Что представляет собой файл с позиции пользователя
Обновлено: 10.05.2024
Длина имени файла зависит от ОС, может быть от 8 (MS-DOS) до 255 (Windows, LINUX) символов.
ОС могут различать прописные и строчные символы. Например, WINDOWS и windows для MS-DOS одно и тоже, но для UNIX это разные файлы.
Во многих ОС имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой, например windows.exe. Часть после точки называют расширением файла. По нему система различает тип файла.
У MS-DOS расширение составляет 3 символа. По нему система различает тип файла, а также можно его исполнять или нет.
У UNIX расширение ограничено размером имени файла в 255 символов, также у UNIX может быть несколько расширений, но расширениями пользуются больше прикладные программы, а не ОС. По расширению UNIX не может определить исполняемый это файл или нет.
2.1.2 Структура файла
Три основные структуры файлов:
Последовательность байтов - ОС не интересуется содержимым файла, она видит только байты. Основное преимущество такой системы, это гибкость использования. Используются в Windows и UNIX.
Последовательность записей - записей фиксированной длины (например, перфокарта), считываются последовательно. Сейчас не используются.
Дерево записей - каждая запись имеет ключ, записи считываются по ключу. Основное преимущество такой системы, это скорость поиска. Пока еще используется на мэйнфреймах.
Три типа структур файла.
2.1.3 Типы файлов
Основные типы файлов:
Регулярные - содержат информацию пользователя. Используются в Windows и UNIX.
Каталоги - системные файлы, обеспечивающие поддержку структуры файловой системы. Используются в Windows и UNIX.
Символьные - для моделирования ввода-вывода. Используются только в UNIX.
Блочные - для моделирования дисков. Используются только в UNIX.
Основные типы регулярных файлов:
ASCII файлы - состоят из текстовых строк. Каждая строка завершается возвратом каретки (Windows), символом перевода строки (UNIX) и используются оба варианта (MS-DOS). Поэтому если открыть текстовый файл, написанный в UNIX, в Windows, то все строки сольются в одну большую строку, но под MS-DOS они не сольются (это достаточно частая ситуация). Основные преимущества ASCII файлов:
- могут отображаться на экране, и выводится на принтер без преобразований
- могут редактироваться почти любым редактором
Двоичные файлы - остальные файлы (не ASCII). Как правило, имеют внутреннею структуру.
Основные типы двоичных файлов:
Исполняемые - программы, их может обрабатывать сама операционная система, хотя они записаны в виде последовательности байт.
Неисполняемые - все остальные.
Примеры исполняемого и не исполняемого файла
«Магическое число» - идентифицирующее файл как исполняющий.
2.1.4 Доступ к файлам
Основные виды доступа к файлам:
Последовательный - байты читаются по порядку. Использовались, когда были магнитные ленты.
Произвольный - файл можно читать с произвольной точки. Основное преимущество возникает, когда используются большие файлы (например, баз данных) и надо считать только часть данных из файла. Все современные ОС используют этот доступ.
2.1.5 Атрибуты файла
Основные атрибуты файла:
Защита - кто, и каким образом может получить доступ к файлу (пользователи, группы, чтение/запись). Используются в Windows и UNIX.
Пароль - пароль к файлу
Создатель - кто создал файл
Владелец - текущий владелец файла
Флаг "только чтение" - 0 - для чтения/записи, 1 - только для чтения. Используются в Windows.
Флаг "скрытый" - 0 - виден, 1 - невиден в перечне файлов каталога (по умолчанию). Используются в Windows.
Флаг "системный" - 0 - нормальный, 1 - системный. Используются в Windows.
Флаг "архивный" - готов или нет для архивации (не путать сжатием). Используются в Windows.
Флаг "сжатый" - файл сжимается (подобие zip архивов). Используются в Windows.
Флаг "шифрованный" - используется алгоритм шифрования. Если кто-то попытается прочесть файл, не имеющий на это прав, он не сможет его прочесть. Используются в Windows.
Флаг ASCII/двоичный - 0 - ASCII, 1 - двоичный
Флаг произвольного доступа - 0 - только последовательный, 1 - произвольный доступ
Флаг "временный" - 0 - нормальный, 1 - для удаления файла по окончании работы процесса
Флаг блокировки - блокировка доступа к файлу. Если он занят для редактирования.
Время создания - дата и время создания. Используются UNIX.
Время последнего доступа - дата и время последнего доступа
Время последнего изменения - дата и время последнего изменения. Используются в Windows и UNIX.
Текущий размер - размер файла. Используются в Windows и UNIX.
2.1.6 Операции с файлами
Основные системные вызовы для работы с файлами:
Create - создание файла без данных.
Delete - удаление файла.
Open - открытие файла.
Close - закрытие файла.
Read - чтение из файла, с текущей позиции файла.
Write - запись в файл, в текущею позицию файла.
Append - добавление в конец файла.
Seek - устанавливает файловый указатель в определенную позицию в файле.
Get attributes - получение атрибутов файла.
Set attributes - установить атрибутов файла.
Rename - переименование файла.
2.1.7 Файлы, отображаемые на адресное пространство памяти
Иногда удобно файл отобразить в памяти (не надо использовать системные вызовы ввода-вывода для работы с файлом), и работать с памятью, а потом записать измененный файл на диск.
При использовании страничной организации памяти, файл целиком не загружается, а загружаются только необходимые страницы.
При использовании сегментной организации памяти, файл загружают в отдельный сегмент.
Пример копирования файла через отображение в памяти.
Создается сегмент для файла 1
Файл отображается в памяти
Создается сегмент для файла 2
Сегмент 1 копируется в сегмент 2
Сегмент 2 сохраняется на диске
Недостатки этого метода:
Тяжело определить длину выходного файла
Если один процесс отобразил файл в памяти и изменил его, но файл еще не сохранен, второй процесс откроет это же файл, и будет работать с устаревшим файлом.
Файл может оказаться большим, больше сегмента или виртуального пространства.
2.2 Каталоги
2.2.1 Одноуровневые каталоговые системы
В этой системе все файлы содержатся в одном каталоге.
Однокаталоговая система, содержащая четыре файла, файлов А два, но разных владельцев
Возможность быстро найти файл, не надо лазить по каталогам
Различные пользователи могут создать файлы с одинаковыми именами.
2.2.2 Двухуровневые каталоговые системы
Для каждого пользователя создается свой собственный каталог.
Двухуровневая каталоговая система
Пользователь, при входе в систему, попадает в свой каталог и работает только с ним. Это делает проблематичным использование системных файлов.
Эту проблему можно решить созданием системного каталога, с общим доступом.
Если у одного пользователя много файлов, то у него тоже может возникнуть необходимость в файлах с одинаковыми именами.
2.2.3 Иерархические каталоговые системы
Каждый пользователь может создавать столько каталогов, сколько ему нужно.
Иерархическая каталоговая система
Почти все современные универсальные ОС, организованы таким образом. Специализированным ОС это может быть не нужным.
2.2.4 Имя пути
Для организации дерева каталогов нужен некоторый способ указания файла.
Два основных метода указания файла:
абсолютное имя пути - указывает путь от корневого каталога, например:
- для Windows \usr\ast\mailbox
- для UNIX /usr/ast/mailbox
- для MULTICS >usr>ast>mailbox
относительное имя пути - путь указывается от текущего каталога (рабочего каталога), например:
- если текущий каталог /usr/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в ast/mailbox
- если текущий каталог /usr/ast/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в mailbox
- если текущий каталог /var/log/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в ../../usr/ast/mailbox
./ - означает текущий каталог
../ - означает родительский каталог
2.2.5 Операции с каталогами
Основные системные вызовы для работы с каталогами:
Create - создать каталог
Delete - удалить каталог
OpenDir - закрыть каталог
CloseDir - закрыть каталог
ReadDir - прочитать следующий элемент открытого каталога
Rename - переименование каталога
Link - создание жесткой ссылки, позволяет файлу присутствовать сразу в нескольких каталогах.
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.
Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти , и обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с такими данными. Организовать хранение информации на магнитном диске непросто. Это требует, например, хорошего знания устройства контроллера диска, особенностей работы с его регистрами. Непосредственное взаимодействие с диском - прерогатива компонента системы ввода-вывода ОС, называемого драйвером диска. Для того чтобы избавить пользователя компьютера от сложностей взаимодействия с аппаратурой, была придумана ясная абстрактная модель файловой системы. Операции записи или чтения файла концептуально проще, чем низкоуровневые операции работы с устройствами.
Основная идея использования внешней памяти состоит в следующем. ОС делит память на блоки фиксированного размера, например, 4096 байт. Файл , обычно представляющий собой неструктурированную последовательность однобайтовых записей, хранится в виде последовательности блоков (не обязательно смежных); каждый блок хранит целое число записей. В некоторых ОС (MS-DOS) адреса блоков, содержащих данные файла , могут быть организованы в связный список и вынесены в отдельную таблицу в памяти. В других ОС (Unix) адреса блоков данных файла хранятся в отдельном блоке внешней памяти (так называемом индексе или индексном узле). Этот прием, называемый индексацией , является наиболее распространенным для приложений, требующих произвольного доступа к записям файлов . Индекс файла состоит из списка элементов, каждый из которых содержит номер блока в файле и сведения о местоположении данного блока. Считывание очередного байта осуществляется с так называемой текущей позиции, которая характеризуется смещением от начала файла . Зная размер блока, легко вычислить номер блока, содержащего текущую позицию. Адрес же нужного блока диска можно затем извлечь из индекса файла . Базовой операцией, выполняемой по отношению к файлу , является чтение блока с диска и перенос его в буфер , находящийся в основной памяти.
