一個現代化的計算機係統不僅具有硬件資源,而且還具備豐富的軟件資源。計算機係統實質上可視為一個信息加工係統,它負責處理大量的各式各樣的信息。因被處理的信息量太大,不可能將它們全部保存在主存中,所以人們在早期就引進了外存儲器,用以保存大量的永久性信息(長期保存在外存巾的信息)和臨時信息(加工過程暫時存入外存中的信息)。初期,外存僅供係統保存一些係統程序,標準過程,計算子程序等,當時稱外存為程序庫。隨著計算機係統的不斷發展,外存儲器也向用戶開放,允許用戶將其信息保存在外存中。在初始階段,不論是用戶還是係統自身,均需熟悉外存的物理特性。他們不但要按其物理地址(如磁帶的信息組,磁盤的柱麵號、磁頭號、物理記錄號等)存取信息,而且要準確地記住存至外存中信息的物理位置和整個外存信息的分布情況。如稍有疏忽,就可能破壞已存入的信息。如一條磁帶可能有幾百甚至上千個信息組,其中某些組已記錄了有效信息,某些組為空白組,另有一些可能是不能記錄信息的故障組(磁盤也是類似情況)。要求記住這樣大量而複雜的信息分布情況,對用戶顯然是一種沉重的負擔,同時也給係統帶來了不安全因素。特別是在多道程序出現之後,不僅有用戶專用的磁帶(或磁盤),而且有共享的外存。這就使外存更不安全,更不利於保密。實際對用戶來說,他們所關心的並不是信息的具體存放位置,而是存取方法的靈活方便和安全可靠。基於上述原因,促使人們引進文件係統來取代用戶自己管理外存和存取信息。
本章就以我國高檔微型計算機的優先係列為背景,簡要介紹磁盤文件的操作方法。
第一節 磁盤基本知識
人們稱記載電子計算機中信息的物質為存儲介質或存儲器,按其存儲信息的方法和物理性能可分為兩大類:一類為機械的存儲器,如紙帶和卡片,另一類為電磁的存儲器,如磁帶、磁盤、磁鼓、磁芯、磁泡、電荷耦合器件和半導體存儲器。在選用存儲器時,要考慮它們的訪問時間、存儲容量和費用等因素。各種電磁類存儲器的訪問時間和費用的關係。由圖可知,要求存儲器的訪問時間越短,則相應的費用越高,反之,要求的訪問時間可長,則相應的費用可以降低。
在一個計算機係統中,往往要配置幾抑不同的存儲器,從上往下,存儲器的容量越來越大,訪問時間越來越長,而使用頻率則由高到低,中間有通道隔開。一般稱通道以上的存儲器為主存或內存,有時也稱隨機訪問存儲器。通道以下的,即要經過通道才能與相聯的那部分存儲器稱為輔助存儲器或外存儲器,有時還稱為二級存儲器。
一、硬磁盤
目前,磁盤是數據處理應用最廣的外存。因為它直接關係到數據的物理組織,因此我們對它應有一個基本的了解。磁盤有硬磁盤和軟磁盤兩類,下麵簡要地介紹硬磁盤的物理性能。
1.單片磁盤
硬磁盤是表麵塗有磁性材料的金屬圓盤,盤的厚度一般為6-10mm,也有更薄的。盤的直徑小的有200-310mm,大的有600-700mm,以直徑為35mm的最常見。從表麵看磁盤機的工作原理和唱片機類似,其實它們之間的差別是很大的,唱機工作時是把機械能轉換成電能,所以唱頭上的唱針是與唱片相接觸的。而磁盤機工作時是把磁能轉換成電能,它不允許磁頭接觸盤麵,否則會把磁盤麵劃傷。通常磁盤機工作時,磁頭是靠高速旋轉的磁盤表麵形成的氣流支撐而浮在盤麵上的,其間的間隙是很小的。
每個盤麵以其中點為圓心,形成許多半徑不同的同心圓,每個圓稱為一個磁道。通過磁頭,數據就記錄在磁道上。在讀寫數據時,磁頭是靜止不動的,磁盤是轉動的,當磁頭靠近某個位置時,磁道中的數據被讀寫。
不同型號磁盤盤麵上的磁道數目不等,小容量的為200多個,中容量的為400多個;大容量的約有800多個。一般按從外向內的順序予以編號,例如最外圈的磁道為磁道,餘類推。
每個盤麵又劃分成物理上大小相等的若幹個扇形、不同型號磁盤的扇形數目不一,通常有6,8,10,16,18,24,32等幾種規格。每個磁道在每一扇形中的部分均稱之為塊。由於同心圓的內、外圓周長不等,所以塊的物理長度也不一樣,最外磁道的塊可能比最內磁道的塊長二分之一,但各個塊記錄的數據量卻是相等的,這對於初學者要注意。例如HP7900單片磁盤每麵分為24個扇形,每塊記錄256個字節的數據,00—29磁盤每麵為18個扇形,每塊是4096字節。對每個磁道塊按順序編號,供外存尋址機構識別。
磁盤存儲器和內存之間交換數據通常也是以塊為單位的。有的機器允許使用者自己決定塊的大小I有的機器不允許使用者自己決定塊的大小,而規定一個塊就等於某個弧段。在允許自己選擇塊的大小時,最好使塊的大小為選定弧段的整數倍,這是節省磁盤空間的辦法。
要在磁盤上完成一條讀寫命令,首先將讀寫臂作機械運動,使磁頭對準相應的磁道,待所需讀寫塊旋轉到讀寫磁頭的下麵或上麵(此處是雙麵,也有單麵的磁盤)時,才能開始讀寫。
2.磁盤組
為了加大存儲容量而又不增加機械運動裝置,往往把數個同型號的磁盤置於同一軸上,構成一個磁盤組。有11個磁盤裝在一根軸上,除頂、底兩個磁盤麵不用外,其餘的20個盤麵記錄數據信息。
二、軟磁盤存儲器
近年來出現了一種叫做軟磁盤的存儲介質,它是微機係統中很重要的配套設備之一。它具有存儲量大、存取時間較短,價格較低、攜帶方便、使用靈活而具有不揮發性等優點。
軟磁盤做數據存儲器,最早是用在HP3740的數據輸入中。對於軟盤作了標準格式化的規定。此後其它軟磁盤製造廠家也都製造格式與此兼容的軟盤係統。軟盤本身是具有鐵鉻氧化物塗層的聚盤片,直徑為7.8英寸,由於盤片封裝在一個8X8英寸的塑料套裏,所以一般稱為8英寸盤,同樣還有5英寸盤等。
塑料套上有三個大小不同的孔,這些孔都是有一定用處的,中間的大孔比軟盤本身的中孔要大一些,因此當軟盤插入盤驅動器中後,軟盤本身被緊緊地夾在驅動器上。工作時,軟盤高速旋轉,而塑料套卻靜止不動。磁頭則通過長型孔讀出或寫入數據。最小的孔稱為索引孔,用來做標誌,對於某些軟盤來說,它標誌著數據區域的起始處。