1.5. Хранение данных

ПО СТАРОЙ ВЕРСИИПри хранении данных решаются две задачи:

• как сохранить данные;

• как обеспечить быстрый удобный доступ к ним.

В компьютерных технологиях единицей хранения данных является объект переменной длины, называемый файлом.

Файл - это поименованная область на внешнем носителе, содержащая данные произвольной длины (любое число байтов, может быть и нуль), обладающая уникальным собственным именем.

На ранних этапах развития компьютерных систем файлы содержали данные одного типа (текстовые, графические, звуковые файлы). Современные файлы могут содержать данные различных типов. Например, в текстовом файле могут содержаться фотографии, элементы программного кода.

Имя файла имеет особое значение - оно фактически несет в себе адресные функции в иерархических структурах. Кроме того, имя может иметь расширение, в котором хранятся сведения о типе данных. Это важно, поскольку при автоматической обработке по типу файла может запускаться приложение (программа), работающее с ним. В настоящее время самые рядовые компьютеры на жестком диске сотни тысяч файлов, и для доступа к ним используется определенного вида программное обеспечение, решающее задачу централизованного управления данными.

Системы управления данными называются файловыми системами. Именно файловая система, а не пользователь, берет на себя задачи распределения внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. Благодаря этому, работа с файлами во многом стала напоминать работу с обычными документами.

Информация любого типа хранится в виде файлов, выступающих в роли логически завершенных именованных совокупностей данных. Под логической завершенностью здесь понимается, что создатель файла сознательно выделил для хранения некоторую порцию информации в отдельный блок. Учитывая универсальный характер электронных носителей, в роли “документа” в файловой системе может выступать текст или его часть, компьютерная программа или данные к ней, графический или звуковой образ и т.п.

Для пользователя файл является основным и неделимым элементом хранения данных, который можно найти, изменить, удалить, сохранить или переслать на устройство или на другой компьютер, но только целиком.

С физической точки зрения, файл — это всего лишь последовательность байтов. Способ использования или отображения этой последовательности (интерпретация!) определяется типом файла — текстовый, звуковой, исполняемый модуль программы и т.п.

Естественно, что для хранения различных видов информации, необходимо использовать по-разному устроенные файлы. Способ организации данных в файле (структура файла) называют его форматом.

Некоторые форматы файлов стандартизированы и должны поддерживаться любой операционной системой и работающими в ней приложениями (например, графические файлы, определенные спецификациями GIF или JPEG). Наряду с этим всегда имеются форматы, специфичные только для данной системы (например, исполняемые файлы MS DOS или Windows). Кроме того, есть еще форматы, разработанные для конкретных приложений, работающих под управлением данной операционной системы (например, формат .xls, используемый MS Excel). И, наконец, в некоторых случаях при разработке приложений новые форматы приходится создавать самим программистам.

Структура файла может быть тривиальной. Например, текст может сохраняться в виде последовательности байтов, прямо соответствующих составляющим его литерам (формат plain text или ASCII-файл). Однако в большинстве случаев вместе с данными приходится сохранять и некоторую дополнительную информацию.

Но сохранение — это только часть проблемы. Слово "договариваемся" было выделено нами не случайно: сформулированными правилами должна будет пользоваться не только программа, сохраняющая таблицу, но и любая другая, которой потребуется прочесть данные для таблицы. Т.е. наш уговор — это взаимное соглашение о формате. Только в этом случае от разработанного формата будет реальная польза. Таким образом, формат файла определяет способ правильной интерпретации хранимых данных.

Размещение в начале файла блока служебной информации, часто используется в многочисленных форматах, например, в файлах баз данных или графических данных.

ЗАГОЛОВОК (служебная инфомация)

Собственно сохраняемые данные

Часто заголовок файла включает идентификатор формата файла. Программы, которые предназначены для просмотра файлов определенного типа, начинают свою работу с чтения служебной информации и проверки, возможности восприятия формата предложенного им файла.

Современные программные системы, как уже было сказано, позволяют одновременно включать в файл данные разных видов, а это требует разработки очень сложных форматов. Например, работая с программой MS Word, мы можем включать в один документ текст, картинки, таблицы, созданные в Excel, и многое другое. Комбинации этих элементов в своем числе практически бесконечны, и придумать простой формат, который позволил бы хранить все это вместе, невозможно. Например, для хранения документов MS Office строятся так называемые структурированные хранилища — фактически целые файловые системы, спрятанные в едином с точки зрения пользователя файле.

Подавляющей части пользователей практически ничего не нужно знать о внутреннем устройстве файлов, с которыми они работают. Этот уровень абстракции интерфейса операционных систем — одно из самых больших достижений компьютерных технологий.

Попутно заметим, что наличие разных форматов для хранения данных одного и того же типа затрудняет переносимость их из среды одного приложения (программы) в среду другого. Проблема обычно решается использованием специальных программ, называемых конверторами.