第5章文件管理與數(shù)據(jù)存儲在這一章中，我們來學(xué)習(xí)使用計算機管理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)知識，例如：數(shù)據(jù)存儲，創(chuàng)建合法文件名，使用資源管理器工具組織磁盤文件等。5.1數(shù)據(jù)和信息雖然人們在日常交談中經(jīng)常混用術(shù)語“數(shù)據(jù)”和“信息”，但它們是有明確區(qū)分的。所謂“數(shù)據(jù)”就是描述人、事件、事物和思想的詞語、數(shù)字和圖形等。當(dāng)使用數(shù)據(jù)作為行動或決策的依據(jù)時，數(shù)據(jù)就成為信息?！靶畔ⅰ笔亲鳛槿藗冃袆雍蜎Q策依據(jù)的詞語、數(shù)字和圖形等。5.1數(shù)據(jù)和信息例如：CA4199Beijing9:59Hangzhou11:09。這些字母、數(shù)字和符號描述了一個事件——航班時刻表，這是計算機系統(tǒng)中常用的數(shù)據(jù)存儲形式。如果你決定從北京（Beijing）到杭州（Hangzhou）進行一次旅行，在旅行社的計算機屏幕上會看到如下信息：航班 航班號 出發(fā)地

起飛時間 目的地

抵達(dá)時間CA 4199 Beijing 9:59 Hangzhou 11:09這里，屏幕上的字母、數(shù)字和符號被認(rèn)為是信息，因為旅行社用它們來制定你的旅行日志。5.1數(shù)據(jù)和信息“CA4199Beijing9:59Hangzhou11:09”既是數(shù)據(jù)又是信息，可見有時數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別非常小。通常來說，如果字母、數(shù)字和符號存儲在計算機中，稱它們?yōu)閿?shù)據(jù)；如果字母、數(shù)字和符號被某人用來完成某個動作或做出決策，那么就稱它們?yōu)樾畔?。?shù)據(jù)是計算機使用的，而信息是人使用的。5.2文件基礎(chǔ)知識術(shù)語“文件”原意是指文件柜或者成堆的紙張。現(xiàn)在，數(shù)字格式的計算機為存儲文檔、照片、視頻和音樂提供了一種簡便的途徑。計算機文件（簡稱“文件”）是存放在存儲介質(zhì)（例如硬盤、光盤或U盤）中的數(shù)據(jù)的有名字的集合。文件擁有諸多特征，例如，名稱、格式、位置、大小和日期。文件可以包含程序或者數(shù)據(jù)，比如文檔、圖形、數(shù)字視頻，或者數(shù)字化聲音等。5.2.1文件名和擴展名文件名是字母和數(shù)字的唯一性集合，用于標(biāo)識一個文件，并且通常描述了文件的內(nèi)容。例如，Microsoft畫圖軟件的文件名是Pbrush。文件名后面一般還有文件擴展名（簡稱“擴展名”），它進一步描述了文件內(nèi)容。在文件名Pbrush.exe中，Pbrush是文件名，.exe是擴展名。擴展名與文件名之間用“.”隔開。當(dāng)創(chuàng)建文件時，必須按照特定規(guī)范來設(shè)置該文件的有效文件名，該規(guī)范被稱作文件命名規(guī)范。每個操作系統(tǒng)都有自己的命名規(guī)范集，參見表5-1。5.2.1文件名和擴展名表5-1文件命名規(guī)范5.2.1文件名和擴展名通常，文件擴展名說明文件所屬的類別。計算機文件基于其包含的數(shù)據(jù)、創(chuàng)建該文件的軟件，以及使用該文件的方式進行分類。了解文件分類的特征可以提高訪問文件的效率。5.2.2通配符文件有唯一的名字，但有時候可能要用到多個文件。例如，假設(shè)想列出磁盤上所有擴展名為.exe的文件，這時可以用*.exe來指定。星號是一個通配符，在文件名或擴展名中用于替代一組字符。*.exe表示所有擴展名為.exe的文件?！埃俊碧柺橇硪粋€文件名通配符，在文件名或擴展名中用于替代一個字符。可以使用通配符字符來定位或者刪除磁盤上的一組文件。5.2.2通配符當(dāng)處理硬盤或光盤上的多個文件并且不需要逐個瀏覽時，使用通配符是很方便的。例如，假設(shè)某磁盤包含如下9個文件：

Word.exe Word.cfg Sam.bmp Spell.exe Recruits.doc Silver.exe Report.doc Mail.dat Middle.bat5.2.2通配符Word.*的含義是文件名必須是Word，但擴展名隨意。在本例中，有兩個文件符合這—模式：Word.exe和Word.cfg；*.doc意味著具有.doc擴展名的任意文件。在本例中，有兩個文件符合這一模式：Recruits.doc和Report.doc；S*意味著任何以字母“S”開頭的文件名。在本例中，Spell.exe、Sam.bmp和Silver.exe都符合這一模式。*.*則意味著所有文件。大多數(shù)操作系統(tǒng)都允許使用通配符來方便操作文件集合。5.2.3可執(zhí)行文件可執(zhí)行文件包含了告訴計算機執(zhí)行特定任務(wù)的程序指令。例如，控制計算機顯示和打印存儲在磁盤上的文本的文字處理程序就是可執(zhí)行文件（如Word.exe），其他可執(zhí)行文件還有操作系統(tǒng)、工具軟件和應(yīng)用軟件等。一般可以根據(jù)擴展名來識別可執(zhí)行文件，大多數(shù)可執(zhí)行文件的擴展名都是.exe，有的也使用.com擴展名。