Организация файловой системы. Понятие "файл", "каталог". Требования к именам файлов и каталогов. Полное имя файла. Типы файлов. Использ

Права доступа  к файлу

Определить права доступа  к файлу - значит определить для каждого  пользователя набор операций, которые  он может применить к данному  файлу. В разных файловых системах может  быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может  включать следующие операции:

• создание файла,
• уничтожение файла,
• открытие файла,
• закрытие файла,
• чтение файла,
• запись в файл,
• дополнение файла,
• поиск в файле,
• получение атрибутов файла,
• установление новых значений атрибутов,
• переименование,
• выполнение файла,
• чтение каталога,

и другие операции с файлами  и каталогами.

В самом общем случае права  доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы  соответствуют всем файлам системы, строки - всем пользователям, а на пересечении  строк и столбцов указываются  разрешенные операции (рисунок 2.35). В некоторых системах пользователи могут быть разделены на отдельные  категории. Для всех пользователей  одной категории определяются единые права доступа. Например, в системе UNIX все пользователи подразделяются на три категории: владельца файла, членов его группы и всех остальных.

Общая модель файловой системы

Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью, в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очередь, для выполнения своей работы использует интерфейс (обращается с набором запросов) нижележащего уровня.

Задачей символьного уровня является определение по символьному имени  файла его уникального имени. В файловых системах, в которых  каждый файл может иметь только одно символьное имя (например, MS-DOS), этот уровень  отсутствует, так как символьное имя, присвоенное файлу пользователем, является одновременно уникальным и  может быть использовано операционной системой. В других файловых системах, в которых один и тот же файл может иметь несколько символьных имен, на данном уровне просматривается  цепочка каталогов для определения  уникального имени файла. В файловой системе UNIX, например, уникальным именем является номер индексного дескриптора  файла (i-node).

На следующем, базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа, адрес, размер и другие. Как уже  было сказано, характеристики файла  могут входить в состав каталога или храниться в отдельных  таблицах. При открытии файла его  характеристики перемещаются с диска  в оперативную память, чтобы уменьшить  среднее время доступа к файлу. В некоторых файловых системах (например, HPFS) при открытии файла вместе с  его характеристиками в оперативную  память перемещаются несколько первых блоков файла, содержащих данные.

Следующим этапом реализации запроса  к файлу является проверка прав доступа  к нему. Для этого сравниваются полномочия пользователя или процесса, выдавших запрос, со списком разрешенных  видов доступа к данному файлу. Если запрашиваемый вид доступа  разрешен, то выполнение запроса продолжается, если нет, то выдается сообщение о  нарушении прав доступа.

На логическом уровне определяются координаты запрашиваемой логической записи в файле, то есть требуется  определить, на каком расстоянии (в  байтах) от начала файла находится  требуемая логическая запись. При  этом абстрагируются от физического  расположения файла, он представляется в виде непрерывной последовательности байт. Алгоритм работы данного уровня зависит от логической организации  файла. Например, если файл организован как последовательность логических записей фиксированной длины l, то n-ая логическая запись имеет смещение l((n-1) байт. Для определения координат логической записи в файле с индексно-последовательной организацией выполняется чтение таблицы индексов (ключей), в которой непосредственно указывается адрес логической записи.

2. История развития компьютера. Принцип действия.

Начало развития технологий принято  считать с Блеза Паскаля, который  в 1642г. изобрел устройство, механически  выполняющее сложение чисел. Его  машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла  только складывать и вычитать, а  также имела лучший, чем все  до этого, способ фиксации результата. Машина Паскаля имела размеры 36´13´8 сантиметров, этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали  огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

Следующего этапного результата добился  выдающийся немецкий математик и  философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического  умножения без последовательного  сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически  выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100´30´20 сантиметров.

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так  называемой разностной машиной, которая  должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней  таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x²+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где хранится и по сей день. Но эта неудача не остановила Бэббиджа, и в 1834 году он приступил к новому проекту – созданию Аналитической машины, которая должна была выполнять вычисления без участия человека (рис.1). Именно Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт — карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстии (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках).С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства. К сожалению, он не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Но заслуга Бэббиджа в том, что он впервые предложил и частично реализовал, идею программно-управляемых вычислений. Именно Аналитическая машина по своей сути явилась прототипом современного компьютера.

