система устанавливается в основной раздел. Дополнительный раздел используется для размещения различных файлов пользователей. При такой организации, в том случае, если в системном разделе возникнут неисправности, на информации, находящейся в дополнительном разделе это никак не отразиться. На ПК могут устанавливаться несколько операционных систем, при этом каждая ОС устанавливается в отдельном разделе.
В каждом разделе может создаваться несколько логических дисков. Логические диски определяются в файловой системе как отдельные устройства и имеют собственное имя. Кроме того, используя специальную технологию RAID можно объединять несколько отдельных жестких дисков в один логический диск. Эта технология применяется в мощных серверах, использующихся для обработки видео или в качестве архивов-библиотек.
Для разбивки и форматирования жестких дисков используют специализированные программы – утилиты. Утилиты – это программы, предназначенные для выполнения функций по обслуживанию ПК. К наиболее популярным утилитам по разметке диска относятся: Partition Magic, Acronis, Ghost.
Partition Magic – эта утилита позволяет выполнять не только разбивку диска, но и большое количество операций с дисковым пространством (разбивка логических дисков, соединение логических дисков в один, перемещение логических дисков по разным областям дискового пространства и т.д.).
Acronis – эта утилита отличается тем, что позволяет делать образ логического диска либо в виде файла, либо в скрытой области дискового пространства. При выходе из строя логического диска, его всегда можно восстановить из образа, и тем самым быстро восстановить работоспособность ПК.
Ghost – эта утилита отличается тем, что позволяет делать образ всего жесткого диска со всеми разделами и логическими дисками. Такой образ становится образом всей компьютерной системы. Используя образ компьютерной системы можно быстро залить этим образом жесткие диски нескольких ПК и организовать множество ПК с одинаковой системой.
Устройство жесткого диска содержит несколько дисков. Каждый диск имеет две поверхности. На каждую поверхность нанесен слой из магнитного материала. Над каждой поверхностью перемещается магнитная головка, которая записывает информацию на магнитную поверхность или считывает информацию с этой поверхности. Магнитная головка преобразует воздействие магнитного поля от поверхности в электрический сигнал, который передается затем на контроллер жесткого диска.
На физическом уровне поверхность магнитного диска разбита на концентрические окружности - дорожки, которые в свою очередь делятся на секторы. Сектор – это минимальный физический объем диска, который может быть занят данными. Размер сектора составляет 512 байт. В результате операции форматирования логических дисков на нем создаются участки, которые называются кластеры. Кластеры объединяют в себе несколько секторов. Число секторов в кластере, а стало быть, и его размер, зависят от объема жесткого диска и типа файловой системы.
Таким образом, файловая система включает в себя совокупность кластеров на диске, каждый из которых имеет свой номер, так называемый адрес.
Дорожки с одинаковыми номерами на разных сторонах диска объединяются в цилиндры.
Адрес кластера состоит из 3 чисел:
1. № цилиндра – S.
2. № поверхности - P.
3. № кластера на дорожке - N.
Файловая система FAT32.
Файловая система FAT32 используется при форматировании логических дисков, предназначенных для размещения данных пользователя. Каждый элемент файловой системы имеет размерность в 32 бита. Файловая система отличается хорошим быстродействием, но имеет невысокую степень надежности.
В кластерах файловой системы размещаются файлы, которые записываются на диск.
Файловая система включает в себя таблицу параметров MBR, программу начальной загрузки и 2 таблицы содержания FAT.
В таблице MBR основные физические параметры файловой системы: количество цилиндров, количество поверхностей, количество кластеров на дорожке и т.д.
Программа начальной загрузки обеспечивает загрузку ПК после его включения и обеспечивает запуск ОС.
Файловая система FAT32 содержит 2 копии таблицы содержания FAT. Одна копия является рабочая, вторая резервная. Если рабочая копия по какой-то причине выходит из строя, то она заменяется заведомо исправной резервной копией. Такая организация файловой системы позволяет повысить надежность операционной системы при возникновении сбоев.
Таблица содержания состоит из 4 областей:
1. Область файлов.
2. Область переполнения.
3. Область свободных кластеров.
4. Область сбойных кластеров.
Область файлов.
В этой таблице указываются имена файлов и номера кластеров, выделенных для размещения файлов.
Имя файла
№ блока
File 1
File 2
File 3
File 4
Область переполнения.
Это дополнительная таблица аналогичной структуры, в которую записываются номера кластеров особо длинных файлов.
Имя файла
№ блока
File 1
Область свободных кластеров.
В этой таблице находится необходимая информация для размещения создаваемых или расширяемых файлов.
Список включает все свободные кластеры, кроме поврежденных, а затем корректируется при создании, удалении или модификации файлов.
№ блока
№ блока
Область сбойных кластеров.
Это таблица где регистрируются поврежденные кластеры, и предназначенная для предотвращения использования испорченных областей на магнитном носителе под файлы данных.
№ блока
Анализ примера файловой системы.
File 1 – занимает 6 кластеров, причем 6 кластер, имеющий номер 23, размещен в таблице переполнения.
File 2 – имеет небольшой размер и занимает 2 кластера, поэтому вся информация содержится в области файлов.
File 3 – не содержит ни одного кластера, следовательно файл был удален, но запись об этом файле сохранилась в файловой системе. Это является логической ошибкой в файловой системе.
File 1 и File4 – оба файла ссылаются на кластер №3. Это логическая ошибка, поскольку каждый кластер должен быть закреплен за единственным файлом.
File 1 – содержит ссылку на кластер №7, помеченный как сбойный. Это логическая ошибка, которая приведет к невозможности корректно полностью прочитать данный файл.
В области свободных кластеров содержится номер кластера №12, помеченный как сбойный и номер кластера №13, распределенный под File1. Это также является логической ошибкой файловой системы.
В рассмотренном примере перечисленные логические ошибки являются свидетельством начавшегося разрушения файловой системы. Данные логические ошибки могут возникать по следующим причинам:
