Файлы, их виды и организация

Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе информации. В ПК понятие файла применяется в основном к данным, храня­щимся на дисках (реже на кассетной магнитной ленте), и поэтому файлы обычно отождествляют с участком (областью, полем) памяти на этих носителях инфор­мации.

Данные, хранящиеся в файлах, – программы на алгоритмическом или машинном языке; исходные данные для рабо­ты программ или результаты выполнения программ; произвольные тексты; гра­фические изображения и т. п. Понятие файла в DOS обобщается на внешние уст­ройства и блоки компьютера (логические устройства), работающие с массивами данных: принтер, клавиатуру, дисплей, оперативную память (виртуальные диски) и т. д.

Файловой системой (ФС) называется совокупность программ, обеспечивающая выполнение операций над файлами. В настоящее время в операционных систе­мах (ОС) для ПК используются десятки файловых систем: в DOS используются FAT16, FAT32 и FAT12 для дискет (FAT – Fail Allocation Table, таблицы разме­щения файлов), для Windows 9x характерны FAT16 и FAT32, популярными в Windows NT и Windows 2000 является NTFS и т. д. Но наибольшее распространение получили файловые системы DOS: FAT16 и FAT32.

В общем случае при программировании работы с файлами необходимо производить:

- указание области ОЗУ для ввода-вывода информации файла;

- чтение информации (считывания записей) из файла;

- запись информации (включение записей) в файл;

- создание файла (присвоение файлу имени, проверка уникальности этого имени файла, формирование его атрибутов и т. д.);

- изменение атрибута файла;

- открытие файла (отыскания файла на диске и перенос в ОЗУ атрибутов файла);

- закрытие файла (сохранение на диске атрибутов файла для дальнейшего ис­пользования);

- переименование файла;

- удаление файла (ликвидация).

В зависимости от версии файловой системы набор таких операций может меняться, но при этом всегда обеспечивается возможность создания и удаления файлов, а также чтение их содержимого и запись информации в них. Файловая система включает в себя также:

- правила образования имен файлов и способов обращения к ним;

- иерархическую систему оглавления файлов;

- структуру хранения файлов на дисках;

-методы доступа к содержимому файлов.

Файлы могут создаваться в двух форматах: двоичном и текстовом.
Двоичный файл состоит из последовательности байтов, обычно сгруппированных в логические записи фиксированной длины. В двоичных файлах хранятся испол­няемые программы и данные во внутреннем (двоичном, кодовом) представлении, Файлы с исполняемыми программами при их запуске на выполнение должны иметь определенную структуру. При выводе двоичного файла на дисплей или принтер прочесть его содержимое невозможно, так как при этом считываемые 8-разрядные двоичные коды (байты) пере­водятся в произвольные графические символы, звуковые сигналы или вообще не воспринимаются, если данный код не имеет графического представления и никак на устройство не действует.

Текстовой файл (файл ASCII) состоит из последовательности строк переменной длины, каждая из которых является логической записью файла. Каждая строка содержит только текстовые символы и завершается маркером конца строки. Тек­стовым символом может быть любой символ ASCII, но в отличие от двоичных файлов последовательность символов в текстовом файле непосредственно воспри­нимается человеком на экране или принтере. Текстовый файл может содержать текст программы на алгоритмическом языке (ассемблер, Basic и т. д.), таблицу, исходные и результатные данные решения задач, документы, научные сообщения и т. п.

Некоторые программные продукты (текстовые редакторы, системы управления базами данных и другие) создают файлы, близкие к текстовым, но содержащие дополнительные управляющие символы, а иногда часть информации и в двоич­ном коде. При выводе таких файлов на экран или принтер средствами DOS появ­ляются символы редактирования и/или описания баз данных. Однако при чтении этих файлов средствами текстового редактора или СУБД, их создавших, они вы­водятся в удобочитаемом виде.

С каждым файлом связываются:

- полное имя файла;

- атрибуты (характеристики) файла;

- дата создания файла;

- время создания файла;

- длина файла.

Полное имя файла в общем случае состоит из двух частей:

- идентифицирующей – имени файла;

- классифицирующей – расширения.

Расширение, определяющее тип файла, может отсутствовать.

В имени файла может быть от 1 до 8 символов в DOS и от 1 до 255 символов в современных версиях Windows. Оно является обязательным элементом и должно все­гда указываться при доступе к файлу. Расширение содержит от 1 до 3 символов и отделяется от имени файла символом «.» (точка). Хотя операционная система разрешает в имени файла и расширении наличие разных символов, рекомендуется использовать буквы латинского алфавита и цифры, а имя начинать обязательно с буквы. При назначении имен файлам рекомендуется образовывать их так, чтобы они отражали смысловое содержание файла. Расширение указывает тип файла, причем некоторые из расширений являются стандартными для операционной си­стемы, например:

- EXE (EXEcutable – исполняемый) – файл-программа на машинном языке, го­товая к выполнению;

- COM (COMmand) – файл-программа на машинном языке, готовая к выполне­нию (небольшая программа);

- ВАT (BATch – пачка, группа) – пакетный исполняемый командный файл;

- SYS – системный файл;

- BAS – файл-программа на языке BASIC;

- PRG – файл-программа на языке DBase;

- ASM –файл-программа на языке ассемблер;

- ТХТ – текстовый файл DOS;

- DOC – текстовый файл Windows;

- XLS – файл электронных таблиц Excel;

- ВАК– копия файла, создаваемая при перезаписи оригинала;

- ARJ – архивный файл;

- ZIP –архивный файл.

Приведенный выше список расширений содержит наиболее часто встречающиеся расширения и является далеко не полным. В трансляторах, системных программах и пакетах прикладных программ применяются расширения, являющиеся стандарт­ными для конкретного программного продукта. Применение стандартных расши­рений в именах файлов позволяет компьютеру автоматически выбирать нужную процедуру обработки файла по укороченному сигналу (например, нажатие клави­ши Enter).

DOS предоставляет средства для указания не одного, а сразу группы существую­щих на диске файлов путем задания так называемых шаблонов. Шаблоном является имя файла, в полях имени и/или расширения которого используются символы-заменители, называемые также глобальными символами. Шаблон обозначает не единственный файл, а группу существующих файлов, имена и/или расширения которых сопоставляются с данным шаблоном. Область действия шаблона ограничивается содержимым определенного каталога.

DOS использует в шаблонах глобальные символы ? и *. Вопросительный знак (?) в имени файла (расширении) означает, что в данной позиции может стоять любой (но только один!) допустимый символ. В имени файла (расширении) может быть несколько вопросительных знаков. Если символ ? стоит в конце имени или расши­рения, то в этой позиции может быть пусто. Например: PROG?.EXE – это шаблон исполняемого файла, имя которого начинается с букв PROG и содержит в пятой позиции любой допустимый символ. Этими файлами могут быть PROG1.EXE, PROGA.EXE, PROG.EXE и т. п. Звездочка (*) в имени (расширении) файла оз­начает, что на ее месте, начиная с этой позиции и до конца имени (расширения), могут стоять один или несколько любых допустимых символов или не быть ника­ких символов (пусто). В имени или расширении допускается только по одному символу *, и все символы, стоящие за ним, игнорируются.

Например, *.ASM – все файлы с расширением ASM; Prog.* – все файлы с именем Prog с любым расширением; *.* – все файлы с любыми расширениями; ABC*.D? – все файлы, имена которых начинаются с ABC, а расширения начинаются с буквы D и имеют в его второй позиции любой допустимый символ, например ABCRK.DA, ABC.D1, ABC1.D.

Шаблоны удобно использовать в командах DOS и при работе с программными оболочками (например, Norton Commander) для поиска, копирования, перемеще­ния и удаления групп файлов.

Управление файлами

Один из видов управления файлом – доступ. Доступом называется обращение к файлу с целью чтения или записи в него ин­формации.

Файловая система поддерживает два метода доступа к записям файла:

- последовательный метод доступа;

- прямой (непосредственный) метод доступа.

При последовательном доступе записи из файла считываются подряд, строго в по­рядке их расположения в файле. Поэтому, чтобы обратиться (получить доступ) к определенной записи, необходимо читать все предыдущие. При прямом доступе обеспечивается непосредственное обращение к записи по ее номеру в файле. Ме­ханизм доступа к файлу и его записям при программировании также имеет два варианта:

- доступ к файлу с использованием специальной таблицы – управляющего бло­ка файла;

- доступ к файлу по идентификатору.

Управляющий блок файла (FCB– file control block) содержит следующую информацию:

- номер (имя) дисковода, где установлен диск с файлом;

- имя файла и его расширение;

- текущий номер блока в файле;

- длину записи в байтах;

- размер файла в байтах;

- дату последней модификация файла;

- относительный номер записи (текущий номер);

- произвольный номер записи и т. д.

Файл состоит из блоков, объединяющих по 128 записей в каждом. Относительный номер записи – это порядковый номер записи в блоке. Параметры текущий номер блока и относительный номер записи используются при последовательном досту­пе к записям файла. Номер записи – это параметр, объединяющий номер блока и относительный номер записи в блоке, он используется при произвольном досту­пе к записям файла. Важный параметр – длина записи (точнее длина логической, кажущейся записи, которая может отличаться от длины физической записи ввиду наличия различных служебных элементов в структуре записи и файла). Длина за­писи используется при определении числа байт, пересылаемых при обмене инфор­мацией с ОЗУ и при определении положения записи внутри блока. Блок FCB по­зволяет получать доступ к файлам только в текущем каталоге.

Идентификатор файла – ASCIIZ (ASCII-zero)-стpoкa, идентифицирующая файл, содержит следующую информацию:

- номер (логическое имя) дисковода и путь к файлу (если нужно);

- имя файла и его расширение;

- нулевой байт (zero-байт).

Использование FGB для обращения к файлу позволяет реализовать и произвольный, и последовательный методы организации доступа, но часто оказывается довольно сложным; поэтому в версиях MS-DOS, начиная с DOS 2.0 и выше, введено обраще­ние к файлу по идентификатору, которое чаще всего и применяется на практике, если не требуется выполнять детализированные процедуры с отдельными дорожка­ми и секторами диска. Каждый файл и в случае использования FCB, и в случае ис­пользования ASCIIZ имеет свой набор атрибутов.

Атрибуты файлов

Атрибут – это набор классифицирующих файл признаков, определяющих спосо­бы его использования и права доступа к нему. ОС DOS допускает задание следую­щих элементов в атрибуте.

à R (Read only) – файл предназначен только для чтения и не может быть ни уда­лен, ни изменен. При попытке обновить или уничтожить такой файл систем­ными средствами (при помощи программ DOS) будет выдано сообщение об ошибочных действиях. Атрибут устанавливается для защиты от случайного изменения или уничтожения файла.

à H (Hidden) – скрытый файл, игнорируется многими командами DOS, При про­смотре каталога командой DIR сведения о скрытом файле не выдаются.

à S (System) – системный файл. Системные файлы обеспечивают работу внешних устройств ПК.

à A (Archive) – еще не архивированный файл. Этот атрибут позволяет определить, был ли архивирован файл (архивация файла – создание его резервной копии в специальном формате). Атрибут А присваивается каждому вновь создаваемо­му файлу и сбрасывается (уничтожается) при архивировании файла.

Файлу могут быть присвоены одновременно любые из перечисленных атрибутов или ни один из них.

К группе атрибутов файла можно условно отнести пароль, обеспечивающий раз­граничение доступа к файлам. Защиту паролем обеспечивают DR DOS версий 5.0 и 6.0 и ОС Windows.