DISK	Disky a diskety
	Fyzická štruktúra disku
	qMetódy kódovania informácie
	qRozhranie pre disk
	qKompaktné disky - CD
	Logická štruktúra disku
	qLogická štruktúra disku v MS DOS
	qHPFS pre správu súborov v OS/2
	q Správy súborov v UNIXe
	q Správa súborov vo Windows NT

Sekundárna pamäť - disky a diskety

Fyzická štruktúra disku

Posudzujúc štruktúru diskiet a diskov z hľadiska geometrie a fyzickej štruktúry rozlišujeme:

• Povrch (side - strana) - charakterizujúci jednostranné alebo obojstranné ukladanie dát a s tým súvisiaci počet snímacích hláv v mechanike.
• Stopa (track)- charakterizuje rozdelenie povrchu do koncentrických kružníc, v ktorých je s určitou hustotou (napríklad u FD 48 tpi - stôp na palec) zaznamenaná a uložená informácia. Disketa má obvykle 40 - 80 stôp.
• Sektor - výseč alebo klin na ktoré sa (podobne ako koláč) delí stopa. Sektor obsahuje 512 bajtov informácie.

Obr. 88. Fyzická štruktúra pružného disku (FD).

Obr. 89. Princip snímania informácie z diskety.

Napríklad disketa s obojstranným povrchom rozdelená na 40 stôp a 9 sektorov môže obsahovať 360kB informácie.

• Cylinder - súhrn všetkých stôp daného čísla na všetkých povrchoch. Výrobcovia HD namiesto počtu stôp udávajú počet cylindrov (válcov).

Kontrolér disku sprostredkováva komunikáciu medzi HD (FD) a základovou doskou. U PC XT sa na prenos dát používal prenos DMA, podobne ako na refresh dynamických pamätí. U PC počnúc AT sa prenos dát organizuje pomocou prerušenia po blokoch 512 bajt, s využitím inštrukcii pre blokový prenos.

Pre záznam dát na HD a FD je potrebná binárna metóda záznamu, ktorá prenáša dáta a hodinové impulzy do informačného kanálu. Existujú niekoľko algoritmov úspešného zápisu na disk:

• FM (Frequency Modulation - frekvenčná modulácia), stará metóda, ktorá bola vyvinutá pre jednoduchú hustotu záznamu (single - density encoding). Pri jej použití je v prvej polovici jednej jednobitovej bunky zaznamenaný 1 hodinový impulz a v druhej polovici je impulz len vtedy, ak má príslušný bit úroveň logickej 1. (Záznam logickej 1 ako PP => 2 impulzy (jeden hodinový a jeden dáta) a logická 0 ako PN => impulz a nič. (Jeden hodinový a 0 dáta)). Napríklad:

• MFM (Modified - modifikovaná FM), pre vyššiu hustotu záznamu, ktorá je označovaná ako dvojitá hustota záznamu. (double - density encoding). Dnes sa táto metóda používa len u diskiet. V tejto metóde nie je hodinový impulz pre logickú 1 zaznamenávaný a logická 0 je zaznamenávaná len vtedy, keď predchádzajúci bit nemal úroveň logickej 1. (Záznam logickej 1 ako NPa logickej 0 buď ako ako PN => impulz a nič, keď predchádzala logická 0 alebo ako NN, ak predchádzala logická 1). Týmto spôsobom obsahuje každá bitová bunka najviac 1 impulz, teda počet zmien toku v porovnaní s záznamom FM je polovičný a tak môže byť zaznamenané dvojnásobné množstvo dát na určité magnetické pamäťové médium. Napríklad:

• RLL (Run Length Limited) - Nepracuje so synchronizačnými a dátovými rezerváciami. V RLL kódovaní sa konvertujú tzv. binárne vzory na RLL obrazy (Obrazy sú na prvý pohľad z hľadiska počtu núl a jedničiek dlhšie, ale obsahujú menší počet jedničiek. Skombinovaním vzorov RLL vznikne bitová postupnosť obrazov, ktoré obsahujú medzi dvoma jedničkami od 2 do 7 nul - preto sa tejto varianate kódu RLL hovorí aj RLL 2,7) Takto možno pri rovnakých vlastnostiach záznamovej vrstvy skrátiť na polovicu dĺžku bitorého intervalu, čím sa dosiahne dvojnásobné zvýšenie záznamovej kapacity. Disk je tiež rýchlejší avšak separácia dát je zložitejšia.

• PRML (Partial Response Maximum Likehood) - prináša ďalšie zvýšenie hustoty ukladaných dát, čo má za následok zvýšenie kapacity disku. Čítané impulzy sa spracovávajú digitálnym signálnym procesorom DSP. Tento presne vie ako má vyzerať sled signálov vyvolaný husto ležiacimi magnetickými dipólmi, dokáže dokonca dopočítať aj chýbajúci údaj.

Obr. 90. Porovnanie rôznych metód zanamu u 5,25 palcových diskiet: FM (jednoduchá hustota záznamu), MFM (dvojitá hustota záznamu - u HD sa namiesto MFM používa modifikácia tejto metódy označovaná ako RLL-1.3 kódovanie, v ktorej každý dátový bit je reprezentovaný zmenou toku na diskovom povrchu. Podľa metódy RLL-2.7 môžu byť v priemere v jednej zmene toku zakódované tri dátové bity).

Obr. 91. Porovnanie rôznych druhov záznamu. a/ FM, b/ MFM - vyžaduje len jednu zmenu toku na bit dát.

Rozhranie pre disk

Obsluhu disku vyvolávajú spoločné prostriedky operačného systému pomocou programového prerušenia BIOS INT 13H. V tom sa obsluha FD a HD principiálne zhoduje. Líši sa v organizácii a vykonávaní prenosu dát. Vzhľadom k podstatne vyššej rýchlosti toku sériových dát medzi diskom a adaptérom je súčasťou diskového adaptéru vyrovnávacia pamäť na jeden sektor ( 512 B). Škála diskových rozhraní je pomerne veľká:

• ST506/412 v minulosti najčastejšie rozhranie, ktorému poslúžilo ako vzor rozhranie firmy Seagate Technology. K pripojeniu slúžia 2 konektory. Jeden, širší (36 pin) pre prenos riadiacich signálov, druhý, užší (20 pin) pre signály dátové. Toto rozhranie predstavuje filozoficky obdobu rozhrania disketového. Disk je pokladaný za zariadenie bez vlastnej inteligencie a k práci vyžaduje podporu kontroléra. Dáta (MFM kódované) sa cez toto rozhranie prenášajú sériovo s prenosovou rýchlosťou 5 Mb/s (pri RLL kódovaní 7,5 Mb/s).
• ESDI (Enhanced Small Device Interface) - je zdokonalením ST506. Konektory pre pripojenie majú rovnaké rozmery a zhodný význam signálov. Hlavný rozdiel spočíva v tom, že mechanika ESDI disku obsahuje dátový separátor a kóder dát, takže s technikou RLL 2,7 možno dosiahnuť až dvojnásobnú záznamovú kapacitu.
• IDE (Integrated Drive Electronics) - používajúce rovnaké signály ako zbernica ISA (PC AT) a má umiestnený kontrolér priamo na diskovej mechanike, čím sa zvyšuje spoľahlivosť prenosu dát. Spojenie medzi jednoduchým adaptérom (kartou zastrčenou do slotu zbernice ISA) na strane PC a HD obstaráva 40 žilový plochý kábel (max 0,5 m). IDE používa k adresovaniu na disku metódu CHS (cylinder / head / sector), dôsledkom čoho je limitovaná veľkosť diskového priestoru na 504 MB. Tiež rýchlosť prenášaných dát medzi diskom a mikroprocesorom je limitovaná (2 až 3 Mb/s) tým, že prenos každého sektoru organizuje mikroprocesor za pomoci kontroléra disku.
• EIDE (Enhanced IDE) je novšou obmenou technológie IDE, s rovnakým konektorom, kompatibilné s IDE, umožňujúce ovládať až 4 zariadenia. Dovoľuje prácu s diskmi väčšími ako 504 MB a má zadefinované tiež rýchlejšie prenosové režimy. Rozhranie EIDE je integrované priamo do základnej dosky PC a 40 žilový kábel sa pripája do slotu na základnej doske, bez karty rozhrania ISA. Významným vylepšením EIDE je zahrnutie štandardu ATAPI (Attachment Packet Interface), ktorý umožňuje spoluprácu s CD diskami.
• SCSI (Small Computer System Interface) - je dokonalejší variant IDE so schopnosťou autonómnej činnosti na vyššej úrovni. Napríklad odpadá fyzicky spôsob zadávania adresy (sektor, stopa, povrch), lebo SCSI sa pozerá na adresu ako na logicky usporiadané pole blokov a adresa je vlastne relatívnou adresou bloku v zariadení. Tento spôsob vyhovuje všetkým typom vonkajších pamätí, CD ROM diskom a disketám. Na zbernici SCSI môžu v danom okamihu komunikovať medzi sebou len dve z ôsmich prepojiteľných zariadení (každé zariadenie má pridelený jeden ID bit). Iniciátorom komunikácie môže byť jedno a príjemcom druhé zariadenie. Rozhranie SCSI je inteligentné rozhranie, schopné reagovať na zložitejšie príkazy ako prečítaj tento sektor (typické pre ST605 a EDSI). V dôsledku možnosti komunikácie sa na zbernici môžu zorganizovať rôzne komunikačné cesty nielen pre prenos dát ale aj na prenos riadiacej a stavovej informácie. (Napríklad adaptér na SCSII zbernici ako jedno zo zariadení môže zorganizovať aj prenos medzi zariadeniami - diskami, bez participácie procesora) Fakt, že prenos dát na zbernici riadi príjemca, má na prenosovú kapacitu SCSI zbernice nesporne pozitívny vplyv. Okrem štandardného SCSII sa používa aj SCSIZ, WIDE SCSI a ULTRA WIDE SCSI s prenosom synchrónnym alebo asynchrónnym a rôznymi rýchlosťami (až 40 MB/s). Pritom ULTRA WIDE podporuje až 16 zariadení a v špeciálnom PCI burst mode možno dosiahnuť prenosovú rýchlosť až 133 MB/s. V rámci štandardu existuje niekoľko typov (SCSII-1, SCSII-2) pre rôzne rýchlosti prenosu dát (3 - 40 MB/s).

Obr.92. Pripojenie disku IDE

Obr. 93. Pripojenie disku EIDE

Obr. 94. Pripojenie SCSII

Výkon diskovej jednotky

• Doby prístupu (trvanie na premiestnenia ramienka + trvanie kým sa natočí príslušný sektor).
• Rýchlosti prenosu dát . Naformátovaný disk má na každej stope značky na identifikáciu sektora, ktoré oddeľujú jednotlivé sektory od seba. Diskety sa otáčajú rýchlosťou 5 otáčok / s => pre 9 sektorov po 0,5 kB je rýchlosť prenosu 0,5*9*5 = 22,5 kB/s. HD sa otáčajú rýchlosťou 60 otáčok / s => pri 17 sektoroch po 0,5 kB je rýchlosť prenosu 0,5*17*60 = 510 kB/s.

Niektoré moderné kontroléry HD, aby zrýchlili svoju prenosovú rýchlosť bez nutnosti prekladaného zápisu sektorov :

• Čítajú a tiež kontrolujú naraz celú stopu (full track buffering) , takže pri prekladaní 1:1 je rýchlosť prenosu dát 510 kB/s.
• Používajú pamäť typu Cache (Caching Controllers) s mikroprocesorovým ovládaním.

Cache HD slúži k skladovaniu dát prúdiacich mezi diskom a základnou doskou. Fyzicky býva cache HD realizovaná dvojakým spôsobom:

• Hardwarovo , keď cache je súčasťou kontroléra. Tu sa používajú veľkosti 128 kB pre EIDE a 256 kB pre SCSI.
• Softwarovo, keď ako ďalší priestor pre vyrovnávaciu pamäť využíva operačnú pamäť. (Rozpor: veľká cache je rýchlejšia ale potom zostáva menej pamäti pre operačný systém a ostatné aplikácie.) Často sa používa dynamické riadenie veľkosti vyrovnávacej pamäti (Vcache-Virtual Cache). Ak operačný systém potrebuhe pamäť je táto Vchache zmenšená a naopak pri diskových operáciách je zväčšená.

Kompaktné disky (CD - Compact Disk)

Technológiu zápisu laserovým lúčom možno využiť nielen pre audio alebo video prehrávanie ale aj na uloženie dát. Na rozdiel od HD, ktoré majú sústredné kruhové stopy rozdelené do sektorov, má CD-ROM jedinú špirálovú stopu, ktorá začína uprostred disku a odvíja sa smerom von. Takmer 5 km dlhá stopa je rozkúskovaná na rovnako dlhé sektory alebo bloky. Informácia je v blokoch, stopy v tvare malých priehlbní nerovnakej dĺžky, zvaných pity. Tieto sú preložené rovnakými oblastiam - poliami. Polia a priehlbne na diskoch nepredstavujú nuly a jednotky ale jednotka je vyvolaná prechodom medzi pitom a priehlbňou, žiadna zmena reprezentuje nulu. Kódovanie dát zodpovedá formáru RLL.
 

Dátový sektor (2352 bajt) CD-ROM je tvorený:

• synchronizačným záhlavím;
• záhlavím s adresou sektoru;
• jedrom sektoru tvoreným dátovou časťou;
• segmentom opravného kódu EDC/ECC (Error detection codes/ Error correction codes).

Snímacia hlava je v porovnaní s HD pomerne ďaleko od povrchu (okolo 1 mm), takže jej nehody sú zriedkavé. Problémom je prach, ktorý môže "zacloniť" laser alebo diódu a spôsobiť zlyhanie celej komponenty. Prach môže vniknúť do mechaniky pri každom zasunutí alebo vytiahnutí disku. Preto treba brať CD do ruky vždy len za okraj (CD sa vkladá potlačenou stranou hore) a nesiahať na záznamovú (nepotlačenú) stranu. Nečistoty z disku sa dajú odstrániť ľahkým otrením disku jemnou handričkou. Disku škodí zvýšená teplota, slnečné žiarenie, ako aj ohýbanie, resp. iné mechanické namáhanie.
 

Obr. 95. Pricíp snímania z CD.

Obr. 97. Pripojenie IDE CD ROM a ďalších zariadení k zvukovej karte.

Pripojenie mechaniky CD umožňuje rozhranie SCSI alebo IDE-ATAPI (ako sekundárny - slave disk, aby nebrzdil rýchlejší HD). Výkonnosť jednotky CD sa meria podobne ako u HD pomocou:

• Prístupovej doby - udáva časový úsek, ktorý je nutný k tomu, aby sa na CD našli určité dáta. Metóda nie je normovaná a u priemernej mechaniky býva okolo 200 ms, u špičkových zariadení 100 ms.
• Prenosovej rýchlosti - vychádza zo základnej normy, vypracovanej firmami Sony a Philips (150 kB/s zodpovedá 15 sektorom). Producenti mechaník CD zvyšujú neustále otáčky disku a tým aj prenosovú rýchlosť. Rýchlosť CD-ROM je udávaná vždy v násobkoch základnej normy Sony + Philips. Bežne existuje osemnásobná rýchlosť ale aj špičkové mechaniky s 24 krát vyššou rýchlosťou (jej prenosová rýchlosť je teda 24*150 kB/s = 3,6 MB/s).

Počítače budúcnosti sa neobídu bez lepších pamätí, ako majú tie súčasné. Kapacita súčasných pevných diskov, v ktorých sa informácia zaznamenáva pomocou magnetického poľa sa pohybuje okolo 4 GB. Najvýkonejšim masovo vyrábaným pamäťovým médiom v súčasnosti je digitálny videodisk (DVD Digital Versabile Disk tiež ako Digitál Video Disk), ktorý má v najjednoduchšom prevedení kapacitu 4,7 GB. Pri zápise po oboch stranách a v dvoch vrstvách môže obsiahnuť až 17 GB, čo je osem hodín kvalitného videozáznamu. Pritom DVD nie je nič iného ako obyčajný CD ROM, u ktorého zápis, uskutočňovaný pomocou zaostreného laserového papršleku, je viac zhustený.