5.2.4數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件含有可以查看、編輯、存儲、發(fā)送和打印的文本、數(shù)字和圖片等?？梢园褦?shù)據(jù)文件想象成是被動的——數(shù)據(jù)不會要求計算機做事情，而可執(zhí)行文件是主動的——存儲在文件中的指令會要求計算機完成某些動作。通常在使用應(yīng)用軟件時可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件。例如，當(dāng)要存儲一份使用文字處理軟件寫的文檔或使用圖形處理軟件繪制的圖形時，就會創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)文件。當(dāng)存儲電子表格、圖片、聲音剪輯或視頻時，也會創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件。5.2.4數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件都是與應(yīng)用軟件一起使用的，應(yīng)用軟件處理文件中的數(shù)據(jù)。通常，可以使用創(chuàng)建該文件的軟件來查看、修改和打印數(shù)據(jù)文件中的信息。例如，可以使用MicrosoftWord軟件來編輯使用由Word創(chuàng)建的（.doc）數(shù)據(jù)文件。為了查看或者編輯某個數(shù)據(jù)文件，需要將它“打開”。打開數(shù)據(jù)文件的標(biāo)準(zhǔn)方法是先啟動應(yīng)用程序，然后使用應(yīng)用程序提供的“打開”命令，該方法在各種操作系統(tǒng)中都類似。通常，使用文字處理軟件打開文檔，使用電子表格軟件打開工作表，使用畫圖軟件打開圖形。通過查看文件擴展名可以了解數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容，以及用于打開該文件的軟件。5.2.4數(shù)據(jù)文件一般來說，沒有必要記住特定的數(shù)據(jù)文件的擴展名。當(dāng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件時，所使用的軟件會在文件名后面自動加上正確的文件擴展名。5.2.5配置文件、程序模塊和其他文件除了可執(zhí)行文件和數(shù)據(jù)文件之外，計算機通常還包含對硬件或者軟件操作很必要的其他文件。這些文件具有諸如.bat、.sys、.cfg、.dll、.ocx、.ini、.mif、.hlp，以及.tmp等擴展名。這些文件——甚至所謂的“臨時”文件——對于計算機系統(tǒng)的正確操作是很關(guān)鍵的，請不要隨意刪除它們。表5-2列舉了一些文件類別的其他信息。5.2.6保留符號與保留字表5-2配置文件和程序模塊的文件擴展名5.2.6保留符號與保留字如果操作系統(tǒng)已將特定的意義賦予某些符號，那么在文件名中將不能使用這些符號。例如，Windows使用冒號（:）字符將驅(qū)動器名和文件名或文件夾名分開（如C:Music）。諸如Report:2010之類的含有冒號的文件名是無效的，因為操作系統(tǒng)不知道如何對冒號進行解釋。在使用Windows應(yīng)用程序時，不要在文件名中使用:*\<>“/和?等符號。一些操作系統(tǒng)也會包含一系列的保留字，這些保留字用作命令或特定標(biāo)識符。這些詞語不能單獨用作文件名，但是它們可以用作較長的文件名的一部分。例如，在Windows中，用Nul作文件名是無效的，但是將文件命名成NulCommitteeNotes.doc或NullSet.exe是可以的。5.2.6保留符號與保留字除了Nul之外，Windows用戶應(yīng)該避免使用以下保留字作為文件名：Aux、Com1、Com2、Com3、Corn4、Con、Lpt1、Lpt2、Lpt3和Prn。一些操作系統(tǒng)是對大小寫敏感的，但是在Windows和MacOS系統(tǒng)中創(chuàng)建文件名時，用戶可以自由使用大小寫字母。用戶還可以在文件名中使用空格。這和電子郵件地址不允許空格的規(guī)則不同。通常會在電子郵件地址中使用下劃線或句點來代替空格（如Madi_Jones@）。但諸如“LettertoMadiJones”這樣的文件名是有效的。5.2.7文件格式文件格式表示了文件中數(shù)據(jù)的組織和排列方式。例如，音樂文件的存儲與文本文件和圖形文件的存儲方式不同，甚至對于同一類數(shù)據(jù)也有很多文件格式，例如，圖形數(shù)據(jù)可存儲為位圖、GIF、JPEG或PNG等不同的文件格式。文件的格式通常會包括文件頭和數(shù)據(jù)，還可能包括文件終止標(biāo)記。文件頭是指文件開頭包含了有關(guān)該文件信息的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)通常是創(chuàng)建文件的日期、最近一次更新日期、文件大小以及文件類型。5.2.7文件格式文件中其余內(nèi)容取決于所包含的是文本、圖形、音頻還是多媒體數(shù)據(jù)。例如，文本文件也許包含句子和段落以及散布其中的用來進行居中調(diào)整、文字加粗和頁邊距設(shè)置的代碼；而圖形文件則可能包括每個像素的色彩數(shù)據(jù)以及調(diào)色板的描述。