Organizarea logică a datelor

Pe suporturile de memorie externă, datele se păstrează după oprirea calculatorului. Pentru ca ele să poată fi găsite și folosite, sistemul de operare le organizează într-o structură logică, formată din discuri logice, directoare și fișiere. Această organizare, împreună cu regulile după care datele sunt scrise și regăsite pe disc, se numește sistem de fișiere.

Noțiuni preliminare

• Sistemul de operare este ansamblul de programe care gestionează resursele sistemului de calcul și asigură comunicarea dintre utilizator și calculator. Una dintre funcțiile lui este gestionarea fișierelor de pe suporturile de memorie externă. Noțiunea este prezentată în subcapitolul Concepte de bază. Tipuri de sisteme de operare.
• Memoria externă păstrează permanent programele și datele, chiar și în absența alimentării cu energie. Din ea fac parte hard diskul, unitatea SSD, memoria USB, cardurile de memorie și discurile optice. Are capacitate mare, dar este mai lentă decât memoria internă; programele și datele se încarcă din ea în memoria internă pentru a fi prelucrate. Tipurile de memorie externă sunt prezentate în subcapitolul Arhitectura calculatorului personal.

Sistemul de fișiere

Sistemul de fișiere răspunde următoarelor cerințe:

• păstrarea unor cantități foarte mari de date;
• păstrarea datelor după încheierea programelor care le-au creat;
• accesul mai multor programe și utilizatori la aceleași date.

Sistemul de fișiere stabilește modul în care se numesc fișierele, cum sunt grupate în directoare, unde sunt scrise pe disc și cine are acces la ele. Exemple de sisteme de fișiere: FAT (FAT12, FAT16, FAT32), NTFS, ext (ext2, ext3, ext4).

Același sistem de operare poate lucra cu mai multe sisteme de fișiere, câte unul pe fiecare disc logic.

Sisteme de fișiere uzuale

Jurnalul este o evidență în care sistemul de fișiere notează modificările înainte de a le face. După o oprire incorectă a calculatorului, structura sistemului de fișiere se reface pe baza lui, fără verificarea întregului disc.

Exemplu. Pe o memorie USB de 64 GB trebuie copiat un fișier video de 6 GB. Dacă memoria este formatată FAT32, copierea nu se poate face, fiindcă fișierul depășește 4 GB. Memoria se formatează NTFS, dacă este folosită numai pe calculatoare cu Windows, sau exFAT, dacă este folosită și pe calculatoare cu macOS.

Discul logic (partiția)

Un disc fizic, de exemplu un hard disk, poate fi împărțit în mai multe discuri logice, numite și partiții. Fiecare partiție are propriul sistem de fișiere și este tratată de sistemul de operare ca un disc separat.

• Informațiile despre partiții (începutul și dimensiunea fiecăreia, partiția activă) se păstrează în MBR (Master Boot Record), în primul sector al discului. La pornirea calculatorului, după MBR se execută blocul de boot al partiției active, care încarcă sistemul de operare.
• În Windows, discurile logice se notează cu litere urmate de două puncte: C:, D:. Literele A: și B: au fost rezervate unităților de dischetă, iar memoriile USB și discurile optice primesc litere în continuarea celor ale partițiilor.
• În sistemele Unix și Linux, sistemul de fișiere al unei partiții sau al unui dispozitiv devine accesibil prin montare: este atașat unui director gol din structura de directoare, numit punct de montare.

Formatarea

Formatarea pregătește un disc logic sau un suport de memorie pentru a fi folosit: creează pe el sistemul de fișiere ales, adică structurile în care se vor înregistra fișierele și spațiul liber.

• Formatarea șterge toate datele existente pe suport; de aceea sistemul de operare cere confirmarea operației.
• Formatarea face suportul compatibil cu sistemul de operare folosit.
• La formatare se poate stabili eticheta volumului (Volume Label), adică numele discului.

În Windows, formatarea se face din File Explorer: clic dreapta pe discul logic → Format. În fereastra de formatare se alege sistemul de fișiere (File system: NTFS, FAT32, exFAT), se completează opțional eticheta, se apasă Start și se confirmă operația. La încheiere, o casetă de dialog afișează rezultatul formatării. Opțiunea Quick Format (formatare rapidă) creează numai structurile sistemului de fișiere, fără să verifice suportul pentru zone defecte.

În Ubuntu, formatarea se face cu aplicația Discuri (Disks): se selectează suportul, apoi partiția, se alege formatarea partiției (Format Partition), se scrie numele volumului și se alege tipul sistemului de fișiere (ext4, NTFS, FAT).

Fișierul

Un fișier este o colecție de date înrudite, păstrată pe un suport de memorie externă și identificată printr-un nume. Fișierul este unitatea de bază în care se înregistrează informația pe disc. Pentru sistemul de operare, un fișier este un șir de octeți; semnificația lor este cunoscută de aplicația care l-a creat.

Numele unui fișier are forma nume.extensie:

• numele identifică fișierul și se alege astfel încât să sugereze conținutul;
• extensia indică tipul fișierului; pe baza ei, sistemul de operare asociază fișierului aplicația cu care se deschide.

Reguli pentru nume în Windows:

• numele poate avea cel mult 255 de caractere;
• nu poate conține caracterele \ / : * ? " < > |;
• într-un director nu pot exista două fișiere cu același nume și aceeași extensie.

MS-DOS permitea cel mult 8 caractere pentru nume și 3 pentru extensie (convenția 8.3).

După rolul lor, fișierele sunt:

• fișiere de date — create sau aduse de utilizator: documente, imagini, fișiere audio și video;
• fișiere de aplicație — fișierele programelor instalate; ștergerea unuia dintre ele poate face aplicația să nu mai funcționeze;
• fișiere sistem — fișierele sistemului de operare.

Directorul

Un director (dosar, folder) este o grupare de fișiere și de alte directoare. Directoarele din interiorul unui director se numesc subdirectoare ale lui, iar el este directorul părinte.

Directoarele formează o structură arborescentă (arbore de directoare):

• directorul de pe nivelul cel mai de sus al unui disc logic se numește director rădăcină; în Windows se notează cu litera discului urmată de \, de exemplu D:\;
• fiecare subdirector are un singur director părinte;
• un director poate avea oricâte subdirectoare și fișiere;
• două fișiere sau directoare aflate în directoare diferite pot avea același nume.

Calea

Locul unui fișier sau al unui director în structura arborescentă se precizează prin cale (path): succesiunea directoarelor prin care se trece pentru a ajunge la el, separate prin \ în Windows și prin / în Linux.

• Calea absolută pornește din directorul rădăcină. Pentru fișierul tema1.txt din desen: D:\Scoala\Informatica\tema1.txt.
• Calea relativă pornește din directorul curent, adică directorul în care se lucrează în acel moment. Dacă directorul curent este D:\Scoala, calea relativă a aceluiași fișier este Informatica\tema1.txt.

În Unix și Linux, directorul rădăcină se notează /, iar o cale absolută are forma /Scoala/Informatica/tema1.txt. Directorul curent se notează ., iar directorul părinte ...

Atributele fișierelor

Pe lângă nume și conținut, sistemul de operare păstrează pentru fiecare fișier și director informații numite atribute sau proprietăți:

• tipul și aplicația cu care se deschide;
• locația (calea) și dimensiunea;
• data și ora creării, a ultimei modificări și a ultimului acces;
• atributul doar în citire (Read-only) — fișierul nu poate fi modificat;
• atributul ascuns (Hidden) — fișierul nu este afișat în mod obișnuit;
• drepturile de acces ale utilizatorilor: citire, scriere, executare, ștergere.

Pentru un director, proprietățile arată și numărul fișierelor și al subdirectoarelor pe care le conține. Pentru un disc logic, ele arată capacitatea, spațiul ocupat și spațiul liber. În Windows, atributele se văd și se modifică din fereastra Properties (clic dreapta → Properties).

Dimensiunea fișierelor și spațiul ocupat pe disc

Dimensiunea unui fișier este cantitatea de date pe care o conține, exprimată în octeți și în multiplii lor: 1 KB = 2¹⁰ octeți, 1 MB = 2¹⁰ KB, 1 GB = 2¹⁰ MB. Dimensiunea unui director este suma dimensiunilor tuturor fișierelor din el și din subdirectoarele lui.

Spațiul de pe disc se alocă fișierelor în blocuri de dimensiune fixă. Un fișier ocupă un număr întreg de blocuri, deci spațiul ocupat pe disc este de obicei puțin mai mare decât dimensiunea fișierului: un fișier de 123 KB, pe un disc cu blocuri de 4 KB, ocupă 31 de blocuri, adică 124 KB. De aceea, fereastra Properties afișează două valori: dimensiunea și dimensiunea ocupată pe disc.