Файловая система позволяет при помощи системы справочников ( каталогов , директорий ) связать уникальное имя файла с блоками вторичной памяти, содержащими данные файла . Иерархическая структура каталогов , используемая для управления файлами , может служить другим примером индексной структуры. В этом случае каталоги или папки играют роль индексов, каждый из которых содержит ссылки на свои подкаталоги. С этой точки зрения вся файловая система компьютера представляет собой большой индексированный файл . Помимо собственно файлов и структур данных, используемых для управления файлами ( каталоги , дескрипторы файлов , различные таблицы распределения внешней памяти ), понятие " файловая система " включает программные средства , реализующие различные операции над файлами .
Перечислим основные функции файловой системы.
- Идентификация файлов . Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти .
- Распределение внешней памяти между файлами . Для работы с конкретным файлом пользователю не требуется иметь информацию о местоположении этого файла на внешнем носителе информации. Например, для того чтобы загрузить документ в редактор с жесткого диска, нам не нужно знать, на какой стороне какого магнитного диска, на каком цилиндре и в каком секторе находится данный документ.
- Обеспечение надежности и отказоустойчивости. Стоимость информации может во много раз превышать стоимость компьютера.
- Обеспечение защиты от несанкционированного доступа.
- Обеспечение совместного доступа к файлам , так чтобы пользователю не приходилось прилагать специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа.
- Обеспечение высокой производительности.
Иногда говорят, что файл - это поименованный набор связанной информации, записанной во вторичную память. Для большинства пользователей файловая система - наиболее видимая часть ОС. Она предоставляет механизм для онлайнового хранения и доступа как к данным, так и к программам для всех пользователей системы. С точки зрения пользователя, файл - единица внешней памяти , то есть данные, записанные на диск, должны быть в составе какого-нибудь файла .
Важный аспект организации файловой системы - учет стоимости операций взаимодействия с вторичной памятью. Процесс считывания блока диска состоит из позиционирования считывающей головки над дорожкой, содержащей требуемый блок, ожидания, пока требуемый блок сделает оборот и окажется под головкой, и собственно считывания блока. Для этого требуется значительное время (десятки миллисекунд). В современных компьютерах обращение к диску осуществляется примерно в 100 000 раз медленнее, чем обращение к оперативной памяти. Таким образом, критерием вычислительной сложности алгоритмов, работающих с внешней памятью , является количество обращений к диску.
В данной лекции рассматриваются вопросы структуры, именования, защиты файлов ; операции , которые разрешается производить над файлами ; организация файлового архива (полного дерева справочников). Проблемы выделения дискового пространства, обеспечения производительной работы файловой системы и ряд других вопросов, интересующих разработчиков системы, вы найдете в следующей лекции.
Общие сведения о файлах
Имена файлов
Файлы представляют собой абстрактные объекты. Их задача - хранить информацию, скрывая от пользователя детали работы с устройствами. Когда процесс создает файл , он дает ему имя. После завершения процесса файл продолжает существовать и через свое имя может быть доступен другим процессам.
Правила именования файлов зависят от ОС. Многие ОС поддерживают имена из двух частей (имя+расширение), например progr.c ( файл , содержащий текст программы на языке Си) или autoexec.bat ( файл , содержащий команды интерпретатора командного языка). Тип расширения файла позволяет ОС организовать работу с ним различных прикладных программ в соответствии с заранее оговоренными соглашениями. Обычно ОС накладывают некоторые ограничения, как на используемые в имени символы, так и на длину имени файла . В соответствии со стандартом POSIX, популярные ОС оперируют удобными для пользователя длинными именами (до 255 символов).
Типы файлов
Важный аспект организации файловой системы и ОС - следует ли поддерживать и распознавать типы файлов . Если да, то это может помочь правильному функционированию ОС, например не допустить вывода на принтер бинарного файла .
Основные типы файлов : регулярные (обычные) файлы и директории (справочники, каталоги ). Обычные файлы содержат пользовательскую информацию. Директории - системные файлы , поддерживающие структуру файловой системы. В каталоге содержится перечень входящих в него файлов и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками ( атрибутами ). Мы будем рассматривать директории ниже.
Напомним, что хотя внутри подсистемы управления файлами обычный файл представляется в виде набора блоков внешней памяти , для пользователей обеспечивается представление файла в виде линейной последовательности байтов. Такое представление позволяет использовать абстракцию файла при работе с внешними устройствами, при организации межпроцессных взаимодействий и т. д. Так, например, клавиатура обычно рассматривается как текстовый файл , из которого компьютер получает данные в символьном формате. Поэтому иногда к файлам приписывают другие объекты ОС, например специальные символьные файлы и специальные блочные файлы , именованные каналы и сокеты, имеющие файловый интерфейс. Эти объекты рассматриваются в других разделах данного курса.
Далее речь пойдет главным образом об обычных файлах.
Обычные (или регулярные) файлы реально представляют собой набор блоков (возможно, пустой) на устройстве внешней памяти , на котором поддерживается файловая система. Такие файлы могут содержать как текстовую информацию (обычно в формате ASCII), так и произвольную двоичную (бинарную) информацию.
Текстовые файлы содержат символьные строки, которые можно распечатать, увидеть на экране или редактировать обычным текстовым редактором.
Другой тип файлов - нетекстовые, или бинарные, файлы . Обычно они имеют некоторую внутреннюю структуру. Например, исполняемый файл в ОС Unix имеет пять секций: заголовок, текст, данные, биты реаллокации и символьную таблицу. ОС выполняет файл , только если он имеет нужный формат. Другим примером бинарного файла может быть архивный файл . Типизация файлов не слишком строгая.
Обычно прикладные программы, работающие с файлами , распознают тип файла по его имени в соответствии с общепринятыми соглашениями. Например, файлы с расширениями .c , .pas , .txt - ASCII-файлы, файлы с расширениями .exe - выполнимые, файлы с расширениями .obj , .zip - бинарные и т. д.
Атрибуты файлов
Кроме имени ОС часто связывают с каждым файлом и другую информацию, например дату модификации, размер и т. д. Эти другие характеристики файлов называются атрибутами . Список атрибутов в разных ОС может варьироваться. Обычно он содержит следующие элементы: основную информацию (имя, тип файла ), адресную информацию (устройство, начальный адрес, размер), информацию об управлении доступом (владелец, допустимые операции) и информацию об использовании (даты создания, последнего чтения, модификации и др.).
Список атрибутов обычно хранится в структуре директорий (см. следующую лекцию) или других структурах, обеспечивающих доступ к данным файла .
Организация файлов и доступ к ним
Программист воспринимает файл в виде набора однородных записей. Запись - это наименьший элемент данных , который может быть обработан как единое целое прикладной программой при обмене с внешним устройством. Причем в большинстве ОС размер записи равен одному байту. В то время как приложения оперируют записями, физический обмен с устройством осуществляется большими единицами (обычно блоками). Поэтому записи объединяются в блоки для вывода и разблокируются - для ввода. Вопросы распределения блоков внешней памяти между файлами рассматриваются в следующей лекции.
ОС поддерживают несколько вариантов структуризации файлов .
Последовательный файл
Простейший вариант - так называемый последовательный файл . То есть файл является последовательностью записей. Поскольку записи, как правило, однобайтовые, файл представляет собой неструктурированную последовательность байтов.
Обработка подобных файлов предполагает последовательное чтение записей от начала файла , причем конкретная запись определяется ее положением в файле . Такой способ доступа называется последовательным (модель ленты). Если в качестве носителя файла используется магнитная лента, то так и делается. Текущая позиция считывания может быть возвращена к началу файла ( rewind ).
Файл прямого доступа
В реальной практике файлы хранятся на устройствах прямого (random) доступа, например на дисках, поэтому содержимое файла может быть разбросано по разным блокам диска, которые можно считывать в произвольном порядке. Причем номер блока однозначно определяется позицией внутри файла .
Здесь имеется в виду относительный номер, специфицирующий данный блок среди блоков диска, принадлежащих файлу . О связи относительного номера блока с абсолютным его номером на диске рассказывается в следующей лекции.
Естественно, что в этом случае для доступа к середине файла просмотр всего файла с самого начала не обязателен. Для специфицирования места, с которого надо начинать чтение, используются два способа: с начала или с текущей позиции, которую дает операция seek. Файл , байты которого могут быть считаны в произвольном порядке, называется файлом прямого доступа .
Таким образом, файл , состоящий из однобайтовых записей на устройстве прямого доступа, - наиболее распространенный способ организации файла . Базовыми операциями для такого рода файлов являются считывание или запись символа в текущую позицию. В большинстве языков высокого уровня предусмотрены операторы посимвольной пересылки данных в файл или из него.
Подобную логическую структуру имеют файлы во многих файловых системах, например в файловых системах ОС Unix и MS-DOS. ОС не осуществляет никакой интерпретации содержимого файла . Эта схема обеспечивает максимальную гибкость и универсальность. С помощью базовых системных вызовов (или функций библиотеки ввода/вывода) пользователи могут как угодно структурировать файлы . В частности, многие СУБД хранят свои базы данных в обычных файлах .
Другие формы организации файлов
Известны как другие формы организации файла , так и другие способы доступа к ним, которые использовались в ранних ОС, а также применяются сегодня в больших мэйнфреймах (mainframe), ориентированных на коммерческую обработку данных.
Другой способ представления файлов - последовательность записей переменной длины, каждая из которых содержит ключевое поле в фиксированной позиции внутри записи (см. рис. 11.1). Базисная операция в данном случае - считать запись с каким-либо значением ключа. Записи могут располагаться в файле последовательно (например, отсортированные по значению ключевого поля) или в более сложном порядке. Метод доступа по значению ключевого поля к записям последовательного файла называется индексно-последовательным.
Рис. 11.1. Файл как последовательность записей переменной длины
В некоторых системах ускорение доступа к файлу обеспечивается конструированием индекса файла . Индекс обычно хранится на том же устройстве, что и сам файл , и состоит из списка элементов, каждый из которых содержит идентификатор записи, за которым следует указание о местоположении данной записи. Для поиска записи вначале происходит обращение к индексу, где находится указатель на нужную запись. Такие файлы называются индексированными, а метод доступа к ним - доступ с использованием индекса.
Предположим, у нас имеется большой несортированный файл , содержащий разнообразные сведения о студентах, состоящие из записей с несколькими полями, и возникает задача организации быстрого поиска по одному из полей, например по фамилии студента. Рис. 11.2 иллюстрирует решение данной проблемы - организацию метода доступа к файлу с использованием индекса.
Рис. 11.2. Пример организации индекса для последовательного файла
Следует отметить, что почти всегда главным фактором увеличения скорости доступа является избыточность данных.
Способ выделения дискового пространства при помощи индексных узлов, применяемый в ряде ОС (Unix и некоторых других, см. следующую лекцию), может служить другим примером организации индекса.
В этом случае ОС использует древовидную организацию блоков, при которой блоки, составляющие файл , являются листьями дерева, а каждый внутренний узел содержит указатели на множество блоков файла . Для больших файлов индекс может быть слишком велик. В этом случае создают индекс для индексного файла (блоки промежуточного уровня или блоки косвенной адресации).
Все существующие файлы условно можно разделить на две основные группы: системные и пользовательские. Очевидно, что системные файлы являются составляющими элементами самой системы, содержат в себе библиотеки, алгоритмы, команды, обеспечивающие работоспособность операционной системы. Пользовательские файлы являются виртуальным достоянием пользователя и для их чтения или редактирования требуются соответствующие программы.
Операционная система определяет тип файла по его расширению. Расширением называется последняя часть имени файла, которая следует после точки. Точек в названии может быть несколько, поэтому расширением считается часть имени файла, следующая за последней точкой в его названии. Пример: filename.txt
От расширения файла зависит — какой программой будет производиться чтение или редактирование данного файла.
Здесь возникает некоторая сложность в понимании для новичка. Дело в том, что операционная система, по умолчанию, настроена так, что известные системе расширения файлов не отображаются. В этом случае, пользователь видит только название самого файла. Видимо, создатели ОС посчитали, что пользователю нет смысла вдаваться в технические подробности.
Увы, без знания технических подробностей, полноценное взаимодействие с компьютером невозможно. По той причине, что расширения файлов остаются скрытыми, многие пользователи даже не подозревают о том, что в одной папке (каталоге) не может существовать двух файлов с одинаковыми названиями. Каждое название файла индивидуально для каждой конкретной папки.
Заблуждение возникает по той причине, что один файл может называться filename.txt, а второй файл может называться filename.jpg. Для системы, оба этих названия являются разными из-за разных расширений в имени, а пользователь, если расширения не отображаются, видит два одинаковых имени файла в одной папке и думает, что такое вполне возможно.
Рассмотрим типы пользовательских файлов. Условно их можно разделить на четыре основные группы:
1. Текстовый документ
Основным типом пользовательских файлов является текстовый документ. Данное утверждение не требует объемных доказательств, достаточно напомнить о том, что ни один сайт в интернете не обходится без текста. Кроме того, никакая электронная отчетность, ведение бухгалтерии, логистики, заключение договоров — тоже не могут обойтись без набора текстовых символов. Текст в компьютерном мире является, пусть не самым красочным, но самым основным источником информации. Графические изображения, как правило, являются дополнением к основному текстовому файлу, если содержат графики, чертежи, иллюстрации или фотографии.
Текстовый документ может содержать в себе обычный или форматированный текст. Если текстовый документ содержит неформатированный текст, такая запись, по сути, является единой строкой, содержащей определенный набор символов. Приложения, работающие с текстовыми документами, для удобства чтения автоматически располагают текст в окне в несколько строк, осуществляя перенос по словам.
Неформатированный текст содержит только основной набор символов, без указания типа и размера шрифта. Программы, работающие с текстом, отображают неформатированный текст размером и шрифтом выбранным пользователем. Таким образом, неформатированный текст, на двух разных компьютерах, может выглядеть совершенно по-разному, сохранится только основной логический смысл данного текста.
В операционной системе Windows, для чтения и создания простых текстовых файлов без форматирования, существует гениальное приложение "Блокнот". Данное приложение позволяет создавать простые текстовые файлы без форматирования. Кроме того, приложение позволяет открывать и редактировать некоторые системные файлы, содержащие техническую текстовую информацию. Также возможно создание или редактирование страниц интернета в формате HTM или HTML .
Форматированный текст имеет заданный и описанный в самом файле тип и размер шрифта, разбивку на абзацы, страницы, отступы текста от краев страницы, что подразумевает дальнейший вывод текста на печать с помощью принтера. Также форматированный текст может иметь таблицы, гипертекстовые ссылки, позволяющие осуществлять переход прямо из текстового документа на указанный ресурс в сети Интернет.