表5-3例舉比較了Windows的位圖文件和GIF文件的區(qū)別，雖然這兩個文件格式都包含圖形，但其文件結(jié)構(gòu)并不相同。5.2.7文件格式表5-3Windows位圖和GIF文件的區(qū)別5.2.7文件格式文件擴展名能說明文件格式，但它不能用來定義文件格式，用戶可以用“重命名”命令將稱為Balloons.mov的QuickTime電影轉(zhuǎn)變成Balloons.doc。這時，盡管擴展名變成了doc，但這個文件仍然是QuickTime格式，因為文件中的數(shù)據(jù)元素是按照QuickTime特有的結(jié)構(gòu)排列的。在使用“打開”對話框時，多數(shù)應(yīng)用程序會自動篩選文件，只顯示對該應(yīng)用程序來說擁有“正確”文件格式的文件列表。Windows可使用文件關(guān)聯(lián)列表把文件格式和相應(yīng)的應(yīng)用軟件連接起來，當(dāng)用戶雙擊某個文件名時，計算機會自動地打開能處理正確文件格式的應(yīng)用軟件。5.2.7文件格式通常軟件程序至少由一個擴展名為exe的可執(zhí)行文件組成。它也可能帶有許多擴展名為.dll、.vbx或.ocx的支持程序。在打開應(yīng)用軟件（如文字處理軟、電子表格軟件以及圖形工具）的數(shù)據(jù)文件時，操作系統(tǒng)會為原始文件制作一個副本，并將它以臨時文件的形式存儲在磁盤上。在查著和修改文件時，用戶都是在對此臨時文件進行處理。表5-4列出了通常與Windows操作系統(tǒng)及可執(zhí)行文件相關(guān)的文件擴展名。5.2.7文件格式表5-4操作系統(tǒng)和可執(zhí)行的擴展名5.2.7文件格式數(shù)據(jù)文件的格式種類比較多，但熟悉最流行的格式以及這些文件的格式所包含的數(shù)據(jù)類型是很有用的，表5-5提供了這樣的信息。5.2.7文件格式表5-5數(shù)據(jù)文件擴展名5.2.7文件格式應(yīng)用軟件可以打開其專屬文件格式的文件，以及一些其他格式的文件。例如，MicrosoftWord既能打開它專屬的DOC（擴展名是.doc或docx）格式的文件，也能打開HTML（打展名是.htm或.html）、Text（擴展名是.txt）以及RichTextFormat（富文本格式，擴展名是.rtf）格式的文件。5.2.7文件格式要使用特定的文件格式，必須確定計算機中安裝了相應(yīng)的軟件，例如下載了擴展名是.rm文件，但計算機中沒有相應(yīng)的軟件能處理這種文件格式。許多網(wǎng)站提供了文件擴展名及其相應(yīng)軟件的列表。在某一列表中查找文件的擴展名，用戶就能搞清楚需要找到、購買、下載和安裝的應(yīng)用軟件。許多從Web上下載的文件需要特定的播放器或閱讀器軟件。例如，PDF文件需要AcrobatReader軟件，MP3音樂文件需要MP3播放器軟件，RM視頻文件需要RealPlayer軟件。5.2.7文件格式許多文件格式都能很容易地轉(zhuǎn)換成其他格式，并且轉(zhuǎn)換后的文件實際上和原文件沒有什么不同。但有些轉(zhuǎn)換并未保留原文件的所有特性，例如，在將DOC文件轉(zhuǎn)換成HTML格式時，HTML頁面就不會包括原DOC文件中的頁眉、頁腳、上標(biāo)、頁碼、特殊字符或分頁符。5.3資源管理器在計算機系統(tǒng)的磁盤和其他存儲設(shè)備中存儲著成千上萬的文件。為了跟蹤這些文件，Windows操作系統(tǒng)提供了“資源管理器”（圖5-1）操作功能，主要用于定位、重命名、移動、復(fù)制和刪除文件等。不同操作系統(tǒng)的資源管理器可能有所不同，但都基于相似的概念。5.3資源管理器圖5-1Windows資源管理器5.3.1設(shè)備驅(qū)動器號一般計算機都擁有多個存儲設(shè)備，如硬盤、光盤或者U盤等。一般情況下，知道文件位于哪個存儲設(shè)備中，則查找起來要容易得多。存儲設(shè)備通常由設(shè)備驅(qū)動器號（名）來標(biāo)識，設(shè)備驅(qū)動器號提供了保存或者打開文件時引用特定存儲設(shè)備的簡捷方式。最初的IBMPC機只有一個軟盤驅(qū)動器，它就被指定為驅(qū)動器A，接著的增強型PC機使用兩個軟盤驅(qū)動器，分別被指定為驅(qū)動器A和驅(qū)動器B。在硬盤驅(qū)動器加到PC機中時，就只能指定為驅(qū)動器C了。即使計算機中沒有安裝軟驅(qū)，A、B驅(qū)動器號也不會用于其他設(shè)備；主硬盤為C。其他存儲設(shè)備順序分配D~Z之間的驅(qū)動器號。設(shè)備驅(qū)動器號有時后跟一個冒號，如C:。5.3.1設(shè)備驅(qū)動器號磁盤分區(qū)是指硬盤驅(qū)動器上被當(dāng)作獨立存儲單元的區(qū)域。多數(shù)計算機都會配置一個硬盤分區(qū)存放操作系統(tǒng)、程序和數(shù)據(jù)，但還可以創(chuàng)建多個硬盤分區(qū)。例如，為操作系統(tǒng)文件設(shè)立一個分區(qū)，而為程序和數(shù)據(jù)設(shè)立另一個分區(qū)。多分區(qū)設(shè)置可以在計算機遭受惡意軟件攻擊時加快殺毒過程。分區(qū)和文件夾不同，分區(qū)更為持久，需要使用特定的程序才能創(chuàng)建、修改或刪除。5.3.2文件目錄和文件夾操作系統(tǒng)為每一個磁盤、CD、DVD、BD或U盤維護著一個稱為目錄的文件列表。主目錄也稱為根目錄。在PC機上，根目錄通過驅(qū)動器名后加反斜杠來標(biāo)識。