DVD je nová nastupujúca kategória digitálnych diskov splňujúca požiadavky kladené na videorekordér. Má rovnaké rozmery ako bežné CD (existujú aj v obmene 80 mm). Disk je dvojstranný a zápis možno vykonávať na každú stranu v dvoch vrstvách. Laserový lúč s kratšou vlnovou dĺžkou je zaostrený vždy len na jednu rovinu rozozná menšie pity a plôšky ako. u klasického CD. V plánoch producentov sú varianty:

• DVD-R pre neopakovaný zápis užívateľom;
• DVD-RAM pre opakované ukladanie dát (čo môže znamenať koniec klasických videorekordérov).

Vývoj sa môže uberať aj inými cestami. Nesmierne možnosti by mohli poskytnúť organické zlúčeniny, napríklad použiť na zakódovanie informácie molekuly DNA (deoxyribonukleovej kyseliny, ktorá je základným nosičom informácie o princípe, stavbe a prevádzke živých organizmov). Práce na využití DNA v kybernetike sú zatiaľ na samotnom začiatku a skutočné výsledky, ktoré z toho raz vzídu si možno len obtiažne predstaviť.

Doterajšie pevné disky počítačov, ktoré obsahujú rad mechanických (a teda zraniteľných prvkov), by mohli časom nahradiť polovodičové pamäti v pevnej fáze. Informácie sa v nich uchovávajú priamo v štruktúre hmoty, takže nemusia obsahovať pohyblivé súčiastky. Experti pracujú i na podstatne exotickejších typoch ako sú pamäti v pevnej fáze. Sľubne sa javia predovšetkým vrstvené polyméry, na ktoré možno pomocou laseru zaznamenať veľké množstvá dát. Nórska firma Opticon napríklad tvrdí, že raz dokáže na kúsok polyméru o veľkosti kreditnej karty zanamenať viac ako 100 TB, teda desaťtisíc krát viac ako je kapacita dnešných priemerných HD. Príťažlivosť polymérov pre výrobcov spočíva aj v tom, že sú lacné a po opotrebovaní bez problémov recyklovateľné. Až bariéra nízkej kapacity pamätí raz padne bude to znamenať nielen revolúciu v počítačoch ale ajj v iných zariadeniach s chúlostivou mechanikou, napríklad videokamerách.

DVD potrebuje ku svojej práci kódovaciu obrazovú normu MPEG-2. MPEG je skratkou (Motion Picture Expert Group) a značí postup pri kompresii pohyblivých obrázkov, ktoré normálne potrebujú vysokú kapacitu pamäte. Princíp komprimácie dát MPEG využíva faktu, že zdanlivý pohyb sa skladá z postupnosti jednotlivých obrázkov a tie informácie, ktoré zostávajú rovnaké ako v predošlom obrázku sa pokladajú za relatívne zbytočné, nakoľko sú dosiahnuteľné pomocou odkazu na predchádzajúci obrázok.
 
 
 

q Architektúra systému MS DOS

MS DOS je operačný systém:

• Jednouživateľský - schopný prijímať príkazy len z jedného vstupného zariadenia, (napríklad na rozdiel od UNIX) navrhnutý pre 1 užívateľa PC.
• Jednoprogramový - podporuje spustenie a beh len jednej úlohy (s výnimkou príkazu PRINT). Multiprocesing je možný len pomocou špeciálnej nadstavby (Windows).
• Hierarchický - s rozdelením na niekoľko častí, medzi ktorými je definované rozhranie, prostredníctvom ktorého jednotlivé časti systému komunikujú. Každá úroveň cez rozhranie využíva len služieb najbližšej úrovne (hierarchicky). Napríklad užívateľ a služobné programy komunikujú len cez jadro operačného systému. Aplikačné programy niekedy kvôli zrýchleniu môžu obísť jadro operačného systému.

Obr. 98. Vrstvová hierarchická štruktúra MS DOS.

MS DOS má vrstvovú architektúru. Najnižšia vrstva, ktorá zabezpečuje priamy styk s technickými prostriedkami počítača sa nazýva BIOS (Basic Input Output System). Táto vrstva je závislá na technickom vybavení a je ju nutné pre každú inštaláciu systému špeciálne upraviť. Pri jej realizácii na druhej strane možno využiť všetky schopnosti konkrétneho procesora (nemusí byť napísaný v kóde CPU 80x86).

Z vonkajšieho hľadiska predstavuje BIOS podsystém fyzického vstupu a výstupu. Skladá sa z pevnej a variabilnej časti. Pevná časť je rozdelená na 2 zložky, uložené jednak v pamäti ROM (ROM BIOS), jednak v súbore IBMBIO.com (pripadne IO.sys). Pevná časť zabezpečuje okrem technických testov počítača, zavádzanie systému a ďalej obsahuje sadu programov pre ovládanie štandardných prídavných zariadení (tzv. drivers).

K pevnej časti je v okamihu štartovania systému doplnená sada ovládačov pre neštandardné prídavné zariadenia. Táto variabilná zložka vrstvy BIOS je skonfigurovaná na základe informácii uvedných v súbore CONFIG:sys.

Jadro systému tvorí druhú vrstvu tzv. DOS (Disk operating system), ktorá je už nezávislá na technickom prostredí. Z vonkajšieho pohľadu realizuje jadro (kernel) logický vstup a výstup (včetne systému ovládania súborov) a zaisťuje i ostatné služby poskytované programom. Jadro je uložené v súbore IBMDOS.com (prípadne MSDOS.sys).

Všetky ďalšie časti systému sú vybudované nad jadrom, rovnakými spôsobom ako všetky ostatné programy. Patrí sem interpréter riadiacich príkazov, tranzientné príkazy a služobné programy.

Základný styk s užívateľom sprostredkuje interpret príkazov (uložený v súbore COMMAND.com), ktorý číta a interpretuje príkazy zadávané užívateľom prostredníctvom klávesnice alebo z vopred pripravenej dávky príkazov.

Vykonávací kód príkazov je zčasti priamo včlenený do interpreta príkazov (tzv. interné príkazy), ostatné príkazy spôsobia prechodné natiahnutie zodpovedajúceho kódu z disku (tzv. externé príkazy). Ľubovoľný zavediteľný program možno preto chápať ako súčasť repertoára príkazov.

Pri spracovávaní príkazov je vytvorená v pamäti zóna nazývaná programový segment (PSP - Program Segment Prefix - dátová štruktúra, uložená v rezervovanej oblasti (o dĺžke 256 byte) na začiatku bloku pamäte, v ktorom bude prechodne (tranzientne ) umiestnený (napríklad uživateľský) program.). Sem uloží systém (okrem iného) všetky parametre príkazu. PSP slúži aj ako komunikačná oblasť medzi MS DOS a programom.

Programy, zavedené a spustené interpréterom, spolupracujú väčšinou s prostredím cez služby jadra systému. MS DOS využíva pre tento účel prerušenia. Ak obchádza program služby jadra (buď používa priamo služieb vrstvy BIOS alebo priamo komunikuje s technickými prostriedkami) prestáva byť jednoducho prenosný na rôzne inštalácie systému MS DOS.
 

Obr. 99.Logická štruktúra disku.

Jedna z najdôležitejších funkcii operačného systému je organizácia dát na vonkajších médiách. Systém MS DOS rozoznáva dva typy zariadení: znakové (napríklad tlačiareň) a blokové (napríklad disk). Informačným celkom na blokovom médiu je logický súbor. Súbory sú združované do skupin nazývaných adresáre. Logické súbory sú v rámci adresára identifikované dvojicou - meno.typ, kde meno je postupnosť max. 8 znakov a typ je postupnosť max. 3 znakov. MS DOS (od verzie 3:3 ) prevzal od Unixu hierarchickú (stromovú) štruktúru adresárov s prístupom k súboru pomocou manipulátora (handle), ktorý ukazuje na aktuálny logický záznam. (Na logickej úrovni sa súbor skladá z logických záznamov pevnej dĺžky). Služby jadra operačného systému umožňujú logický záznam prečítať, zapísať, presmerovať (nastaviť na požadované číslo).