Наиболее известная программа, которая используется для работы с форматированным текстом, разработана компанией Microsoft и называется Word.
Некоторые пользователи полагают, что программа Word является неотъемлемой частью операционной системы Windows .
На самом деле, данное приложение является отдельным продуктом компании и устанавливается дополнительно. Приложение разработано специально для работников офиса, которым постоянно приходится работать с отчетами, сметами, счетами, договорами и другими аналогичными документами.
Текст без иллюстраций, фотографий или иконок выглядит слишком сухо и скучно. Иногда рисунки просто необходимы для наглядности. Все изображения, используемые в цифровой среде, можно разделить на две основных группы: растровая и векторная графика. Разница между этими двумя группами значительна и заключается в принципах построения, сохранения и чтения изображения.
Растровые изображения появились раньше и пока остаются наиболее популярными. Связано это с тем, что создавать и редактировать растровые изображения гораздо проще. На сегодняшний день существует множество различных программ, доступных широкому кругу пользователей, которые созданы для работы с растровой графикой.
Общий принцип растрового изображения заключается в том, что оно состоит из точек — пикселей. Такой принцип продиктован устройством самих мониторов, где также используются трехцветные пиксели. Каждый пиксель монитора состоит из трех ячеек, которым заданы базовые цвета: красный, зеленый и синий.
От яркости свечения каждой цветной ячейки, входящей в состав одного пикселя, зависит его общий суммарный цвет. Одинаковое свечение красного и зеленого порождают желтый цвет, одинаковое свечение зеленого и синего — дают голубой, а все три цвета в сумме дают белый. Разное процентное соотношение трёх базовых цветов — создает всю богатую палитру не только виртуального, но и окружающего мира.
Качество растрового изображения зависит от количества пикселей. Чем больше пикселей, тем выше может быть качество изображения. Пиксели в графическом рисунке образуют горизонтальные строки и вертикальные столбцы. Любое растровое изображение имеет четкий размер по ширине и высоте, который также указывается в пикселях.
Основной недостаток растрового изображения заключается в том, что изменение исходного размера изображения приводит к ухудшению качества. Связано это с тем, что при уменьшении изображения соседние пиксели суммируются и сливаются в один. При увеличении изображения добавляются новые пиксели, которым присваивается промежуточное значение соседних.
Если исходное изображение не уменьшать, а сразу увеличивать, то и в этом случае, за счет появления промежуточных пикселей теряется исходная четкость изображения. Наименьшие потери качества происходят при увеличении изображения на коэффициент кратный четырем: в два, в четыре, в восемь или шестнадцать раз.
В этих случаях, каждый пиксель просто увеличивается в четыре раза, либо в восемь, шестнадцать раз, но не появляются пиксели с промежуточными значениями.
Помимо растровой графики, существует векторная графика . Принцип построения векторного изображения заключается в том, что в исходном файле сохраняется сама форма каждого элемента изображения, в процентном соотношении от общей площади изображения. Подобное сохранение информации обеспечивает четкость изображения при любом изменении размера.
Векторное изображение, созданное на дисплее обычного компьютера, не потеряет своё качество даже в том случае, если его растянуть до размеров многоэтажного дома. Объем файла векторной графики зависит от количества элементов, используемых в рисунке.
Возможность воспроизведения звука на компьютере не является такой важной и необходимой составляющей, как текст или графическое изображение, но делает цифровой мир более совершенным и многогранным. Если же рассматривать техническую составляющую, компьютер, лишенный возможности работы со звуком, стал бы бесполезной игрушкой для композиторов, музыкантов, аранжировщиков и других специалистов, чья творческая или трудовая деятельность связана непосредственно со звуковыми файлами.
Для того чтобы понять структуру звукового файла, обратимся к базовым понятиям возникновения звука в природе. Известно, что любой звук это волна, которая порождается источником звука с помощью колебаний. От частоты колебаний источника звука зависит частота звуковой волны. Частота колебаний выражается в Герцах. Один Герц (Гц или Hz) означает одно колебание в секунду. Человеческое ухо способно слышать звуковые колебания в диапазоне от 20 колебаний в секунду (20 Гц) до 20 000 колебаний (20 кГц).
Некоторые источники утверждают, что человеческое ухо слышит не от 20, а от 30 Герц. Так или иначе, но всё, что ниже слышимого диапазона — принято считать инфразвуком, а диапазон свыше 20 000 Герц — принято считать ультразвуком.
Звуковой файл, по своей сути, это цифровая запись колебаний источника звука. При воспроизведении звукового файла, считывается запись колебаний, а сигнал, сгенерированный в соответствии с записью, подаётся на усилитель мощности, а уже затем воспроизводится динамиками звукового устройства.
Запись звука можно представить в виде графика. Для простоты восприятия, на графике изображена частота равная одному колебанию в секунду, что соответствует 1 Герц. Естественно, человеческое ухо не может услышать такую частоту, но на данном примере проще объяснить общий принцип звучания частот.