例如，硬盤的根目錄是“C:/”。根目錄還可以進一步細(xì)分為更小的列表。每一個列表就稱為一個子目錄。5.3.2文件目錄和文件夾在使用Windows、MacOS或Linux圖形化的文件管理器時，子目錄被描述為文件夾，因為它們類似于文件柜中存放有某種相關(guān)文件的文件夾。每一個文件夾都可以存放相關(guān)項，例如，一系列文檔、聲音剪輯、財務(wù)數(shù)據(jù)和學(xué)期項目的照片。Windows提供了名為“我的文檔”的文件夾，用戶可以用它來存放報告、信件等。用戶可以創(chuàng)建文件夾并對其命名以滿足自身要求，如用Quickbooks文件夾來存放個人財務(wù)數(shù)據(jù)。還可以在文件夾中創(chuàng)建文件夾。例如，可以在Music文件夾中創(chuàng)建一個Jazz文件夾來存放爵士音樂，而創(chuàng)建另一個Reggae文件夾來存放雷鬼音樂。5.3.2文件目錄和文件夾文件夾的名稱可以通過特定符號與驅(qū)動器名以及其他文件夾名相區(qū)分。在Windows操作系統(tǒng)中，這種特定符號是反斜杠（\）。例如，存放音樂的文件夾（在驅(qū)動器C上的Music文件夾中）就應(yīng)該寫為“C:Music\Reggae”。而其他的操作系統(tǒng)則會使用斜杠（/）來區(qū)分文件夾。計算機文件的位置是由文件規(guī)范（有時也稱為路徑）定義的，它包含驅(qū)動器名、文件夾、文件名和擴展名。假設(shè)要將Reggae文件夾中名為MarleyOneLove的MP3文件存儲在硬盤上，那么它的文件規(guī)范應(yīng)該如圖5-2所示。5.3.2文件目錄和文件夾圖5-2文件規(guī)范提供了文件的名稱和位置5.3.2文件目錄和文件夾文件中可包含數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的存儲形式為成組的位（bit）。位數(shù)越多，文件也就越大。文件大小通常以字節(jié)（byte）、千字節(jié)（kilobyte）或兆字節(jié)（rnegbyte）來度量。了解文件的大小是十分重要的。相對于小文件來說，大文件會更快地占據(jù)存儲空間、需要更長的傳輸時間。操作系統(tǒng)能夠記錄所有文件的大小，并且在用戶需要文件列表時提供這些信息。計算機會記錄文件創(chuàng)建或最后一次修改的日期。如果用戶要創(chuàng)建一個文件的多個版本并且想確定自己知道哪個版木是最新的，在這種情況下，文件日期是很有用的。5.3.3存儲模型資源管理器提供了存儲文件的符號和比喻視圖。目錄結(jié)構(gòu)的比喻視圖被稱為邏輯模型，它們表示了目錄結(jié)構(gòu)的邏輯設(shè)想（而非實際物理存儲）。資源管理器實用工具經(jīng)常使用多種文件存儲比喻法，包括“文件夾”和“樹結(jié)構(gòu)”等。樹干是根目錄，樹的分支代表文件夾，這些分支可以細(xì)分為更小的分支或者子文件夾，分支頂端的葉子代表單個文件。借助于樹結(jié)構(gòu)比喻，可以清楚地理解文件夾和文件的組織方式。但作為用戶界面，可以設(shè)想把樹圖表擴展顯示為更加實際的包含成百上千文件的文件夾集合。5.3.4資源管理器操作資源管理器的目的是幫助用戶查找、重命名、復(fù)制、移動，以及刪除文件或者文件夾，實現(xiàn)有效的文件管理。其主要文件操作包括：1）查找。在可以打開或者操縱文件或者文件夾之前，有必要了解該文件或者文件夾位于何處。資源管理器可以幫助查看存儲設(shè)備的目錄結(jié)構(gòu)來定位文件夾，然后通過瀏覽文件夾來查找特定的文件。2）重命名。重命名文件時，通常應(yīng)該保證文件擴展名不變，以便必要時可以使用正確的應(yīng)用軟件來打開。5.3.4資源管理器操作3）復(fù)制?？梢园盐募蛘呶募A復(fù)制到U盤或其他存儲器中。復(fù)制操作可以建立文檔的副本，以保證文件的安全或者方便文件的轉(zhuǎn)移等。4）移動。可以將文件從一個文件夾移到另一個文件夾，或從一個存儲設(shè)備移到另一個存儲設(shè)備。當(dāng)移動操作時，文件將脫離原始位置，因此，要確保記住它的新位置；也可以將文件夾從一個存儲設(shè)備移到另一個存儲設(shè)備中。5）刪除。當(dāng)不再需要某個文件時，可以刪除它，也可以刪除文件夾。刪除文件夾時一定要小心，因為資源管理器也會同時刪除該文件夾所包含的所有文件和子文件夾。5.3.4資源管理器操作多數(shù)Windows的應(yīng)用程序都在“文件”菜單中提供了一組保存文件的功能選項，包括“另存為…”和“保存”等。這二者之間的差別很微小，但這種差別卻是很有用的?！傲泶鏋椤边x項允許為要保存的文件選擇名稱和存儲設(shè)備，而“保存”選項則是簡單地將文件的最新版本以當(dāng)前的名稱保存在當(dāng)前位置。在試圖使用“保存”選項對未命名的文件進行保存時，便會產(chǎn)生潛在的混亂。盡管用戶選擇的是“保存”選項，應(yīng)用程序會自動顯示“另存為…”對話框。5.3.4資源管理器操作在使用應(yīng)用軟件時，執(zhí)行“打開”和“保存”文件之類的操作都需要軟件與操作系統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)進行交互。在創(chuàng)建文件時，操作系統(tǒng)需要知道文件的名稱，在查找文件時，應(yīng)用軟件需要檢查操作系統(tǒng)以獲取可用文件的列表。5.4存儲文件數(shù)據(jù)用戶在資源管理器中看到的文件夾和文件的概念模型與計算機在磁盤上數(shù)據(jù)的實際存儲之間沒有多大關(guān)聯(lián)。計算機通常并不會為每個文件夾單獨標(biāo)識出特定的磁盤區(qū)域，也不會把文件存儲為一個單元。事實上，一個文件的數(shù)據(jù)很可能會散布在某個磁盤的任何地方。5.4.1存儲的概念計算機在磁盤上實際存儲數(shù)據(jù)的方式被稱為“物理存儲”。相對而言，文件和文件夾的概念模型被稱為“邏輯存儲”。通常，一般用戶沒有必要理解與物理存儲相關(guān)的所有細(xì)節(jié)。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包含兩個主要部分：存儲介質(zhì)和存儲設(shè)備。存儲介質(zhì)是磁盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、BD盤、紙張，或者包含數(shù)據(jù)的其他物質(zhì)；而存儲設(shè)備是對存儲介質(zhì)進行數(shù)據(jù)記錄和檢索操作的機械設(shè)備，包括硬盤、固態(tài)硬盤、CD/DVD/BD驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器以及U盤、移動硬盤等。所謂“存儲技術(shù)”指的是存儲設(shè)備和它所使用的介質(zhì)。5.4.1存儲的概念存儲數(shù)據(jù)的過程通常稱為“寫數(shù)據(jù)”或者“保存文件”，檢索數(shù)據(jù)的過程通常稱為“讀數(shù)據(jù)”、“加載數(shù)據(jù)”，或者“打開文件”。讀和寫數(shù)據(jù)通常與主機應(yīng)用有關(guān)，而保存和打開則是標(biāo)準(zhǔn)的Windows術(shù)語。可以把計算機內(nèi)存中所保存的文檔看作是l和0的長序列，這些位被發(fā)送到存儲設(shè)備中，存儲設(shè)備把數(shù)據(jù)寫到存儲介質(zhì)中。顯然數(shù)據(jù)不會被存儲為1和0，相反，1和0必須被轉(zhuǎn)換為存儲介質(zhì)表面的變化，具體實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換取決于存儲技術(shù)。比如，軟盤與CD-ROM存儲數(shù)據(jù)的方式不同。微型機存儲設(shè)備通常既使用磁存儲技術(shù)，也使用光存儲技術(shù)。5.4.2磁道、扇區(qū)和簇計算機在存儲介質(zhì)上存儲數(shù)據(jù)之前，會創(chuàng)建等價的電子存儲“柜子”，稱為磁道。光技術(shù)在盤片上從里到外螺旋式的磁道中存儲數(shù)據(jù)。磁道按照同心圓安排，同心圓進一步被細(xì)分為楔形磁道和扇區(qū)，并被編號以便于提供數(shù)據(jù)存儲的訪問地址，編號方案取決于存儲設(shè)備和操作系統(tǒng)。磁道和扇區(qū)可以分別或者成組處理。為了提高讀寫數(shù)據(jù)過程的速度，磁盤驅(qū)動器通常處理扇區(qū)組，也稱為簇。根據(jù)磁盤容量和磁盤驅(qū)動器的技術(shù)規(guī)范不同，組成簇的扇區(qū)數(shù)也不同。5.4.3文件分配表操作系統(tǒng)通過創(chuàng)建類似于每個存儲介質(zhì)上內(nèi)容表的文件來確定所存儲文件的位置。介質(zhì)類型不同，內(nèi)容表的結(jié)構(gòu)也不同。比如，CD-ROM的內(nèi)容表與軟盤或者硬盤的內(nèi)容表稍有區(qū)別。當(dāng)計算機在磁盤上存儲文件時，操作系統(tǒng)在文件分配表（FAT）中記錄存放該文件的起始簇號碼。FAT是非常重要的操作系統(tǒng)文件，記錄了磁盤上的文件和它們在硬盤上的物理位置。如果FAT被磁頭故障或其他故障破壞了，就不能對存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)進行存取。這也是要備份硬盤數(shù)據(jù)的原因之一。5.4.3文件分配表當(dāng)存儲文件時，操作系統(tǒng)首先在FAT表中尋找空簇。找到后，操作系統(tǒng)就將數(shù)據(jù)放在空簇中，并在FAT表中記錄下該簇的編號。新文件的名字和包含該文件數(shù)據(jù)的首簇編號記錄在目錄中。如果一簇放不下一個文件，就將該文件分割，存放在相鄰的空簇中。如果相鄰的簇有數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)就會將該文件存放在不連續(xù)的簇中，并建立指針用來連接。指針指向了文件的每一片。5.4.3文件分配表如果想讀文件，操作系統(tǒng)通過目錄找到文件名和包含文件數(shù)據(jù)的首簇編號。FAT表給出了哪些簇包含該文件的數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)將讀寫頭移動到文件首簇的位置，讀出數(shù)據(jù)。如果文件存儲在多個簇中，讀寫頭還要移動到其他簇上讀出多個文件段。如果文件存放在不連續(xù)的簇中，讀取文件花費的時間要比讀取存放在連續(xù)簇中的文件花費時間多，這是因為磁盤和讀寫頭要移動多次才能找到文件的后續(xù)部分的緣故。5.4.3文件分配表當(dāng)刪除一個文件時，操作系統(tǒng)會改變FAT表中相應(yīng)簇的狀態(tài)。