Pri fyzickej štruktúre sú cylindre HD číslované podobne ako stopy - od vonkajšej koncentrickej kružnice ( má číslo 0) smerom do stredu. Povrchy, s ktorých čítajú dáta alebo zapisujú dáta pomocou snímacích hláv sú číslované tiež od 0 (hlava = povrch). Sektory sú číslované od 1. Takže poloha nejakého záznamu je určená kombináciou: cylinder, hlava, sektor.

Namiesto takejto fyzickej interpretácie (geometrickej, alebo očíslovanej ako absolútne sektory) chápe MS DOS disk ako lineárnu postupnosť logických sektorov. Takto špecifikované relatívne sektory MS DOS počíta od prednej časti k zadnej tak, že logický sektor 0 leží na valci 0, hlave 1 a sektore 1.

Priestor s valcom 0, hlavou 0 (a sektormi 1 až 17, ak má HD napríklad 17 sektorov) leží mimo MS DOS logickej štruktúry a nie je určený pre užívateľské dáta a súbory, ale je v ňom uložená informácia o disku. Logická štruktúra disku (obr. 99) vychádza z prvej tabuľky MBR (Maser Boot Record). Táto rozdeľuje disky na oblasti partition (celkom 4). V každej oblasti potom môže byť umiestnený aj odlišný operačný systém: V jednej oblasti DOS môže byť vytvorené aj viac logických diskov. Oblasť sa potom rozdelí na primárnu (primary) a rozšírenú (extended). Primárna je tá, v ktorej sú uložené systémové súbory (odkiaľ sa pri štarte počítača uloží operačný systém do operačnej pamäte). MBR tvorí základ logickej štruktúry a má dve časti: zavádzací záznam a tabuľku oblastí.

• Zavádzací záznam (boot) - krátky program, spúšťaný pri štarte počítača. Jeho úlohou je prečítať tabuľku oblastí a nájsť aktívnu oblasť, z ktorej sa uloží systém.
• Tabuľka oblastí (Partition Table ) - delí disk na oblasti (partition). Ak sa náhodou zmaže táto tabuľka tak sa stratí informácia o celej štruktúre disku a tým aj všetky dáta. Preto je tento záznam často cieľom vírových programov.

Obr.100. Delenie na logické disky.

Záznam DBR (DOS Boot Record) - je (obr. 99) "začiatkom" primárnej oblasti DOS, ktorý bol vytvorený pri logickom formátovaní disku. Opäť má dve časti:

• Krátky zavádzací program, ktorého úlohou je uloženie systémových súborov z disku do operačnej pamäti. Umožňuje operačnému systému "prevziať vládu" nad počítačom.
• Tabuľka BPB (BIOS Parameter Block), v ktorej sú uložené údaje o základných parametroch disku - identifikačná informácia o disku a ukazovateľ k tabuľke FAT (Konkrétnejšie: informácia o delení disku na logické časti, o počte sektorov pripadajúcich na klaster, o počte bajtov v sektore, o počte sektorov pre FAT, o počte sektorov na stopu, o počte snímacích hláv a o mieste uloženia FAT).

Koreňový adresár (Root), slúži ako zoznam položiek identifikujúci súbor podľa adresára, mena, veľkosti a údajov o dátume a čase vzniku súboru. (Položky adresára tvoria záznamy 32 bajtov dlžky. Okrem mena súboru a atribútov súboru (h - skrytý, r - len na čítanie, a - archivačný, s -systémový) je tu tiež uvedená dĺžka súboru, dátum vytvorenia súboru a info o počte klasterov, v ktorých je súbor uložený. K podadresáru je rovnaký prístup ako k súboru. Na rozdiel od koreňového adresára dlžka podadresára nie je limitovaná.) Na konci (na offsete 1AH ) každej položky koreňového adresára je štartovacie číslo klastera (2 bajty), ktoré špecifikujú kde sa začína súbor).

Napríklad súbor alfa .txt v koreňovom adresári je súbor špecifikovaný 32 (20H) bajtovými položkami s nasledovným obsahom vybraných bajtov:

• Tabuľka FAT (File Alocation Table => 2 kópie) špecifikuje ako využívajú súbory oblasť disku
  
• (resp. aj info o nevyužiteľnej oblasti disku s defektami).

Každý klaster má zodpovedajúci záznam vo FAT. (0 reprezentuje voľný klaster, FFF7H = BAD - vadný cluster, FFF0H - FFF6H - rezervovaný klaster, FFFF8H - FFFFFH = EOF - posledný klaster súboru a ľubovolná hodnota okrem uvedených slúži ako ukazovateľ na ďalší klaster).
 

Obr. 101. Príklad obsadenia položiek tabuľky FAT, kedˇ súbor nezaberá súvislú oblasť.

Príklad na obr. 101 ilustruje ako sa využíva FAT (so 16 bitovým adresovaním položiek) na alokovanie diskového priestoru pre vyššie spomenutý súbor alfa.txt:

Prvé 2 vstupy FAT (klaster 0 a 1 na obrázku 101) sú rezervované v MS DOSe ako BIOS parametere na popis média, resp. ako označenie posledného klasteru. Reálny začiatok súboru alfa.txt ako prvého programu na disku je od 2 klastera, Potom súbor pokračuje reťazovite naviazanými položkami do 6 klastera, ďalej pokračuje v 10 (AH) klasteri a koniec je v klasteri 8.

Klastery nemusia tvoriť spojitú oblasť. Súbor teda može byť rozdrobený - fragmentovaný. Fragmentáciu možno zistiť a odstániť napríklad pomocou programu SD (Speed Disk z balíka NU). Pri zmazaní súboru sa vymaže len reťazec položiek vo FAT. Ak teda vynulované položky neboli medzičasom pridelené ďalším súborom a prepísané, možno vymazaný súbor obnoviť, napríklad pomocou Unerase z balíku Norton Utility.
 

Ochrana prístupu k súboru pomocou SHARE

Cesta, Meno súboru, atribúty

Logické sektory ( klastery)

Číslo mechaniky, hlava, stopa, fyzický sektor

Obr. 102. Štvorvrstvová štruktúra systému FAT pod MS DOS
 

Obr.103. Príklad uloženie FAT systému na disk. (V HD s kapacitou 8 MB sa nepoužíva delenie na logické segmenty (Partition) => stopa 0 od MS DOS verzie 3.2 rezervovaná pre Partiton segment zostane nevyužitá, klaster tvorí 8 sektorov)

 
 

q Správa súborov v MS DOS na báze FAT

FAT tabuľka disku ovláda ako jednotku prístupu na disk niekoľko susedných sektorov tzv. klaster. Tabuľka FAT má takto prístup ku každému klasteru disku. Informuje o tom, či je klaster voľný alebo či súbor tvorí niekoľko klasterov. V adresári nie je zaznamenané len meno súboru ale aj číslo prvého súborom použitého klastera, ako aj odkaz na druhý klaster, resp. na ďalšie zreťazené klastery.

MS DOS organizuje prístup k súborom pomocou tabuľky FAT v 4 vrstvách (obr. 102). Najvrchnejšia vrstva (spojená s programom SHARE od verzie 3.1 ) slúži na zabezpečenie ochrany dát pod MS DOS. Druhá horná vrstva umožňuje užívateľovi modifikovať cestu, meno súboru a atribúty súboru. Tretia vrstva pracuje s logickými sektormi ako lineárnou postupnosťou 512 bajtových blokov dát. Tieto logické sektory môžu byť pomocou prerušení zo strany programov jednak čítané, resp. môže byť do nich zapisované tak, že sú z logických sektorov prekonvertované na fyzické sektory disku. Najnižšia vrstva umožňuje obsluhu fyzického rozhrania disku (=> prístup k mechanike, hlave, stope a sektoru.).

Pri veľkokapacitných diskoch je organizácia súborov na báze FAT spojené s nevýhodnými kompromismami:

• Málo efektívne využitý priestor na HD. Tabuľka FAT, v ktorej počet položiek môže byť 16 bitové číslo, poskytuje maximálne 65535 klasterov, rovnako pre 10MB ako aj pre 400MB disk. Ak by sa požíval 512 bajt sektor ako jednotka prístupu na disk, tak celková kapacita disku by bola obmedzená na 32 MB. Tento problém rieši FAT zhlukovaním sektorov do základných jednotiek - klasterov. Počet sektorov v zhluku sa pohybuje od 4 do 64. Nevýhodou je plytvanie miestom na disku. (Pri jednostrannej diskete tvorí klaster jeden sektor, pri Double-Density-Formate sú 2 sektory spojené do jedného klastera, pri 10MB disku je už 8 sektorov spojených do 1 klastera a pod.)
• Jednoduché zreťazenie klasterov v tabuľke FAT (uloženej v krajnej stope 1), ktoré určuje uloženie súboru, nie je optimálne z hľadiska bezpečnosti (napriek druhej kópii FAT uloženej hneď za prvou FAT), hlavne pri veľkej fragmentácii disku (=> môže dôjsť k strate informácie o polohe klasterov).
• Prístup k súboru vyžaduje mnoho pohybov snímacej hlavy, hlavne pri fragmentovanom súbore. (Najprv sa získa informácia o prvom klastere z FAT v krajnej stope 1, potom sa prečíta klaster, uložený niekde mimo okraj disku, po prečítaní sa hlava sa znova nastaví na FAT. Tu sa ziska informácia o druhom klastere, takže hlava sa neustále musí pohybovať medzi krajnými stopami a stopami vnútri disku.)

• Funkcie riadiaceho bloku súboru FCB (File Control Block ) - dátovej štruktúry (obr. 104)  s informáciou o súbore, historicky používanej v počiatočných disketových verziach MS DOS. FCB nepodporuje hierarchickú štruktúru, je efektívny len v aktuálnom adresári určitého disku
• Funkcie manipulátora súboru - handle, ktorý je priradený každému otvorenému súboru ako rozlišovacia jednotka. Je to reťazec zakončený 0 a kompletne popisuje lokalizáciu súboru (včetne disku a mnohoúrovňových adresárov). Na rozdiel od FCB sa tvorí vnútri operačného systému, nie v uživateľskej pamäti. Handle podporuje presmerovanie I/O (pretože za manipulátorom môže byť skrytý nielen súbor ale aj tlačiareň, obrazovka a pod. Handle tiež podporuje zdieľanie a uzamykanie súborov (príkaz SHARE). Tzv. štandartné manipulátory:

• 0 - vstup CON,
• 1 - výstup CON,
• 2 - výstup chýb na CON,
• 3 - komunikačná linka AUX,
• 4 - PRN).

q Vstup / výstup zo súboru

Z hardwareového hľadiska je každý súbor postupnosť bajtov, uložených na nejakom médiu (najčastejšie na disku) v niekoľkých blokoch. Bloky majú rovnakú veľkosť a nemusia nutne ležať za sebou. Ako sa s nimi pracuje to závisí len od operačného systému. Súbor je teda vutváraný podľa praviduel daných operačným systémom. Prístup k súboru može byť jednak sekvenčný a jednak i náhodný.

Z užívateľského hľadiska je súbor postupnosť za sebou sledujúcich bajtov od začiatku do konca súboru. Starosťou operačného systému je , aby  nám tieto bajty dodal v tom správnom poradí.

Z dôvodu zvýšenia rýchlosti sú I/O operácie bufferované, t.j.

• Pre vstup sa prečíta naraz celý blok dát z disku do pamäti (bufferu). Jednotlivé položky sa sa čítajú z pamätia nie priamo z disku. Ak teda potrebujeme prečítať 2 znaky zo súboru, prečíta sa do pamäti celý úsek súboru (napr. blok dát o veľkosti 512 bajtov), v ktorom sú tieto 2 znaky. Potom sa už bez prístupu na vonkajšie médium prečítajú z pamäti potrebné 2 znaky - čo je podstatne rýchlejšie.

• Pre výstup sa dáta zapisujú nie priamo na disk, ale do buffera (pamäti) a keď je plný, zapíše sa automaticky obsah bufferu na disk do súboru ako jeden blok dát. Výhodou je opäť väčšia rýchlosť zapisovania do pamäti než na disk.

Súbor je niekedy ukončený špecialnym znakom EOF (1AH=26="Ctrl Z"). Znak EOF sa používa ako znak konca súboru pri  vstupu z terminálu. V prípade, že tento znak nie je použitý dokáže operačný systém zistiť koniec súboru na základe známej dlžky súboru.

Štandardný vstup a výstup stdin, stdout

Práca so súborom sa moc nelíši od práce s obrazovkou a klávesnicou. V operačnosm systéme UNIX a MSDOS sa pracuje s klávesnicou a s obrazovkou ako so súborom. Pomocou špecialneho pointera (handle) sú otvorené pri spustení programu dva súbory stdin a strdout, predstavujúce vstup z klávesnice a výstupy na obrazovku. Toto umožňuje operačnému systému jednoducho  presmerovať napr. vstup zo súboru alebo výstup zo súboru bez zásahu do vlastného programu.

• Sekvenčný zápis je spôsob zápisu, pri ktorom sú vždy novo zapisované dáta uložené na koniec súboru. Dáta sú v súbore, do ktorého je zapisované iba sekvenčne, uložené v rovnakom poradí, ako boli zapisované.
• Sekvenčné čítanie umožňuje používateľskému programu čítať dáta postupne od začiatku súboru smerom k jeho koncu. Dáta zo súboru vytvoreného metódou sekvenčného zápisu budú čítané v rovnakom poradí, ako boli zapisované.
• Priamy zápis naopak umožňuje zapisovať dáta na ľubovoľné miesto v súbore. To dovoľuje nielen zapisovať dáta na koniec súboru, ale aj meniť dáta uložené predtým.
• Priame čítanie umožňuje čítať dáta zo súboru v ľubovoľnom poradí.

Obr. 104. Štandardný riadiaci blok súboru FCB.

Používateľský program musí pri volaní uviesť ukazovateľ na riadiaci blok súboru FCB. Ak je otvorených viac súborov naraz, musí byť ku každému otvorenému súboru priradený vlastný riadiaci blok. (Počet zároveň otvorených súborov je obmedzený premenou FCBS v súbore config.sys). Pri otváraní súboru si operačný systém do rezervovaných položiek riadiaceho bloku poznamenáva dôležité informácie o danom súbore.

Každé čítanie alebo zápis sa vzťahuje na jeden záznam. Veľkosť záznamu môže nastavovať používateľský program zmenou príslušnej položky v FCB. Implicitne je pri otvorení nastavená veľkosť záznamu 128 bajtov. Týchto 128 bajtov tvorí jeden blok. V FCB sa udržujú ukazovatele aktuálneho bloku a aktuálneho záznamu. Pomocou nich sa systém orientuje pri sekvenčných zápisoch a čítaniach. Operácie s priamym prístupom sa riadia inou položkou FCB - ukazovateľom relatívneho čísla záznamu od začiatku súboru. Všetky presuny údajov sa vykonávajú cez diskovú vyrovnávaciu pamäť DTA (Disk Transfer Area).
 
 
 
 

S cieľom odstániť nedostatky a ohraničenia operačného systému so systémom FAT vyvinul IBM a Microsoft nový operačný systém ( v roku 1989 pod názvom OS/2), s novým systémom správy súborov HPFS (High Performance File System), ktorý tvorí súčasť generalizovaného rozhrania disku IFS (Installable File System) pre mnohé operačné systémy. Základná myšlienka zavedenia HPFS bola:

• Organizácia prístupu k súborom na veľkokapacitných diskoch (max. veľkosť logickej oblasti - partition je 64GB, maximálna dĺžka súboru 2GB a maximálna veľkosť disku, ktorá je podporovaná HPFS je 2 TB). HPFS pracuje priamo so sektormi, nezhlukuje ich a preto neplytvá priestorom na disku.
• Zrýchlenie prístupu k dátam na HD. Adresáre umiestňuje HPFS v okolí strednej stopy disku, takže potrebný posuv hlavy je len cez polovicu polomeru disku. HPFS radí vstupy do adresárov, abecedne zoradených do binárneho stromu ( B - tree), čím umožňuje zrýchlyť prehľadávanie. Plne využíva funkciu vyrovnávacej (Cache) pamäti. Spôsob "lenivého písania (Lazy Write - Caching)" umožňuje využívať celú cache pamäť nielen k čítaniu ale aj pre zápisy, vykonané vo vhodných okamžikoch pri menšej záťaži systému. (Pri vypnutí PC treba preto počkať pokiaľ sa uložia dáta z bufferov.) Zatiaľ čo FAT ukladá údaje o správe súboru na okrajovú stopu disku a na ďalšie stopy už ukladá len dáta súborov HPFS umiestňuje riadiace informácie priamo za príslušné dáta, čím sa ostraňujú zbytočné presuny hlavy.
• Zabezpečiť súbory ďalšími prídavnými atribútmi (okrem r, a, h ,s, tzv extended attributes), napríklad registruje aj kedy bol súbor naposledy čítaný, resp. modifikovaný. Pomocou uživateľom priradeného záznamu o názve atribútu možno udržovať súbory v adresári pohromade, napríklad súbory asociované k určitému užívateľskému programu. Pomocou atribútu ACL (Access Control List) možno aj v prostredí sietí riadiť prístup užívateľov pomocou hesla.
• Ukladať súbory s popisnejšou informáciou o súbore. (Zachováva sa koncepcia adresárov a podaresárov. Názov adresára ako aj názov súboru môže mať dlžku až 254 znakov. Názov môže obsahovať ľubovoľný počet bodiek a medzier. Nerozlišuje malé a veľké znaky v mene súboru, ale zachová tvar zápisu => neumožní vytvoriť v adresári 2 rovnaké súbory, odlišujúce sa len typom znaku)

Základné informácie o súbore alebo adresári sú uložené v zvláštnom sektore - F node. Napríklad 100 sektorový súbor by v skutočnosti na disku zabral 101 sektorov: 100 sektorov pre dáta a jeden sektor pre F node súboru. Sektory F node môžu mať rôznu formu; to záleží na tom o ako veľký súbor sa jedná a koľko má prídavných atribútov. V podstate informujú o umiestnení súboru a popisujú jeho prídavné atribúty.
 

Disk s HPFS (obr. 105) je nasledovne štruktúrovaný:

• Zavádzacia oblasť (Boot block) o dĺžke 16 sektorov s informáciou o disku (ID informácia - náveštie disku, verziu operačného systému, použitú pri tvorbe logického disku a programový kód pre zavedenie systému).
• Superblock, tvorený (sedemnástym) sektorom obsahuje 32 bitové ukazovatele k hlavným systémovým oblastiam včetne sektora F node hlavného adresára, mapy voľného priestoru na disku a zoznam vadných oblastí na disku a tiež ďalšie systémové informácie.
• Spareblock je ďalší jednosektorový blok s ďalšími systémovými informáciami a bufferom pre systémové operácie
• Dátové pásmo 1, prvé 8 MB pásmo pre umiestňovanie dát. Minimálna jednotka pridelovaného priestoru na disku nie je alokačný blok (klaster) ale 0,5 kB sektor. Disky sú rozdelené do dátových pásiem po 8 MB, bez ohľadu na veľkosť disku.
• Bitová mapa pre dátové pásmo 1, tvorené 4 sektorovým pásmom (2 KB) hneď za dátovým pásmom 1, popisuje voľné miesto v dátovom pásme 1. Pre každý sektor dátového pásma 1 existuje 1 bit v oblasti bitovej mapy. Ak je bit rovný 1 je sektor obsadený; ak sa rovná nule, potom je sektor voľný.
• Bitová mapa pre dátové pásmo 2, sa nachádza hneď za bitovou mapou 1 a popisuje voľné miesto v dátovom pásme 2.
• Dátové pásmo 2 a 3 sú uložené vedľa seba a pripúšťajú, aby jeden súbor bol súvisle veľký až 16 MB. Dvojice bitových máp voľného miesta sú umiestňované medzi dvojicami dátových pásiem. V strede dátového pásma je umiestnený adresárový pás, kvôli zabezpečeniu rýchleho prístupu k adresárovým položkám.

q Prístup k súborom v HPFS

Z hľadiska výkladu je prístup k súboru trošku zložitejší (preto kvôli jednoduchšiemu výkladu predpokladajme, že všetky súbory sú obsiahnuté v hlavnom adresári), ale je rýchlejší ako pomocou systému FAT.

Hľadanie súboru v hlavnom adresári prebieha nasledovne (obr.106):

• HPFS hľadá najprv v sektore Superblok (na offsete 12) 4 bajtovú hodnotu ukazujúcuu na sektor F node pre hlavný adresár, odkiaľ získa vlastne sektorový offset pre hlavný adresár. Napríklad ak je tu hodnota 700, tak hodnota ktorú hľadá HPFS je v 701 sektore segmentu. (Preto v 701, lebo počítať sa začína od sektoru 0).
• Po prečítaní obsahu hlavného adresára ziska systém informáciu o ukazovateli na prvý alebo jediný F node súboru. Záznam v adresári (obr.107) obsahuje, meno súboru, veľkosť a dátumy (vytvorenia, posledného čítania, a posledných zmien. Dátum je vyjadrený v 4 bajtovom formáte v sekundách od 1.1. 1970, vďaka čomu možno jednoducho vypočítať rozdiel dvoch časových období.)

• V každom F node súboru (obr.108) sa nachádza osembajtová štruktúra - sektorové pole, umožňujúca špecifikovať štartsektor (začiatočný offset prvého sektora poľa) a počet sektorov, ktoré patria súboru.

• V jednom F node súboru môže byť maximálne 8 takýchto položiek (sektorového poľa), čo pre väčšinu súborov postačuje. Napríklad na obrázku 108 ak súbor existuje vo dvoch sektorových poliach od sektora 100 do 106 a 200 do 201. Potom je tento súbor v 2 sektorových poliach: v sedem sektorovom poli začínajúcom na sektore 100 a dvoj sektorovom poli začínajúcom na sektore 200. V sektore F node je priestor na osem takýchto sektorových polí, takže súbor (pozostávajúci z menej ako osem fragmentov) sa do tejto schémy vojde.
• Pre veľmi fragmentované súbory systém HPFS umožňuje, aby sektor F node ukazoval až na 12 alokačných sektorov, z nich každý môže obsahovať vlastné 40 sektorové pole.
• Nakoniec systém s použitím informácie zo sektorového poľa nájde samotný súbor.

 UNIX pri správe súborov používa mnoho úrovňovú organizáciu, založenú na stromovej štruktúre. Adresár je typ súboru, ktorého obsahom sú mená súborov a informácie o nich. Najvyššie v štruktúre adresárov je základný adresár (koreňový - root). Unix umožňuje špecifikovať cestu k súboru abslolútne alebo relatívne.

V porovnaní s MS DOS alebo OS/2, kde po zadaní písmena prislúchajúceho mechanike a zadania cesty je možný prístup k viacerým súborovým systémom (file system), v operačnom systéme UNIX možno vždy pristupovať len k jednému adresáru.

Prístup k iným súborovým systémom umožňuje zavesenie (mounting) iného operačného systému ako podadresár na koreňový adresárový strom. V UNIXe sú možné 3 typy súborov:

• Obyčajné súbory - regulárne (textové - organizované po riadkoch ), binárne, databázové (s pevnou dĺžkou záznamu) a programy.
• Adresáre - informácia o prístupe k ďalšim súborom.
• Špeciálne súbory predstavujúci zariadenie.

UNIX podporuje dlhé mená súborov ( do 255 znakov). Unix nepoužíva v mene súboru typové rozšírenie súboru (File extension), takže "." môže byť súčasťou mena súboru. Dôležité informácie o súbore, ktoré sa nachádzajú v adresárovom súbore sú meno súboru a číslo popisnej informácie o každom súbore tzv. i - node (index node). Číslo i -node slúži ako index do tabuľky i - node kde každý súbor vlastní jeden i - node s nasledujúcou informáciou:

• Typ súboru (adresár, normálny alebo špeciálny súbor).
• Prístupové práva k súboru (oprávnenia).
• Počet referencií na súbor vyjadrených odkazmi (symbolic links). Odkazy na súbor sa môžu nachádzať v rôznych adresároch. Súbor možno vymazať až po zrušení posledného odkazu.
• Prístupové privilégia užívateľov k súboru. (r, w, x).
• Skupina užívateľov súboru. (u, g, o, a).
• Dátum posledného prístupu, posledného zápisu a poslednej zmeny i - node.
• Počet alokačných jednotiek, ktoré používa súbor.

Zavádzací blok ( Boot block) a superblok (obr.109) obsahujú informáciu o veľkosti logických sektorov, veľkosti zoznamu i - node, o veľkosti jedného alokačného bloku, o počte sektorov a cylindrov a ďalšie.

Skupina cylindra pozostáva z nad sebou ležiacich stôp HD, čo umožňuje zápis / čítanie dát bez pohybu snímacej hlavy. Skupina cylindra pozostáva z viacerých susedných cylindrov. Zo zabezpečovacích dôvodov obsahuje kópiu superbloku, blok cylindrovej skupiny (okrem popisu obsahuje zoznam voľných i -node a bitovú mapu alokačných jednotiek dát), ako aj i -node a bloky dát (alokačné jednotky dát).

Vytvorenie skupiny cylindrov s blízko ležiacimi i -nodami a blokmi dát minimalizuje dráhu diskovej hlavy. Kvôli lepšej bezpečnosti sú systémové údaje o organizácii skupiny cylindra uložené na rôznych cylindroch a sektoroch tak, aby prípadná hardwareová chyba zničila minimum údajov informácie na disku.
 
 

Správa súborov vo Windows NT 

Win NT je predovšetkým sieťový operačný systém, ktorý podporuje rôzne protokoly, ako napríklad TCP/IP a IPX/SPX. Systém dokáže spolupracovať s viacerými súborovými systémami (napríklad aj FAT pri spolupráci s FD), pričom prirodzeným súborovým systémom je NTFS (New Technology File System. Medzi prednosti NTFS, okrem efektívnejšieho využitia priestoru disku, patrí automatické rozpoznávanie porušených sektorov a následná korekcia tejto chyby a možnosť on-line komprimácie disku alebo vybraného adresára.

Spoľahlivosť a stabilita systému sa dosahuje zmenou používateľského rozhrania tak, že správa virtuálnej pamäte, správa procesov a ostatné služby operačného systému bežia v samostatnej vrstve jadra systému (Kernel) s názvom Windows NT Executive. Kernel je samostatný a izolovaný od hardwardových obvodov kontrolérov prerušenia, časovačov a iných zariadení HAL (Hardware Abstraction Layer) a sú v ňom implementované základné služby operačného systému. Jednotlivé aplikačné úlohy sa vykonávajú v rozličných privilegovaných úrovniach (označovaných ako ring 0 až 3). Modul NT Executive pritom beží v najprivilegovanejšej úrovni, a teda môže pristupovať na všetky údaje v celom systéme. Spustené aplikácie naproti tomu bežia v nižšej úrovni a teda nemôžu zasahovať do práce NT Executive. Z toho vyplýva, že kód operačného systému je v každom prípade chránený pred aplikáciami, resp. ich haváriami a v žiadnom prípade nemôže dôjsť k jeho prepísaniu a teda následnému zrúteniu celého systému.

V budúcnosti by mal Win NT dostať podporu 64-bitových procesorov so zabudovanou technológiou clusteringu (vzájomnej spolupráce viacerých počítačov s možnosťami redundancie pri výpadku niektorého zo serverov) a zabudovanie podpory plug&play, aby bolo možné automaticky konfigurovať hardware.

Súborový systém NTFS ponúka rad nových možností.

• Podobne ako HPFS odstraňuje problémy, ktoré existujú v súborovom systéme s FAT v DOSe. V NTFS neexistuje ohraničenie mena dlžky súboru na 8+3 znaky , nakoľko meno súboru môžu tvoriť až 256 znakov (okrem ?, ", /, \, &lt, &gt, *, |, zobrazí malé a veľké znaky ale pri hľadaní v adresári ich prevedie na zápis s veľkými písmenami).
• Neexistuje prakticky nijaké ohraničenie pre veľkosť súboru, adresára alebo pevného disku. (Veľkosť súborov a diskov môže dosiahnuť až 2⁶⁴ bajtov.) Veľkosť klastera možno aj na veľkých diskoch voľne zvoliť, takže sa zmenší značná nevyužiteľná kapacita, tak typická pre FAT. (V NTFS sa upustilo od koncepcie pevných 512 bajtovových sektorov, používaných v HPFS a klaster môže tvoriť násobok tejto hardwarovej alokačnej oblasti 512 bajtov). Početné opatrenia zabraňujú strate dát, ku ktorej pri zrútení programu pod DOS-om pravidelne dochádza.
• Všetky súbory a adresáre sú zapojené do mechanizmu riadenia prístupu. Rôzne prístupové operácie (čítanie, zápis, mazanie) môžu byť dovolené alebo zakázané separátne pre ľubovoľného používateľa alebo skupinu.
• Kľúčom k internacionalizácii je 16-bitová znaková sada Unicode, ktorá pokrýva takmer všetky moderné jazyky. Pre NTFS to znamená, že všetky názvy súborov sa ukladajú v Unicode. Takto môžu byť v jednom adresári uložené súčasne súbory s menami v cyrilike, hebrejčine a pod., pokiaľ je nainštalovaný software, ktorý bude takéto mená súborov správne zobrazovať.
• Účinosť a spoľahlivosť potrebná pre správu veľkého množstva dát sa zvyšuje transakčne orientovanou činnosťou NTFS. Transakcie sa ukladajú do súboru $LogFile (vykonáva sa to postupne tak, že sa najprv zapíše predpokladaná zmena (napríklad zmaž súbor) spolu s inverznou operáciou (napríklad v danom príklade znovu vytvorenie súboru) do log-súboru, potom sa vykoná samotná zmena na disku a až potom sa vykonaná zmena znova zapíše do log-súboru). Vďaka tomu neúplné zmeny (napríklad adresárov a zoznamov alokačných blokov) môžu byť po prípadnom výpadku systému buď skompletizované alebo odvolané. Podobne výskyt vadného sektoru na disku nespôsobí fatálnu chybu systému, pretože NTFS v log-súbore je schopný automaticky presunúť vadnú transakciu na koniec záznamu a tak znovu obnoviť konzistenciu súborového systému.

Lineárny súborový systém je používateľovi skrytý. Ten má kontakt iba so systémom hierarchickým. Na hierarchickej úrovni je súborový systém stromom adresárov. Každý záznam obsahuje meno a číslo súboru. Krížové odkazy (hard links) vznikajú tým, že viaceré záznamy odkazujú na rovnaké súbory.

Každý súbor zase pozostáva z množiny atribútov, ktoré sú označené menom a typom (tabuľka 1). Osobitnú pozornosť si zaslúži meno súboru a dátový atribút. Ak jeden súbor má kvôli hard linkom viaceré mená, existuje preto prirodzene viac atribútov. Ak meno súboru nezapadá do dosovskej schémy 8.3 generuje NTFS štandardne skrátenú formu mena. Krátka forma mena sa ošetruje ako hard link.

NTFS uchováva mená súborov v lineárnom súborovom systéme, takže z čísla súboru možno vždy rekonštruovať jeho meno (táto vlastnosť chýba unixovým súborom)

V atribúte pre meno súboru sa ukladá meno spolu s číslom adresára, v ktorom je súbor s týmto menom zapísaný. V MFT zázname adresára stojí zase meno adresára a číslo rodičovského adresára. Takto možno z čísla súboru získať úplný názov jeho cesty. Ak má súbor viac mien, získa sa tak, viac úplných názvov ciest.
 
 

Tabuľka 1: Atribút	Súbory ako množiny atribútov  Význam
Standard Information	Časový údaj, read-only, systemový, skrytý, archivovaný
Atirbute List	Zoznam MFT záznamov, ak súbor potrebuje viac ako 1 MFT záznam
File Name	Meno súboru, flags, časový údaj
Volume Version	Nevyužitý (?)
Security Description	Zoznam riadenia prístupu
Volume Name	Meno dátového nosiča
Volume Information	Parameter dátového nosiča
Data	Dáta súboru
Index Root, Bitmap Allocation	Obsah jedného adresára
Symbplic Link	V súčasnosti nevyužitý
EA Information, EA	Rozšírené atribúty (extended attributes) pre subsystém OS/2

 

Tabuľka 2:  Číslo	Súbor	Správa v NTFS Význam
0	$MFT	Master File Table
1	$MFTMirr	Kópia najdôležitejšich záznamov $MFT
2	$LogFile	Pamäťová oblasť pre transakcie
3	$Volume	Informácia o jednotke
4	$AttrDef	Definícia typu atribútov
5		Koreňový adresár
6	$Bitmap	Bitmapa obsadených klusterov
7	$Boot	Bootsektor, kopia bootsekroa, bootloader
8	$BadClus	Zoznam nepoužiteľných klasterov
9	$Quota	Databáza nastavení kvót
10	$Upcase	Zoznam veľkých písmen pre všetky znaky Unicodu

Všetky atribúty sa ukladajú do MFT záznamu. Ten má pevnú dĺžku (v závislosti od veľkosti klastera), ktorá je spravidla 1 kB. Malé atribúty sú v tomto zázname priamo (rezidentne) uložené. Väčšie sa uložia na inom mieste na disku. MTF záznam potom obsahuje iba odkazy na všetky fragmenty. NTFS ukladá zoznam klasterov jedného súboru ako zoznam fragmentov (runs), označených počiatkom a dĺžkou fragmentu. Tým si aj veľmi veľké súbory vyžadujú iba malú réžiu na správu. Napriek tomu sa môže stať, že zoznam fragmentov sa nezmestí do MFT záznamu. Potom sa použijú prídavné záznamy. Čísla súborov týchto prídavných záznamov ukladá NTFS v osobitnom atribúte. ( V NTFS sa nepoužíva špeciálna oblasť na disku ako je FAT v DOSe alebo Super block v HPFS.)

Na správu dát potrebuje NTFS metadáta (napríklad adresáre a zoznamy alokačných blokov). Tie sa však tiež ukladajú v normálnych súboroch, ibaže tieto súbory majú pevne definované čísla súborov (tabuľka 2).

MTF má dátový atribút ako postupnosť všetkých MFT záznamov. Keďže ide o súbor možno ho dynamicky zväčšovať. Podobne súborom je aj bitmapa (obsadených klasterov). Ak náhodou treba zväčšiť súborový systém, musia sa pre novo pridané klastery vytvoriť záznamy v bitmape. Pod NTFS sa preto jednoducho predĺži bitmapa.

Adresár je pre NTFS indexom mien súborov. Záznamy adresára logicky vytvárajú usporiadaný strom. Koreň tohto stromu stojí v atribúte Index Root, všetky ostatné uzly v atribúte Index Allocation. Táto štruktúra je rozšírením B - stromu. V rámci Index Allocation majú všetky uzly spravidla pevnú veľkosť 4 KB. Záznamy v jednom uzle sú usporiadané lexikálne vzostupne. Každý záznam má odkaz na uzol so záznamami, ktoré sú lexikálne menšie. Algoritmus pre B-stromy zaručuje, že strom je stále vyvážený, pričom doba prístupu k súboru v adresári s n záznamami je iba t*log₂n. Kedže pri vytváraní a mazaní súborov sa uzly zaraďujú a uvoľňujú, atribút Bitmap zapisuje voľné uzly. Keď už nie sú voľné uzly, predĺži sa atribút Index Allocation.
 
 

FD a HD - zhrnutie

Kontrolér disku sprostredkováva komunikáciu medzi HD (FD) a základovou doskou. U PC XT sa na prenos dát používal prenos DMA, podobne ako na refresh dynamických pamätí. U PC počnúc AT sa prenos dát organizuje pomocou prerušenia po blokoch 512 bajt, s využitím inštrukcii pre blokový prenos.

Pre záznam dát na HD a FD je potrebná binárna metóda záznamu - kódovania inforácie, ktorá prenáša dáta a hodinové impulzy do informačného kanálu. Existujú niekoľko algoritmov úspešného zápisu na disk (FM, MFM, RLL, PRML). Cieľom je zaznamenať čo najväčšie množstvo dát na magnetické médium c pomocou minimálneho počtu hodinových impulzov tak, aby zo vzniknutého záznamu bitovej postupnosti sa dali jednoznačne identifikovať logické stavy 0 a 1.

 HD sa podľa požiadaviek užívateľa líšia veľkosťou a dobou prístupu. Obslužné rutiny BIOSu sú napísané tak, že  pri konfigurácii systému (Set-up) sa zadáva tzv. typ disku (preddefinovaných 47 typov diskov), ktorý práve súvisí s kapacitou, počtom stôp, počtom dátových povrchov a parkovacou stopou, na ktorej spočívajú hlavy v dobe, keď sa disk netočí.

Obsluhu disku vyvolávajú spoločné prostriedky operačného systému pomocou programového prerušenia BIOS INT 13H. V tom sa obsluha FD a HD principiálne zhoduje. Líši sa v organizácii a vykonávaní prenosu dát. Vzhľadom k podstatne vyššej rýchlosti toku sériových dát medzi diskom a adaptérom je súčasťou diskového adaptéru vyrovnávacia pamäť na jeden sektor ( 512 B). Škála diskových rozhraní je pomerne veľká (ST506, ESDI, IDE, EIDE, SCSI).

Výkon diskovej jednotky určuje rýchlosť otáčania mechaniky  a prístupová doba média. U staršich HD  kvôli zvýšeniu rýchlosti prenosu sa dáta na HD neusporiadávali do susedných sektorov ale s faktorom prekladania. Moderné kontroléry HD, aby zrýchlili svoju prenosovú rýchlosť bez nutnosti prekladaného zápisu sektorov :

• Čítajú a tiež kontrolujú naraz celú stopu (full track buffering) , takže pri prekladaní 1:1 je rýchlosť prenosu dát 510 kB/s.
• Používajú pamäť typu Cache (Caching Controllers) s mikroprocesorovým ovládaním.

Namiesto takejto fyzickej interpretácie (geometrickej, alebo očíslovanej ako absolútne sektory) chápe operačný systém (OS) disk ako lineárnu postupnosť logických sektorov. Takto špecifikované relatívne sektory napr. MS DOS počíta od prednej časti k zadnej tak, že logický sektor 0 leží na valci 0, hlave 1 a sektore 1. Priestor s valcom 0, hlavou 0 (a sektormi 1 až 17, ak má HD napríklad 17 sektorov) leží mimo MS DOS logickej štruktúry a nie je určený pre užívateľské dáta a súbory, ale je v ňom uložená informácia o disku - MBR (Maser Boot Record). MBR tvorí základ logickej štruktúry a má dve časti: zavádzací záznam (boot) a tabuľku oblastí (Partition Table). Tabuľka oblastí  rozdeľuje disky na oblasti - partition. V každej oblasti (partition) potom môže byť umiestnený aj odlišný operačný systém: V jednej oblasti (partition) DOS môže byť vytvorené aj viac logických diskov. Oblasť sa potom rozdelí na primárnu (primary) a rozšírenú (extended). Primárna je tá, v ktorej sú uložené systémové súbory (odkiaľ sa pri štarte počítača uloží operačný systém do operačnej pamäte). 

• Organizácia prístupu k súborom na veľkokapacitných diskoch (maximálna dĺžka súboru 2GB a maximálna veľkosť disku, ktorá je podporovaná  2 TB) .
  
• Zrýchlenie prístupu k dátam na HD. Adresáre umiestňuje HPFS v okolí strednej stopy disku, takže potrebný posuv hlavy je len cez polovicu polomeru disku.
• Zabezpečiť súbory ďalšími prídavnými atribútmi (okrem r, a, h ,s, tzv extended attributes).
• Ukladať súbory s popisnejšou informáciou o súbore. (názov súboru môže mať dlžku až 254 znakov, môže obsahovať ľubovoľný počet bodiek a medzier a pod.)

` 

	Win 1250	Návrat na stránku	HTML 4.0
Back				Next