Когда мы слышим музыку, мы можем различать звучание множества различных музыкальных инструментов. Все они звучат на разных частотах, но запись подобного звучания выглядит в виде всего одной звуковой дорожки. Возникает вполне справедливый вопрос: Каким образом одна звуковая дорожка может содержать запись нескольких музыкальных инструментов?
Чтобы ответить на данный вопрос, воспользуемся двумя графиками. На одном графике изображена частота 1 Герц, на втором графике изображена частота 10 Герц. Как будет выглядеть график, если две этих частоты суммировать в один график?
Примитивная математика здесь бессильна и 1 плюс 10 Герц не будет равняться 11 Герцам. Полученный график будет сочетать в себе обе частоты, которые, при воспроизведении будут слышаться по отдельности. То есть, не сольются в единый звук. Однако, следует заметить, что суммируется громкость частот.
Подобным образом происходит наложение и слияние многих частот. В конце-концов, человеческое ухо — также имеет всего одну мембрану (барабанную перепонку), которая воспринимает всё многообразие звуков реального мира.
Видеофайлы являются наиболее "тяжелыми" по своему объему и наиболее сложными для воспроизведения на компьютере. Впрочем, для любого компьютера нет ничего страшнее, чем качественная видеоигра с трехмерной графикой и массой реалистичных эффектов: дым, туман, падающие тени от объектов и многие другие эффекты, которые создают максимальную нагрузку для видеокарты, заставляя её просчитывать весь виртуальный мир трёхмерной сцены.
Игровой режим с 3D-графикой наиболее опасен для ноутбуков потому, что система охлаждения обслуживает одновременно главный процессор и видеочип. Однако, скорость вращения кулера зависит от температуры главного процессора. Видеоигра может давать незначительную нагрузку для главного процессора при максимальной нагрузке видеочипа. В этом случае, кулер работает на пониженных оборотах, видеочип нагревается сильнее, чем главный процессор, но не получает достойного охлаждения, из-за чего значительно сокращается срок службы видеочипа.
Если учитывать нагрузку, которую создаёт трехмерная игра, то воспроизведение видеофайлов можно считать пустяком, который создаёт нагрузку процессора в пределах от 25-30% до 67-75%. Конечно, процент загрузки зависит ещё от мощности самого процессора. Чем мощнее процессор, тем проще ему работать. Для видеокарты-же нагрузка остается минимальной, поскольку, вся работа заключается в просчете плоского, двухмерного изображения, имеющего лишь ширину и высоту кадра.
Как говорилось ранее, видеофайл представляет собой серию последовательных, графических рисунков, сопровождающихся аудиодорожкой. Объем видеофайла напрямую зависит от размера и количества кадров. Правда, помимо этих параметров, существуют и такие, как интерлейсинг, битрейт, сжатие.
Известно, что человеческий глаз воспринимает движение на экране в том случае, если скорость смены кадров не ниже 24 кадров в секунду. Однако, некоторые цифровые форматы имеют настройку от шести с половиной кадров в секунду и выше. Как такое возможно?
Всё дело в том, что в подобных случаях смена кадра происходит так же быстро и резко, но время показа одного кадра на экране значительно увеличено. Конечно, чем больше кадров в секунду мы видим, тем плавнее воспринимается движение на экране.
Есть ещё такое заблуждение, что 24 кадра в секунду это максимум для человеческого глаза, а повышать количество кадров не имеет смысла. На самом деле, видео, воспроизводимое со скоростью 30 кадров в секунду, воспринимается глазом более плавно и кажется более натуральным, а 60 кадров в секунду создаёт ещё более плавный и реалистичный эффект движения.
Заключение
По своей сути, любой файл содержит запись, состоящую из набора символов. Разница лишь в том, что значения символов, в разных типах файлов, имеют разное значение. Текстовые файлы появились одними из первых, ещё на заре развития компьютерной техники. Они могут иметь простое или сложное форматирование, подразумевающее отступы текста от краёв, разбивку текста на отдельные страницы, если подразумевается вывод документа на печать.
Вторым по значению можно смело назвать графический рисунок. К этой категории относится любое растровое изображение, будь то фотография, сделанная с помощью цифровой камеры или рисунок, созданный от руки. Для компьютера не имеет значения, каким образом был создан графический рисунок, для него это просто файл, в котором описано количество точек по вертикали и горизонтали, а также указан цвет каждой точки. Открывая изображение для просмотра, компьютер должен прочитать графический файл от начала до конца и затем, в соответствии с его содержимым, отобразить область рисунка указанными цветами. Пользователь видит картинку или фотографию.
Если графические файлы содержат информацию о количестве и цветах точек, из которых состоит рисунок, то аудиофайл содержит в себе запись частоты колебаний мембраны динамиков или наушников. Компьютер, считывая информацию аудиофайла, генерирует необходимые частоты и передает их на предварительный усилитель громкости, с которого сигнал поступает на усилитель мощности и далее начинает звучать в наушниках или динамиках.