例如，如果文件存儲在簇5、7、9和11中，當(dāng)刪除它的時候，操作系統(tǒng)把這四個簇的狀態(tài)改變?yōu)椤翱铡?。這些簇的數(shù)據(jù)并沒有在物理上移動或清除。相反，這些數(shù)據(jù)仍然保存在簇中，直到有新的數(shù)據(jù)將它覆蓋。這種方式就使得我們在錯誤刪除了一個文件后，仍然能夠通過回收站的還原特性來恢復(fù)。當(dāng)然，這只有在沒有寫入新的數(shù)據(jù)時才可以恢復(fù)。因此，一旦發(fā)現(xiàn)誤刪除文件，就要立刻恢復(fù)。5.4.3文件分配表很多文件通常會被存放在許多不連續(xù)的簇中。當(dāng)驅(qū)動器定位含有部分文件數(shù)據(jù)的簇比較困難的時候，驅(qū)動器的性能也就變得很差。要重新獲得驅(qū)動器的峰值性能，可以使用“磁盤碎片整理”工具來重新組織磁盤上的文件，使它們存放在連續(xù)的簇中，如圖5-3所示。5.4.5文件分配表圖5-3WindowsXP磁盤碎片整理程序5.5存儲設(shè)備計算機的存儲技術(shù)目前主要有硬盤、磁帶、CD、DVD、BD、固態(tài)硬盤和U盤等。通常使用四個標(biāo)準(zhǔn)，即多功能性、持久性、容量和速度，來比較存儲設(shè)備。1）多功能性。有些存儲設(shè)備可以訪問多種類型介質(zhì)上的數(shù)據(jù)（例如DVD）。2）持久性。大多數(shù)存儲技術(shù)容易受到錯誤存放或者其他環(huán)境因素（比如熱和潮濕）的破壞，有些技術(shù)則不容易受影響。持久性強的，就是不容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等破壞的技術(shù)。5.5存儲設(shè)備3）容量。人們通常更喜歡選擇容量大的存儲設(shè)備。存儲容量是該存儲設(shè)備上可以存儲數(shù)據(jù)的最大數(shù)量，通常使用干字節(jié)（KB，kilobyte）、兆字節(jié)（MB，megabyte）、吉字節(jié)（GB，gigabyte）和太字節(jié)（TB，terabyte）等來衡量。1KB就是1024個字節(jié)，但是通常省略后面的零頭。4）速度?？焖僭L問數(shù)據(jù)是很重要的，所以人們喜歡速度快的存儲設(shè)備。存儲設(shè)備的速度是由訪問時間和數(shù)據(jù)傳輸速率決定的。5.5存儲設(shè)備訪問時間是計算機定位存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)并讀取它的平均時間。微機上存儲設(shè)備（如磁盤驅(qū)動器）的訪問時間一般使用毫秒來衡量。隨機訪問（也稱“直接訪問”）設(shè)備的訪問時間是最好的。隨機訪問是指設(shè)備直接“跳到”包含所請求數(shù)據(jù)的磁道或者扇區(qū)的能力，軟盤、硬盤、CD和DVD驅(qū)動器都是隨機訪問設(shè)備；。另外，磁帶驅(qū)動器必須使用速度較低的順序訪問，每次訪問數(shù)據(jù)時都要從磁帶的開始處定位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸速率是存儲設(shè)備在每秒時間內(nèi)從存儲介質(zhì)傳輸?shù)接嬎銠C的數(shù)據(jù)量。數(shù)字越大說明數(shù)據(jù)傳輸速率越快。5.5.1磁盤存儲器磁存儲技術(shù)通過磁化磁盤或磁帶表面的微粒來存儲數(shù)據(jù)。微粒能保留其磁化方向直到該方向被改變，因此使用磁盤可以相當(dāng)持久地保存數(shù)據(jù)，但它們也是可更改的存儲介質(zhì)。通過改變磁盤表面部分微粒的磁化方向，可以輕易地更改或刪除磁存儲的數(shù)據(jù)。磁存儲的這個特性為編輯數(shù)據(jù)和再利用含有無用數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)空間提供了很大的靈活性。硬盤存儲器是目前計算機最常用的磁存儲設(shè)備，這主要是因為它的訪問速度快。硬盤盤片一般是用鋁或玻璃制作的，平滑和堅硬的盤片，上面覆蓋著磁性氧化物。硬盤由讀寫磁頭和一個或多個盤片組成，如圖5-4所示。5.5.1磁存儲技術(shù)圖5-4硬盤驅(qū)動器5.5.1磁存儲技術(shù)硬盤驅(qū)動器由一個或多個盤片和與之相關(guān)的讀寫頭組成。硬盤盤片由覆蓋有磁性鐵氧化物微粒的扁平硬質(zhì)鋁盤片或玻璃盤片構(gòu)成。盤片數(shù)目越多，數(shù)據(jù)存儲容量越大。盤片會以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速繞固定軸旋轉(zhuǎn)。個人計算機硬盤盤片的直徑通常是3.5英寸，存儲容量從40GB到2TB不等。每張盤片都有一個懸浮在其上方幾微英寸（1英寸的百萬分之一，離磁盤表面非常小的高度）處的讀寫頭。磁盤驅(qū)動器的讀寫頭機制會通過磁化盤片上的微粒寫入數(shù)據(jù)，并通過感應(yīng)微粒的磁極讀取數(shù)據(jù)。5.5.1磁存儲技術(shù)如果讀寫頭遇到灰塵或其他污染物，就會引起磁頭故障，在使用磁盤時猛烈的震動也會引起磁頭故障。磁頭故障會破壞磁盤上的數(shù)據(jù)，為了避免磁頭故障，硬盤被密封在保護殼中。因此，盡管硬盤已經(jīng)得到了很大的改進，使用時還是要小心。有些硬盤是可以移動的。可移動式硬盤也是由盤片和讀寫頭組成，但是它可以像U盤那樣插拔和移動?？梢苿佑脖P增加了計算機系統(tǒng)的潛在存儲容量，還提高了數(shù)據(jù)的安全性，可以很方便地在使用后將硬盤從計算機上取走，然后單獨保存到安全的地方。5.5.2光盤存儲器現(xiàn)在，許多計算機都配備有用來處理CD、DVD或藍(lán)光技術(shù)（BD）的驅(qū)動器。CD（光盤）技術(shù)起初是為存放74分鐘的錄制音樂而設(shè)計的。這樣的容量能為計算機提供650MB的數(shù)據(jù)存儲空間。改進后的CD標(biāo)準(zhǔn)將容量增加到80分鐘的音樂或700MB的數(shù)據(jù)。DVD（數(shù)字視頻光盤）是CD技術(shù)的變體。起初DVD是作為錄像機的一種替代品設(shè)計的，但很快被計算機業(yè)用來存儲數(shù)據(jù)。最初DVD的標(biāo)準(zhǔn)容量是4.7GB，這大約是CD容量的7倍。DVD技術(shù)不斷改進，能提供更多的存儲容量，例如雙層DVD在同一面上有兩個可記錄層，可以存儲8.5GB的數(shù)據(jù)。5.5.2光存儲技術(shù)藍(lán)光（Blu-ray）是指一種高容量存儲技術(shù)，它的每個記錄層都具有25GB的容量。藍(lán)光技術(shù)的名稱來源于用來讀取藍(lán)光光盤數(shù)據(jù)的藍(lán)紫色激光。DVD技術(shù)使用的是紅色激光，而CD技術(shù)使用了近紅外線激光。CD、DVD和藍(lán)光存儲技術(shù)（BD）都屬于光存儲，它們通過光盤表面的微光點和暗點（凹點）存儲數(shù)據(jù)。盤片上沒有凹點的更亮的平面區(qū)域則稱為平面。每個凹點的直徑都小于1微米（百萬分之一米），1500個凹點挨個排列起來大約只有釘頭那么寬。見圖5-5所示。5.5.2光存儲技術(shù)圖5-5CD、DVD和BD的比較5.5.2光存儲技術(shù)光驅(qū)動器有一個使光盤繞著激光透鏡旋轉(zhuǎn)的軸（圖5-6）。激光透鏡可將激光束投射到光盤的下面。由于光盤表面上暗的“凹點”和亮的“平面”反射的光不同，隨著透鏡讀取光盤，這些不同的反射光便轉(zhuǎn)換為表示數(shù)據(jù)的0和l序列。5.5.2光存儲技術(shù)圖5-6光驅(qū)和光盤的結(jié)構(gòu)5.5.2光存儲技術(shù)光盤的表面涂有一層明亮的塑料，使得光盤持久耐用，而且讓存儲在光盤上的數(shù)據(jù)比存儲在磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù)更不易受外界環(huán)境災(zāi)害的影響。光盤（如CD）不會受到潮濕、指紋、灰塵、磁鐵或飲料滴濺的影響。光盤表面的劃痕可能會影響數(shù)據(jù)傳輸，但可以使用牙膏對光盤表面進行拋光，這可以在不損壞光盤數(shù)據(jù)的前提下去除劃痕。光盤的使用壽命通常在30年以上。DVD驅(qū)動器與CD驅(qū)動器的速度是用不同等級來度量的。1×DVD（1倍速）驅(qū)動器的速度大約和9×CD驅(qū)動器的一樣。現(xiàn)在的DVD驅(qū)動器一般有24×的速度，其數(shù)據(jù)傳輸速率大約為36KB/s。5.5.2光存儲技術(shù)而衡量藍(lán)光驅(qū)動器速度的量級就不同了。1×藍(lán)光驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率是4500KB/s。見圖5-7所示。圖5-7藍(lán)光驅(qū)動器5.5.2光存儲技術(shù)光技術(shù)分為三類：只讀、可記錄與可重寫。只讀技術(shù)（ROM）能將數(shù)據(jù)永久地存儲在光盤上，這種光盤不能再進行添加或更改。只讀光盤（如CD-ROM、數(shù)字音頻CD、視頻DVD和DVD-ROM）通常是在大規(guī)模生產(chǎn)中壓制的，它可以用來裝入軟件、音樂和電影等?？捎涗浖夹g(shù)（R）用激光改變夾在明亮塑料盤面下染色層的顏色，以記錄數(shù)據(jù)激光在染色層制造的用于讀取的凹點。染色層中的改變是永久的，所以數(shù)據(jù)一旦被記錄就不能再被改變。5.5.2光存儲技術(shù)可重寫技術(shù)（RW）使用“相位改變”技術(shù)來改變光盤表面的晶狀體結(jié)構(gòu)，從而記錄數(shù)據(jù)。改變晶狀體結(jié)構(gòu)來創(chuàng)建亮點（平面）和暗點（凹點）的模式與CD上的平面和凹點十分相似。晶狀體結(jié)構(gòu)可以從亮變暗再從暗變亮，并且可反復(fù)多次，這使得它可以像硬盤一樣記錄和修改數(shù)據(jù)，即“可重復(fù)記錄”，或“可重寫”?？芍貙慍D、DVD或藍(lán)光驅(qū)動器是很好的計算機系統(tǒng)附加設(shè)備，但它們卻不能替代硬盤驅(qū)動器，這主要是因為訪問、保存和修改可重寫光盤上的數(shù)據(jù)的過程相對硬盤存取來說速度都要慢很多。5.5.2光存儲技術(shù)大多數(shù)的CD驅(qū)動器可以讀CD-ROM、CD-R和CD-RW光盤，但不能讀DVD或BD。大多數(shù)的DVD驅(qū)動器可以讀CD和DVD格式。存儲計算機數(shù)據(jù)和創(chuàng)建音樂CD需要可記錄或可重寫的設(shè)備。