文件在磁帶上能組成什麼結構

A. 操作系統-文件系統

人們對信息有存儲的需求，早期計算機信息在保存在紙帶上，存和讀都不方便，且容量很低，而存儲信息的需求未能得到滿足，到了磁碟存儲器的出現，對程序和數據等信息的管理的發展才得到質的飛躍。出現文件系統是需要把信息以一種單元，即文件的形式，存儲在磁碟或其它外部存儲介質上，導致了文件系統的出現。

文件系統是操作系統中統一管理信息資源的一種軟體。它管理文件的存儲、檢索、更新、提供安全可靠的共享和保護手段，並且方便用戶使用。從用戶的角度看，文件系統負責為用戶建立文件、讀寫文件、修改文件、復制文件和撤銷文件等，還能對文件按名存取。

文件是一組帶標識的、在邏輯上有完整意義的信息項的序列，這里的標識就是文件名，」信息項「構成了文件的內容。

外存是相對內存而言，主要用來存儲信息，其特點是斷電後仍可保存信息，容量大，速度較慢，成本較低等
外存儲設備通常由驅動部分和存儲介質兩部分組成，存儲介質又常被卷。

存儲介質有：磁帶、磁碟、光碟、快閃記憶體

其中磁帶是順序存儲，只能讀了前面磁帶的內容才能讀後面，存取都一樣，不能跳著讀取，因此磁帶適合存儲不經常變化的內容，比如放歌。

磁碟支持隨機讀取，磁碟由帶有讀寫磁頭的機械臂和磁碟組成，磁碟像光碟，上面有磁性材料。系統對磁碟初始化時，會劃分出一些同心圓，稱為磁軌，信息只能存儲在磁軌上，磁軌分會被分成多個弧段，稱為扇區，每個磁軌有4-32個扇區。使用時，驅動器的馬達帶去磁碟高速勻速旋轉，磁頭一直停留在盤面表面上方並可以在不同磁軌移動，當找到目標磁軌時，碰頭不動，磁碟依然轉動，這時經過磁頭的信息就被讀出來可寫進去。

光碟是激光作用下材料變化的非磁記錄介質。

快閃記憶體是電荷擦除，支持隨機存取，沒有機械運動部件，壽命和可靠性高。

文件可以從不同的維度來進行分類：
按用途的方式分類：

按文件組織形式分類：

文件邏輯結構就是用戶所看到的文件組織形式，文件邏輯結構是經過抽象的結構，所描述的是文件中信息組織形式。按邏輯結構可以把文件劃分成三類：無結構的字元流式文件（由位元組組成）、定長記錄文件和不定長記錄文件（由記錄組成）；

文件的物理結構是指文件存儲在外儲設備上的結構，有三種存儲結構：順序存儲、鏈式存儲、索引存儲；

順序存儲：文件存在連續的空間上，只要知道到起始地址和長度就可以讀取文件。
優點：支持隨機存取、
缺點：不支持動態擴充，容易產生碎片。

鏈式存儲：文件存在不連續的物理塊中，文件控制塊保存第一個物理塊的指針，之後每個物理塊都有一個指針指向下一個物理塊地址，如FAT文件系統
優點：可以動態擴充，提高磁碟利用空間；修改添加快。
缺點：
1.可靠性低。若其中某個物理塊出錯會導致後面全部塊讀取不到。
2.存取速度慢，不適於隨機存取文件，需要從首個物理塊一直讀取到物理塊；

索引存儲：使用一張表來存儲索引，每個索引指向邏輯文件的信息塊。
優點：可以動態擴充，支持隨機存取；
缺點：較多的尋道次數和尋道時間；索引表本身增加了存儲空間的開銷。

文件目錄主要是用途是為了管理和索引文件，其結構簡單說是一張表，表中存儲著文件名、文件控制塊、物理地址，通過文件名可以快速的讀取到對應的文件。

一級目錄是一張線性表，優點是：結構簡單、實現簡單；缺點：無法解決不同用戶的文件名相同；文件多時查找慢。
二級目錄是分為主目錄和用戶目錄，主目錄給出所有用戶目錄所在物理位置； 而用戶目錄則給出所有文件的FCB;優點：不同用戶文件可以重名、查找速度比一級目錄快、能實現文件共享
多級目錄（樹形目錄）除了最低一級物理塊裝有文件信息外，其它每一級的目錄存儲的都是下一級的目錄或文件說明信息，多級目錄存在唯一的概目錄。優點是層次清楚、解決文件重名問題、查找速度快。

目錄是指文件路徑。
目錄項是是文件控制塊以一條記錄的形式存儲在目錄文件中。
目錄文件是多個文件控制塊集中在一起形成的文件。

參考：《操作系統》機械工業出版社 2017年版

B. 簡述計算機三級存儲體系結構

在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。

1、高速緩沖存儲器

存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

2、主存儲器（Main memory）

計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。

主存儲器是按地址存放信息的，存取速度一般與地址無關。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址。這對多數應用已經足夠，但對於某些特大運算量的應用和特大型資料庫已顯得不夠，從而對64位結構提出需求。

3、外儲存器

輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。

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計算機的主存儲器不能同時滿足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度演算法和合理的成本，構成具有性能可接受的存儲系統。存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：

1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。

2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。

3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。

C. 存放在磁帶上的文件只能組成什麼文件

順序。磁帶是一種典型的順序存儲設備，把磁帶作為文件存儲介質時，文件只能組織成順序文件，磁帶文件適合於文件的數據量甚大，平時記錄變化少，只作批量修改的情況。

D. 文件的邏輯結構和物理結構各有哪些基本形式

邏輯結構：指一個文件在用戶面前所呈現的形式.物理結構：指文件在文件存儲器上的存儲形式.
邏輯結構有兩種形式：①記錄式文件(有結構式文件).②字元流式文件（無結構式文件）,也稱流式文件.
物理結構：所謂文件系統的物理結構是指數據存放在硬碟上時硬碟磁粉的排列形狀.
物理結構的形式：①連續文件結構②串聯文件結構③索引文件結構④散列文件結構.

E. 操作系統對文件管理中文件在磁碟上是如何組織的

文件的邏輯組織 文件的邏輯組織通常分為兩種形式，即有結構文件（記錄文件）和無結構文件（字元流文件）。1）有結構文件又稱作記錄式文件，它在邏輯上可被看成一組連續記錄的集合，即文件是由若干個相關的記錄組成。每個記錄是一組相關的數據集合，用於描述一個對象某個方面的屬性。記錄式文件按其記錄的長度是否相同又可分為：定長記錄文件和變長記錄文件兩種。（1）定長記錄文件：指文件中所有記錄的長度都相同。文件的長度可用記錄的數目來表示。定長記錄處理方便，開銷小，被廣泛用於數據處理中。（2）變長記錄文件：指文件中各記錄的長度不相同。在處理之前每個記錄的長度是已知的。2）無結構文件無結構文件是指文件內部不再劃分記錄，它是由一組相關信息組成的有序字元流，即流式文件，其長度直接按位元組計算。如大量的源程序、可執行程序、庫函數等採用的文件形式是無結構文件形式。在UNIX系統中，所有的普通文件都被看做是流式文件，系統不對文件進行格式處理。 ●常用的記錄式結構有：連續結構、多重結構、轉置結構和順序結構。 ●常用的存取方法有順序存取法、隨機存取法（直接存取法）和按鍵存取法。 文件的物理組織 ●常用的文件物理結構有連續文件、串聯文件和索引文件。 1）連續文件連續文件（又稱做順序文件）是基於磁帶設備的最簡單的物理文件結構，它是把一個邏輯上連續的文件信息存放在連續編號的物理塊（或物理記錄）中。連續文件的優點是在順序存取時速度較快，常用於存放系統文件，如操作系統文件、編譯程序文件和其它由系統提供的實用程序文件，因為這類文件往往被從頭至尾依次存取。但連續文件也存在如下缺點：
（1）要求建立文件時就確定它的長度，依此來分配相應的存儲空間，這往往很難實現。
（2）不便於文件的動態擴充。
（3）可能出現外部碎片，就是在存儲介質上存在很多空閑塊，但它們都不連續，無法被連續的文件使用，從而造成浪費。 2）串聯文件為克服連續文件的缺點，可把一個邏輯上連續的文件分散存放在不同的物理塊中，這些物理塊不要求連續，也不必規則排列。為了使系統能找到下一個邏輯塊所在的物理塊，可在各物理塊中設立一個指針（稱為連接字），它指示該文件的下一個物理塊。串連文件克服了連續文件的缺點，但它又帶來新的問題：
（1）一般僅適於對信息的順序訪問，而不利於對文件的隨機存取。
（2）每個物理塊上增加一個連接字，為信息管理添加了一些麻煩。 FAT格式通過把文件分配表（FAT，File Allocation Table ）放在一個內存表格中的方式加以克服串聯文件的缺點。 3）索引文件 索引文件是實現非連續分配的另一種方案：系統為每個文件建立一個索引表。其中的表項指出存放該文件的各個物理塊號，而整個索引表由文件說明項指出。這種結構除了具備串連文件的優點之外，還克服了它的缺點。它可以方便地進行隨機存取。但是這種組織形式需要增加索引表帶來的空間開銷。如果這些表格僅放在盤上，那麼在存取文件時首先得取出索引表，然後才能查表、得到物理塊號。這樣就至少增加了一次訪盤操作，從而降低了存取文件的速度，加重了 I/O負擔。一種改進辦法是同時把索引表部分或全部地放人內存。這是以內存空間為代價來換取存取速度的改善。 樹型目錄結構樹型目錄結構可能是目錄結構中，考的比較多的，考的也簡單。

F. 簡述三級存儲體系與cpu之間是關系

最快的是CPU里的寄存器 其次是一級緩存和二級緩存 然後是內存儲器（分為只讀和隨機，靜態和動態） 最後是外存儲器（硬碟光碟機）等
外存儲器件簡介
文件在存儲介質（如磁碟和磁帶）上的實在組織方式稱為文件的存儲結構或物理結構，常見的有四種：順序組織、索引組織、散列組織、和鏈組織。為了討論文件的組織方式，先簡單介紹磁帶存儲器和磁碟存儲器的有關知識。
磁帶存儲器把信息存儲在磁帶上，磁帶機可以控制磁帶前進，後退，磁帶機上讀寫磁頭可以讀寫磁帶上的信息。磁帶的運行情況類似以錄音機上錄音帶的運行。見圖7——5。
磁帶有不同的規格。目前使用的磁帶一般有1/2英寸寬，最長可達3600英尺。1/2英寸的帶在橫向上可記錄9位或7位二進制信息（分別稱為9道帶或7道帶）。圖7——6是一段9道磁帶，橫向每排9位二進制信息，其中8位組織成一個位元組。另一位為奇偶校驗位。
磁帶上的信息是以塊為單位存放的。一個信息塊由若干個位元組構成，如512位元組或1024位元組，要讀寫某一塊上信息，首先要定位，即通過磁帶的移動使磁頭對准磁塊的前端，磁帶不是連續運轉的設備，而是一種啟停設備。為適應啟動時的加速和停止時的滑動，磁帶上塊與塊之間隙。間隙通常為1/4--3/4英尺長。間隙是一段空白區，不存放數據信息。

G. 文件的物理結構有哪3種,分別具備什麼優缺點

一、順序結構

優點：

1、支持順序存取和隨機存取。

2、順序存取速度快。

3、所需的磁碟尋道次數和尋道時間最少。

缺點：

1、需要為每個文件預留若干物理塊以滿足文件增長的部分需要。

2、不利於文件插入和刪除。

二、鏈式結構

優點：

1、提高了磁碟空間利用率，不需要為每個文件預留物理塊。

2、有利於文件插入和刪除。

3、有利於文件動態擴充。

缺點：

1、存取速度慢，不適於隨機存取。

2、當物理塊間的連接指針出錯時，數據丟失。

3、更多的尋道次數和尋道時間。

4、鏈接指針佔用一定的空間，降低了空間利用率。

三、索引結構

優點：

1、不需要為每個文件預留物理塊。

2、既能順序存取，又能隨機存取。

3、滿足了文件動態增長、插入刪除的要求。

缺點：

1、較多的尋道次數和尋道時間。

2、索引表本身帶來了系統開銷。如：內外存空間，存取時間等。

拓展資料：

文件存取方法：

順序存取：順序存取是按照文件的邏輯地址順序存取。

固定長記錄的順序存取是十分簡單的。讀操作總是讀出上一次讀出的文件的下一個記錄，同時，自動讓文件記錄讀指針推進，以指向下一次要讀出的記錄位置。如果文件是可讀可寫的。再設置一個文件記錄指針，它總指向下一次要寫入記錄的存放位置，執行寫操作時，將一個記錄寫到文件 末端。允許對這種文件進行前跳或後退N（整數）個記錄的操作。順序存取主要用於磁帶文件，但也適用於磁碟上的順序文件。

可變長記錄的順序文件，每個記錄的長度信息存放於記錄前面一個單元中，它的存取操作分兩步進行。讀出時，根據讀指針值先讀出存放記錄長度的單元 。然後，得到當前記錄長後再把當前記錄一起寫到指針指向的記錄位置，同時，調整寫指針值 。

由於順序文件是順序存取的，可採用成組和分解操作來加速文件的輸入輸出。

直接存取（隨機存取法）：

很多應用場合要求以任意次序直接讀寫某個記錄。例如，航空訂票系統，把特定航班的所有信息用航班號作標識，存放在某物理塊中，用戶預訂某航班時，需要直接將該航班的信息取出。直接存取方法便適合於這類應用，它通常用於磁碟文件。

為了實現直接存取，一個文件可以看作由順序編號的物理塊組成的，這些塊常常劃成等長，作為定位和存取的一個最小單位，如一塊為1024位元組、4096位元組，視系統和應用而定。於是用戶可以請求讀塊22、然後，寫塊48，再讀塊9等等。直接存取文件對讀或寫塊的次序沒有限制。用戶提供給操作系統的是相對塊號，它是相對於文件開始位置的一個位移量，而絕對塊號則由系統換算得到。

索引存取：

第三種類型的存取是基於索引文件的索引存取方法。由於文件中的記錄不按它在文件中的位置，而按它的記錄鍵來編址，所以，用戶提供給操作系統記錄鍵後就可查找到所需記錄。通常記錄按記錄鍵的某種順序存放，例如，按代表健的字母先後次序來排序。對於這種文件，除可採用按鍵存取外，也可以採用順序存取或直接存取的方法。信息塊的地址都可以通過查找記錄鍵而換算出。實際的系統中，大都採用多級索引，以加速記錄查找過程。

參考資料：網路：文件存取法

H. 簡述文件中的結構及存取方法

文件的存取方式：
文件的存取方式是由文件的性質和用戶使用文件的情況決定。
1 順序存取。
2 隨機存取。
磁帶是順序存取。磁碟是隨機存取。
文件的物理結構：
1 順序結構。
2 鏈接結構。
3 索引結構。
如果是三級索引，文件長度最大為：256*256*256+256*256+256+10 文件系統最大的一個特點是「按名存取」 文件目錄是文件控制塊的有序集合。
在Linux操作系統下規定，一切皆文件，以上我們操作系統課程上的定義，應該是你想要的內容。