Самым "тяжелым" и сложным для обработки и чтения является видеофайл, который состоит из двух частей: видеоряд и звуковая дорожка. По своей сути, видеофайл это объединение графического рисунка с аудиофайлом, с той разницей, что видеофайл подразумевает не один рисунок, а целую серию графических рисунков, которые сменяются со скоростью 12.5, 15, 25, 29.9 или 30 кадров в секунду. Скорость смены кадров также указана в самом видеофайле. Следует учитывать, что воспроизведение видеоряда должно ещё сопровождаться синхронным воспроизведением аудиодорожки. Из-за такой сложности, на слабых компьютерах нередко возникает рассинхронизация потоков, когда видеоряд отстает от аудиодорожки, либо наоборот: опережает её.
Код (текст) программы на языках программирования
В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать не более восьми букв латинского алфавита и цифр, а расширение состоит из трех латинских букв, например: proba.txt
В операционной системе Windows имя файла может иметь до 255 символов, причем допускается использование русского алфавита, например: Единицы измерения информации.doc
Файловый принцип хранения данных. Файловая система
На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой.
Файловая система - это система хранения файлов и организации каталогов.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуровневую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов.
Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы организуются в много уровневую иерархическую файловую систему, которая имеет «древовидную» структуру.
Начальный, корневой, каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, в каждом из них бывают вложенные каталоги 2-го уровня и т. д. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы.
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
Например, путь к файлам на рисунке можно записать так:
Полное имя файла
Путь к файлу вместе с именем файла называют полным именем файла. Пример полного имени файлов:
Операции над файлами
Операционная система должна предоставить в распоряжение пользователя набор операций для работы с файлами, реализованных через системные вызовы. Чаще всего при работе с файлом пользователь выполняет не одну, а несколько операций. Во-первых, нужно найти данные файла и его атрибуты по его символьному имени, во-вторых, считать необходимые атрибуты файла в отведенную область оперативной памяти и проанализировать права пользователя на выполнение требуемой операции. Затем выполнить операцию, после чего освободить занимаемую данными файла область памяти. Ниже приведены типовые операции над файлами:
Файловая система . На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой.
Каждый диск разбивается на две области: обла сть хранения файлов и каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его размещения на диске. Если провести аналогию диска с книгой, то область хранения файлов соответствует ее содержанию, а каталог - оглавлению. Причем книга состоит из страниц, а диск - из секторов.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система , когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов (табл. 1.2). Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов.
Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска используется многоуровневая иерархическая файловая система , которая имеет древовидную структуру. Такую иерархическую систему можно сравнить, например, с оглавлением данного учебника, которое представляет собой иерархическую систему разделов, глав, параграфов и пунктов.
Начальный, корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, каждый из последних может содержать вложенные каталоги 2-го уровня и так далее. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы.
Например, в корневом каталоге могут находиться два вложенных каталога 1-го уровня (Каталог_1, Каталог_2) и один файл (Файл_1). В свою очередь, в каталоге 1-го уровня (Каталог_1) находятся два вложенных каталога второго уровня (Каталог_1.1 и Каталог_1.2) и один файл (Файл_1.1) - рис. 1.3.
Файловая система - это система хранения файлов и организации каталогов.
Рассмотрим иерархическую файловую систему на конкретном примере. Каждый диск имеет логическое имя (А:, В: - гибкие диски, С:, D:, Е: и так далее - жесткие и лазерные диски).
Пусть в корневом каталоге диска С: имеются два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT), а в каталоге GAMES один каталог 2-го уровня (CHESS). При этом в каталоге TEXT имеется файл proba.txt, а в каталоге CHESS - файл chess.exe (рис. 1.4).
| Рис. 1.4. Пример иерархической файловой системы |
Путь к файлу . Как найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt) в данной иерархической файловой системе? Для этого 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 содержится нужный файл. Пути к вышеперечисленным файлам можно записать следующим образом:
Путь к файлу вместе с именем файла называют иногда полным именем файла.
Пример полного имени файла:
Представление файловой системы с помощью графического интерфейса . Иерархическая файловая система MS-DOS, содержащая каталоги и файлы, представлена в операционной системе Windows с помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок и документов. Папка в Windows является аналогом каталога MS-DOS
Однако иерархическая структура этих систем несколько различается. В иерархической файловой системе MS-DOS вершиной иерархии объектов является корневой каталог диска, который можно сравнить со стволом дерева, на котором растут ветки (подкаталоги), а на ветках располагаются листья (файлы).
В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети) - рис. 1.5.
| Рис. 1.5. Иерархическая структура папок |
Если мы хотим ознакомиться с ресурсами компьютера, необходимо открыть папку Мой компьютер.
1. В окне Мой компьютер находятся значки имеющихся в компьютере дисков. Активизация (щелчок) значка любого диска выводит в левой части окна информацию о его емкости, занятой и свободной частях.
Читайте также: