Хранение и поиск файлов

Информация на носителях запоминающих устройств хранится в файлах (file). Обычный файл может содержать текстовый документ, фотографию, программу или набор данных о сотрудниках компании. Физические свойства накопителей приводят к тому, что файл рассматривается как один многобитовый блок. Например, с каждым сектором магнитного диска следует обращаться как с непрерывной последовательностью битов. Блок данных, соответствующий физическим характеристикам запоминающего устройства, называется физическим блоком (physical record). Таким образом, файл в запоминающем устройстве, как правило, состоит из множества физических блоков данных.

Кроме разделения на физические блоки, файл часто делится на блоки, определяемые представленной в файле информацией. Например, файл, содержащий информацию о сотрудниках компании, будет состоять из набора единиц, каждая из которых представляет сведения об одном сотруднике. Такие естественные блоки данных называются логическими блоками (logical records).

Размер логического блока редко совпадает с размером физического блока данных, обусловленного строением запоминающего устройства. Наоборот, несколько логических блоков могут находиться внутри одного физического блока или логический блок может быть разделен на два или больше физических блока (рис. 1.12). В результате получение данных из запоминающего устройства часто связано с их расшифровкой. Обычно эта проблема решается следующим образом: освобождается область в оперативной памяти компьютера, достаточно большая, чтобы вместить несколько физических блоков, которая и используется для перегруппирования данных, то есть блоки данных, совпадающие с физическими блоками, могут передаваться между этой областью памяти и запоминающим устройством, а данные, хранящиеся в оперативной памяти, можно обрабатывать на основе логических блоков.

Область памяти, которая используется для этого, называется буфером (buffer). Вообще, буфер представляет собой область памяти, которая используется для временного хранения информации, обычно во время процесса передачи данных от одного устройства к другому. Например, современные принтеры имеют собственную оперативную память, большая часть которой используется в качестве буфера для хранения частей документа, которые были переданы принтеру, но еще не напечатаны.

Использование буфера при передаче данных между запоминающим устройством и оперативной памятью компьютера является примером относительной роли устройств хранения информации и оперативной памяти. Оперативная память используется для хранения данных при их обработке, в то время как накопители используются в качестве постоянного хранилища данных. Следовательно, чтобы обновить данные, находящиеся на устройстве хранения информации, нужно сначала передать их в оперативную память, обновить, а затем передать уже обновленными обратно запоминающему устройству.

В итоге оперативная память, магнитные диски, компакт-диски и магнитная лента представляют последовательность устройств, обладающих все меньшими возможностями произвольного доступа к данным. Система адресации, которая используется в оперативной памяти, способствует быстрому произвольному доступу к отдельным байтам информации. В магнитных дисках произвольный доступ возможен только к целым секторам данных. Кроме того, чтобы добраться до нужного сектора, требуется время для его поиска и для поворота диска. В компакт-дисках также возможен произвольный доступ к отдельным секторам, но для этого нужно больше времени, чем у магнитных дисков, так как требуется дополнительное время для локализации сектора на спиральной дорожке и для определения скорости вращения диска. Наконец, в магнитных лентах возможность произвольного доступа к данным очень мала. Современные запоминающие устройства маркируют позиции на ленте так, чтобы доступ к различным участкам ленты мог осуществляться индивидуально. Но из-за физической структуры ленты требуется очень много времени для поиска участков в конце ленты.