Лишь в 40-х годах ХХ века удалось  создать программируемую счетную  машину, причем на основе электромеханических  реле, которые могут пребывать  в одном из двух устойчивых состояний: “включено” и “выключено”. Это  технически проще, чем пытаться реализовать  десять различных состояний, опирающихся  на обработку информации на основе десятичной, а не двоичной системы счисления. Во второй половине 40-х годов появились первые электронно-вычислительные машины, элементной базой которых были электронные лампы.

С появлением в 80-х годах первых персональных компьютеров, темпы развития резко возросли. Практически каждый день появляются новые разработки, и ПК становится все более доступен и все более необходим. В настоящее время нет ни одной сферы деятельности, где не использовались бы компьютеры

К началу XX века времени потребность  в автоматизации вычислений, особенно для военных нужд — баллистики, криптографии стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей .

В 1943 г. группа американских специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Для упрощения процесса задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине.Этот доклад стал всемирно известным, так, как в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но они соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г Джон фон Нейман.

Устройства, которые должен иметь компьютер:

Для того, чтобы быть универсальным и эффективным устройством обработки информации, компьютер должен иметь следующие устройства:

- арифмепгическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

- устройство управления, которое  организует процесс выполнения  программ;

- запоминающее устройство, или  память для хранения программ  и данных;

- внешние устройства для ввода-вывода  информации 

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных  ячеек, в каждой из которых могут  находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

С каждым новым поколением ЭВМ увеличивались  быстродействие и надежность их работы при уменьшении стоимости и размеров, совершенствовались устройства ввода  и вывода информации. В соответствии с трактовкой компьютера – как  технической модели информационной функции человека – устройства ввода  приближаются к естественному для  человека восприятию информации (зрительному, звуковому) и, следовательно, операция по её вводу в компьютер становится всё более удобной для человека.

Современный компьютер – это  универсальное, многофункциональное, электронное автоматическое устройство для работы с информацией. Компьютеры в современном обществе взяли  на себя значительную часть работ, связанных  с информацией. По историческим меркам компьютерные технологии обработки  информации ещё очень молоды и  находятся в самом начале своего развития.

Электронные лампы

В 1883 году Томас Эдисон, пытаясь  продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввел в ее вакуумный баллон платиновый электрод и пропустил  через него положительное напряжение. Заметив, что в вакууме между  электродом и нитью протекает  ток он не смог найти никакого объяснения столь необычному явлению. Эдисон ограничился  тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу  на Филадельфийскую выставку. Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности – термоэлектронная эмиссия. Он не понял, что его лампа  накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире электронной  лампой.

Первым, кому пришла в голову мысль  о практическом использовании «эффекта Эдисона» был английский физик Дж.А. Флеминг (1849 – 1945). Работая с 1882 года консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о «явлении» от самого Эдисона. Свой диод – двухэлектродную лампу Флейминг создал в 1904 году.

В октябре 1906 года американский инженер Ли де Форест изобрёл электронную лампу – усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший третий электрод – сетку. Им был введён принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы, – управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов.

ЭВМ 1-ого поколения. Эниак (ENIAC)

Начиная с 1943 года группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 9´15 метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт. ENIAC имел и существенный недостаток – управление им осуществлялось с помощью коммутационной панели, у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Худшим из всех недостатков была ужасающая ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из строя около десятка вакуумных ламп.

ENIAC стал первым представителем 1-го поколения компьютеров. Любая  классификация условна, но большинство  специалистов согласилось с тем,  что различать поколения следует  исходя из той элементной базы, на основе которой строятся  машины. Таким образом, первое  поколение представляется ламповыми  машинами.

Устройство и  работа компьютера по «принципу фон  Неймана»

Необходимо отметить огромную роль американского математика фон  Неймана в становлении техники  первого поколения. Нужно было осмыслить  сильные и слабые стороны ENIAC и  дать рекомендации для последующих  разработок. В отчете фон Неймана  и его коллег Г. Голдстайна и А.Беркса (июнь 1946 года) были четко сформулированы требования к структуре компьютеров. Отметим важнейшие из них:

·     машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;

·     программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;

·     программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;

·     трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);

·     арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;