5.5.3固態(tài)存儲器固態(tài)存儲器有時也叫“閃存”，是能將數(shù)據(jù)存儲到可擦除和可重寫的電路（而不是存儲到旋轉(zhuǎn)的磁盤或一長串磁帶）上的技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于如數(shù)碼相機、便攜式媒體播放器、iPad和手機之類的消費型便攜式設(shè)備中，還被用在某些筆記本電腦，作為硬盤存儲器的替代品。固態(tài)存儲器便攜性強，存取數(shù)據(jù)的速度也相當(dāng)快，是將數(shù)據(jù)存儲在移動設(shè)備上，以及把數(shù)據(jù)從一臺設(shè)備傳輸?shù)搅硪慌_設(shè)備的理想解決方式。固態(tài)存儲器包含電路的網(wǎng)格，網(wǎng)格中的每個單元格都含有2個作為門的晶體管。門打開時，電流可流通，且單元格的值表示“l(fā)”位。而通過隧道效應(yīng)讓門關(guān)閉時，單元格則具有表示“0”位的值。5.5.3固態(tài)存儲器開關(guān)門需要的功率很低，這使得固態(tài)存儲器對數(shù)碼相機和媒體播放器這樣依賴電池供電的設(shè)備來說非常理想。一旦數(shù)據(jù)被存儲，就不易失存（不需要外部電源），芯片也能保留數(shù)據(jù)。固態(tài)存儲器能很快地存取數(shù)據(jù)，因為它不包含移動部件。固態(tài)存儲器非常持久耐用，它實際上不會受到震動、磁場和極端溫度波動的影響。然而，固態(tài)存儲器的容量尚不能與硬盤相比，而且每1MB存儲容量的價格會稍高于磁存儲器或光存儲器。消費者現(xiàn)在可以選擇多種固態(tài)存儲器包括內(nèi)存卡、固態(tài)硬盤和U盤等（圖5-8）5.5.3固態(tài)存儲器圖5-8固態(tài)存儲器5.5.3固態(tài)存儲器內(nèi)存卡是一塊平整的固態(tài)存儲介質(zhì)，常用于從數(shù)碼相機和媒體播放器向計算機傳輸文件。雖然被稱為內(nèi)存卡，但其卻是不易失存的，所以即便是將它們從計算機和其他設(shè)備中取出，它們還是會保留數(shù)據(jù)。內(nèi)存卡的格式包括CF（快閃內(nèi)存）卡、MMC（多媒體）卡、SD（安全數(shù)字）卡、xD（極限數(shù)字圖片）卡和SM（智能介質(zhì)）卡。讀卡器這種設(shè)備能從這些固態(tài)存儲器讀取數(shù)據(jù)并向它們寫入數(shù)據(jù)。許多個人計算機都裝備了讀卡器，用來和固態(tài)內(nèi)存卡交換數(shù)據(jù)。而另一方面，計算機也可以下載MP3或iTune音樂文件并將它們存儲在固態(tài)內(nèi)存卡上，然后把這些內(nèi)存卡從計算機上拔下來，插到便攜式媒體播放器中以隨時欣賞自己喜歡的音樂。5.5.3固態(tài)存儲器固態(tài)硬盤（SolidStateDrive，SSD，圖5-9）是一種可以替代硬盤驅(qū)動器的設(shè)備，它由一系列閃存芯片構(gòu)成。有些固態(tài)硬盤可能只有微處理器芯片的大小，而有一些則和小型硬盤驅(qū)動器差不多大。5.5.3固態(tài)存儲器圖5-9固態(tài)硬盤（SSD）5.5.3固態(tài)存儲器與普通硬盤比較，固態(tài)硬盤有以下優(yōu)點：1）啟動快，沒有電機加速旋轉(zhuǎn)的過程。2）不用磁頭，快速隨機讀取，讀延遲極小。根據(jù)相關(guān)測試：兩臺電腦在同樣配置的電腦下，搭載固態(tài)硬盤的筆記本從開機到出現(xiàn)桌面一共只用了18秒，而搭載傳統(tǒng)硬盤的筆記本總共用了31秒，兩者幾乎有將近一半的差距。3）相對固定的讀取時間。由于尋址時間與數(shù)據(jù)存儲位置無關(guān)，因此磁盤碎片不會影響讀取時間。5.5.3固態(tài)存儲器4）無噪音。因為沒有機械馬達(dá)和風(fēng)扇，工作時噪音值為0分貝。某些高端或大容量產(chǎn)品裝有風(fēng)扇，因此仍會產(chǎn)生噪音。5）低容量的基于閃存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低，但高端或大容量產(chǎn)品能耗會較高。6）內(nèi)部不存在任何機械活動部件，不會發(fā)生機械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動。這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會影響到正常使用，而且在筆記本電腦發(fā)生意外掉落或與硬物碰撞時能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小。5.5.3固態(tài)存儲器7）工作溫度范圍更大。典型的硬盤驅(qū)動器只能在5到55攝氏度范圍內(nèi)工作。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10~70攝氏度工作，一些工業(yè)級的固態(tài)硬盤還可在-40~85攝氏度，甚至更大的溫度范圍下工作。8）低容量的固態(tài)硬盤比同容量硬盤體積小、重量輕。但這一優(yōu)勢隨容量增大而逐漸減弱。直至256GB，固態(tài)硬盤仍比相同容量的普通硬盤輕。SSD廣泛用作手持計算機（如iPhone和iPad）的主存儲設(shè)備。一些筆記本電腦也使用SSD替代了硬盤驅(qū)動器。對那些要在惡劣環(huán)境中使用計算機的消費者而言，固態(tài)硬盤是個很有吸引力的選擇。5.5.4