دانلود مقاله سیستم و ساختار فایل

کارایی سیستم فایل
فایل ساختمند ، یک ساختار داده‌ای ( ساده یا پیچیده ) ذخیره شده در حافظه خارجی است .

اگر تمام اطلاعات در حافظه اصلی ذخیره شود، دستیابی به داده‌ها طبعاً خیلی سریع می‌شود .

ولی عملاً استفاده از سلسله مراتب حافظه‌ها اجتناب ناپذیر است زمان دستیابی به حافظه اصلی حدود 100000 بار سریعتر از زمان دستیابی به دیسک است .

بنابراین از عوامل بسیار موثر در بهبود کارایی سیستم فایل ، زمان دستیابی به داده‌ها است .

اما عوامل دیگری هم وجود دارند، هر چند نهایتاً زمان دستیابی به داده و دفعات دستیابی لازم برای بدست آوردن داده مرود نظر و انجام عملیات روی داده ، تعیین کننده کارایی سیستم است .

عوامل مهمتر موثر در کارایی سیستم فایل عبارتند از :
سلسله مراتب حافظه‌ها
پارامترهای ظرفیتی و زمان رسانه(بویژه دیسک )
اندازه بلاک و تکنیک بلاک بندی
لوکالیتی رکوردهای فایل
چگونگی بافرینگ و اندازه و تعداد بافرها
تکنیکها و طرح های بکار رفته در ایجاد و مدیریت فایلها در خود سیستم فایل
تکنیکهای کاهش زمان استوانه‌جویی و زمان درنگ دورانی
تکنیکهای تسریع پردازش فایل
سیستم فایل کاراتر (مثلا LFS) )
ساختار فایل کاراتر
بافر و بافرینگ
بافر ناحیه است واسط در عملیات ورودی و خروجی و در این ناحیه اقلا یک رکورد ( در حالت فایل بلاک بندی نشده ) و یا اقلا یک بلاک در حالت فایل بلاک بندی شده جای داده می‌شود و اساسا برای ایجاد هماهنگی بین عملیات پردازنده ورودی/ خروجی و واحد پردازش مرکزی در شرایطی تسریع این عملیات به کار می‌رود.

در سیستم فایل , بافر معمولا از منطقه‌ای از حافظه اصلی به برنامه فایل پرداز تخصیص داده می‌شود که به آن منطقه بافر می‌گویند (و گاه از حافظه نهان استفاده می‌شود.)
بافرها به سه روش ساخته می‌شود.

با ایجاد ناحیه‌ای از حافظ در برنامه و با اجرای یک ماکرو که محتوای بافر را با فایلهای تحت پردازش مرتبط می‌کند(در این حالت برنامه‌ساز خود را ایجاد می‌کند)
یا اجرای یک ماکرو, که از سیستم در خواست ایجاد بافر می‌کند.

خود سیستم عامل وقتی که فایل باز می‌شود , اقدام به ایجاد (ها) میکند و پس از بسته شدن فایل , بافر(ها) را باز پس می‌گیرد.

چگونگی دستیابی برنامه به محتوای بافر
برنامه به دو صورت می‌تواند به محتوای بافر دستیابی داشته باشد:
روش موسوم به اسلوب انتقالی
روش موسوم به اسلوب مکان نمایی یا مکان گیری (یا اسلوب تعویض)
در روش اول , رکود از بافر ورودی به ناحیه کاری برنامه انتقال داده می‌شو و یا از ناحیه کاری به بافر خروجی عمل بلاک بنید و بلاک گشایی توسط سیستم انجام می‌شود و برنامه به بافر دستیابی ندارد و بافر خاص خود را دارد .(همان ناحیه کاری کاربر)
در این حالت, یک فرمان کانال برای هریک از بافرها وجود دارد و عملیات ورودی /خروجی نمی‌توانند هر دو از یک بافر انجام پذیرد و روشن است که کاربر نیاز به ناحیه کاری خاصی دارد .

در روش دوم, سیستم مکان بافر حاوی رکورد نظر کاربر را به نحوی به برنامه فایل پرداز می‌نمایاند, مثلاً از طریق گذاشتن آدرس آن در یک ثبات قرار دادی یا در ناحیه ‌ای تعریف شده توسط برنامه در واقع کاربر از همان بافر به عنوان ناحیه کاری استفاده می‌کند و عمل بلاک بندی و بلاک گشایی را خون برنام انجام می‌دهد.

توجه داریم که بکارگیری دو اسلوب انتقالی و مکان نمایی , در هر یک از دو عمل ورودی یا خروجی , یا هر دو امکان پذیر است.

انواع بافرینگ
از نظر تعداد بافرهایی که به عملیات ورودی / خروجی برنامه فایل پرداز تخصیص میدیابد , انواع زیر وجود دارد:
بافرینگ ساده
بافرینگ مضاعف
بافرینگ چند گانه
-----------------------------------------------------------
بافرینگ ساده
در این بافرینگ ,یک بافر در اختیار برنامه فایل پرداز قرار داده می‌شود .

در بافرینگ ساده طبعاً زمان انتظار واحد پردازش مرکزی و اجرای برنامه افزایش می‌یابد در اثنایی که بافر پر می‌شود , واحد پردازش مرکزی حالت عاطل دارد .

در محیط چند برنامه‌ای می‌توان از زمان برای برنامه‌های دیگر استفاده کرد.

می‌بینیم که در این حالت امکان همروندی عملیات CPU و عملیات پردازشگر ورودی/ خروجی وجود ندارد .

البته در اسلوب مکان نمایی , در اسلوب انتقالی چون برنامه بافر خاص خود را دارد و در صورتیکه فایل بلاک بنید نشده باشد, این همروندی تا حدی امکان پذیر است .

ضمن اینکه این موضع به نوع رسانه نیز بستگی دارد
بافرینگ مضاعف با دو بافر , می‌توان در اثناء خواندن یک بلاک و انتقال ا، به یک بافر , محتوای بافر دیگر را که پر است , پردازش کرد .

در پردازش فایلها به طور پی در پی و انواع (یعنی تعداد زیادی بلاک خوانده می‌شوند .

) حتما لازم است دو بافر در اختیار داشته باشیم , و گر نه عملیات نه سریع خواهد بود و نه کارا.

الگوریتم کار بدیهی است زمانی را که واحد پردازش مرکزی برای پردازش محتوای یک بار, مصرف می‌کند باید کمتر از زمانی باشد که پردازنده ورودی خروجی و کنترل کننده دیسک برای انتقال بلاک به یک بافر لازم دارند سیستم فایل از دیدگاه ذخیره و بازیابی اطلاعات تقریباً در تمام کاربردها، استفاده از مفهوم سلسله مراتب حافظه‌ها باری ذخیره سازی اطاعات مورد نیاز اجتناب ناپذیر است .

راه رایج باری نگهداری اطلاعات ، ضبط آنها بر رسانه خارجی ، در واحدهایی موسوم به فایل است.

ایجاد و مدیریت فایلها با سیستم فایل است.

سیستم فایل خند نرم افزاری است که از چند لایه تشکیل شده است جزییات درونی و الگوریتمهای عملیاتی این واحد نرم افزاری از نظر برنامه ساز کاربردی نهان است و تنها بعض جنبه‌ها بیرونی آن مورد توجه کاربرد است .

ابتدا به شرح برخی مفاهیم مقدماتی می‌پردازیم که پیوسته مباحث فایل مطرح می‌شوند این مفاهیم عبارتند از : فیلد رکورد کلید رکورد فایل سیستم فایل در سیستمهای جدید چندین لایه سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارد تا سیستم بتواند با کارایی و انعطاف پذیری بیشتر به در خواست کاربر انتهای پاسخ دهد هر لایه برای انجام وظایفش ، از لایه پایین تر استفاده می‌کند و به نوبه خود، خدماتی به لایه بالاتر ارائه می‌کند.

به عنوان مثال ، لایه رویه‌های کتابخانه‌ای ، داده‌های ذخیره شده در فایلهای روی دیسک را در اختیار برنامه کاربردی قرار می‌دهد در عین حال که می‌تواند این فایلها را کاملاً از دید برنامه کاربردی (کاربردار )نهان بدارد به گونه‌ای که برنامه کاربردی درگیر جنبه‌های ذخیره سازی داده نشود (دید کاملا منطقی ) لایه رویه کتابخانه‌ای برای اجرای درخواست کاربر پایان ، خون رویه‌هایی را در سیستم فایل فرا می‌خواند(مثلا رویه‌های و...) سیستم فایل در خواست های لایه بالاتر را به فراخوان‌هایی به توابعی در سیستم عامل تبدیل می‌کند تا عملیات ورودی / خروجی فیزیکی انجام شود.

سیستم عامل هم یک برنامه کانال را به اجرا در می‌آورد تا عملیات فیزیکی در محیط دیسک انجام شود.

سیستم فایل از دید کاربر همانطور که گفته شد ، کاربر انتهایی ،بویژه نابرنامه‌ساز ، در یک محیط کاملاً منطقی و در سطح مجازی عمل می‌کند و دید خاصی نسبت به سیستم فایل دارد که همان سیستم فایل مجازی است .

در واقع کاربرد، این سیستم را نرم افزاری می‌شناسد که به او امکان مید‌هد تا فایل خود را ایجاد کند یا ببندد.

به فایل خود دستیابی داشته باشد و رکوردها را جستجو کند و مشخص است که کاربر معمولاً درگیر عملیات درونی سیستم فایل نیست ، مگر اینکه خود طرح و تولید کننده این قبیل نرم افزار باشد.

فایل در محیط فیزیکی فایل دارای تقسیمات در چند سطح است : فیلد ،رکورد ،بلاک ،باکت و...

ما در این بحث با توجه به مفهوم اصلی بلاک ، چگونگی نشست فایل روی رسانه (و در این بحث : دیسک) را بررسی می‌کنیم.

روشن است که سیستم فایل باید فضای لازم را به فایل تخصیص دهد .

چگونگی نشست فایل در محیط فیزیکی به چگونگی تخصیص فضا به فایل بستگی دارد.

در هر حال ، بلاکهای هر فایل باید در بلاکهایی از دیسک جای داده شوند.

فضای حافظه خارجی هم مثل حافظه اصلی ، در اساس به دو روش تخصیص داده می‌شود: تخصص پیوسته تخصیص ناپیوسته با توجه به این دو نوع کلی تخصیص فضا، می‌توان گفت که فایل هم بطور کلی به یکی از دو صورت زیر ذخیره می‌شود: نشست پیوسته نشست ناپیوسته در زیر این دو نوع نشست رابررسی می‌کنیم: نشست پیوسته در این طرح نشست ،فایل در بلاکهای فیزیکی همجوار (پیوسته) روی دیسک ذخیره می‌شود.مثلاً در دیسک با بلاکهای فیزیکی 1k بایتی ، یکی 50k بایتی ،50بلاک بهم پیوسته را اشغال می‌کند.

این طرح نشست دو مزیت مهم دارد: 1-پیاده سازی آن ساده است .

با داشتن آدرس اولین بلاک روی دیسک، می‌توان به بقیه بلاکها هم دستیابی داشت.

2-کارایی سیستم بالا است زیرا کل فایل را می‌توان طی یک عمل واحد از روی دیسک خواند.

اما این طرح معایب قابل توجهی هم دارد از جمله: 1-حداکثر اندازه باید در مرحله ایجاد فایل ، معلوم باشد .

2-بروز پدیده بندبند شدگی در فضای دیسک به یان معنا که جای جای فضای هرز پدید می‌آید که باید با تکنیک یکپارچه سازی یا فشرده سازی این پدیده را از بین برد .

نشست ناپیوسته در این طرح نشست ، سیستم تعدادی بلاک ناهمجوار را به فایل تخصیص می‌دهد.

برای پیاده سازی این طرح روشهایی وجود دارد که در زیر بررسی می‌کنیم.

ایجاد لیست پیوندی مجهز به جدول راهنما در این روش ، جدولی در حافظه اصلی نگهداری می‌شود.

برای هر بلاک فیزیکی (روی دیسک) یک مدخل در جدول وجود دارد.

با مشخص کردن مدخل مربوط به اولین بلاک فایل ، شماره بلاک بعدی فایل در مدخل مربوط به بلاک قبل گذشته می‌شود.

در این روش ، دستیابی تصادفی سریعتر است (جدول راهنما در حافظه اصلی است).

در اینجا نیز ، با داشتن آدرس اولین بلاک ، می‌توان به بلاکهای دیگر هم دستیابی داشت ( در سیستم MS-DOS از این روش استفاده می‌شود.) عیب مهم این روش این است که تمام جدول باید در حافظه اصلی مقیم باشد .

مثلاً برای دیسکی با 500000بلاک 1k بایتی (M500)، به جدولی با 500000 مدخل، هر یک حداقل 3 بایت نیاز است .

در نتیجه خود جدول حداقل M5/1 حافظه اشغال می‌کد ( در MS-DOS با استفاده از بلاکهای بزرگ k32 بایتی در دیسکهای با ظرفیت بالا ، اندازه جدول کاهش می‌یابد.) استفاده از تکنیک گره I) ) در این روش ، برای تعیین اینکه کدام بلاک فیزیکی روی دیسک مربوط به کدام بلاک از یک فایل است .

برای هر فایل ، جدول کوچکی به نام I ایجاد میشود.

در این جدول صفات خاصه فایل و آدرس بلاکهای فیزیکی فایل قرار دارد .

اگر فایل کوچک باشد همین گره I کفایت می‌کند.

اما برای فایلهای بزرگ ، در مدخلی از این گره ، آدرس بلاکی از دیسک قرار می‌گیرد که حاوی آدرس فیزیکی بلاکهای دیگر فایل است .

اگر باز هم فایل بزرگتر باشد .

مدخل دیگری ایجاد می‌شود و..(این روش در سیستم یونیکس استفاده شده است ) تخصیص فضای ناپیوسته البته مطلوبتر است ، زیرا علاوه بر مزایایی که دارد، معمولا یافتن یک فضای یکپارچه روی دیسک دشوار است ، حال آنکه یافتن فضای خالی کوچکتر، معمولا امکان پذیر است .

نشست فایل بطور ناپیوسته حتی ممکن است روی چند دیسک ( آرایه‌ای از دیسکها) باشد، به بیان دیگر فایل روی چند نوع دیسک توزیع شده باشد به چنین فایلی ، فایل توزیع شده یا فایل چند پاره یا اوراق شده گفته می‌شود.

البته تکنیک اوراق کردن در سطوح مختلف پیاده سازی می‌شود(سطح کاراکتر، رکورد ،بلاک و ..)مثلا در سطح کاراکتر ، بیتهایش را روی یک دیسک از یک آرایه هشت دیسکی پخش می‌کنند.

ملاحظاتی در تخصیص فضا به فایل از مسائل مهمی که در هر سیستم فایل باید به آن بپردازد، تخصیص فضا به فایل است که دیدیم .

در اینجا ملاحظاتی چند در این باره را مطرح می‌کنیم.

1.

نکات مهم در تخصیص فضای ذخیره سازی به فایلها ، اندازه واحدی است که بر اساس آن تخصیص صورت می‌گیرد .

منظور این است که آیا مثلا به واحد سکتور حافظه خارجی اختصاص داده شود، یا به واحد شیار ،یا به واحد خوشه و یا احیاناً به واحد استوانه روشن است که تخصیص مثلا 93/2 شیار به یک فایل کار عبثی است زیرا7% از ظرفیت باقیمانده شیار سوم قابل تخصیص به هیچ فایل دیگر نیست .

--- 2.

نکته اساسی دیگر این است که آیا یک فایل روی واحدهای پیوسته و همجوار تخصیص ، ذخیره می‌شود؟

(هرچند به نظر می‌رسد که معمولاً چنین است ، ولی می‌توان چنین نباشد ) اگر واحد تخصیص شیار باشد ، فایل روی شیارهای یک استوانه خواهد نشست و لذا قبل از تمام شدن شیارها یک استوانه ، نباید فایل را روی استوانه دیگر ذخیره کرد .

اگر ذخیره سازی فایل روی شیارهای یک استوانه صورت نگیرد ، معنایش این است که فایل را می‌توان روی شیارهایی از رسانه (بدون رعایت همجواری آنها ) ذخیره کرد و فضای اشغال شده توسط فایل ، حالت گسسته (برخلاف پیوسته ) خواهد داشت و مکان یابی رکوردهای فایل ، طبعا دشوارتر خواهد شد .

-3.نکته دیگر تفاوت دید برنامه فایل پرداز و سیستم فایل از فایل است .

برنامه فایل پرداز ، در پردازش ترتیبی ، فایل را به صورت یک دنباله خطی از رکوردهای منطقی می‌بیند که با هم ، همجواری منطقی دارند ، حال آنکه از نظر سیستم فایل ، لزوما چنین نیست .

4.اگر فایل به طور پیوسته روی واحدهای تخصیص (سکتور ، شیار خوشه یا استوانه ) ذخیره شود، سیاست فایل ، برای مکان یابی یک رکورد ، کافیست آدرس آغازین فایل ، طول رکورد منطقی و طول رکورد فیزیکی را بداند (البته با داشتن آدرس نسبی رکورد نسبت به آغاز فایل) 5.اگر فایل به طور پیوست روی واحدهای تخصیص ذخیره نشود، یافتن مکان یک رکورد دلخواه، تنها با داشتن آدرس آغاز فایل امکان پذیری نیست و نیاز به ساختار داده‌ای خاصی است .

مثلا یک جدول یا فایل شاخص ، این شاخصها باید به نحوی آدرس هر رکورد را به دست دهند.

6.وقتی که اندازه فایل از پیش مشخص باشد ،می‌توان واحدهای پیوست دیسک را به آن تخصیص داد، حتی اگر تمامی داده‌های فایل را در لود اولیه نداشته باشیم .

اما اگر چنین نباشد ، این کار عملا ناممکن است .

البته تخصیص واحدهای پیوسته ، به فایل انعطاف پذیری کمتری دارد زیرا از پیش باید ماکزیمم اندازه فایل را دانست .

از طرف دیگر ، پیاده سازی چنین فایلی از پیچیدگی کمتری نیز برخوردار است .

توجه داریم ، هم تخصیص پیوسته وهم تخصیص ناپیوسته را می‌توان در ذخیره سازی فایلهای با ساختار ترتیبی و غیر ترتیبی (مثلا مستقیم) به کار برد.

7.

برای تخصیص فضا به یک فایل ، سیستم فایل باید جدولی داشته باشد که در آن بتواند، وضعیت رسانه ذخیره سازی از نظر میزان فضاهای آزاد و اشغال و آدرس آنها را روی دیسک ، مشخص کند .

8.

هرچه اندازه واحد تخصیص فضا به فایلها بزرگتر باشد ، میزان حافظه هرز روی دیسک بیشتر خواهد بود .

وقتی که واحد تخصیص مثلا استوانه باشد ، با توجه به اندازه فایل ، این میزان بیشتر از حالتی خواهد بود که واحد تخصیص شیار باشد.

9.اگر اندازه پیش بینی شده برای فایل، کوچک باشد ، انتخاب واحد برگ تخصیص ،کارآ نخواهدبود.

--- 10.

مسئله انتخاب واحد تخصیص ، روی ساختارهای کمکی لازم برای دستیابی به فایل ، مثلا فایل شاخص نیز تاثیر مستقیم دارد.

چگالی لود اولیه اگر بتوان در یک کاربرد خاص، حجم عملیات ذخیره سازی به ویژه عمل در ج در فایل را بعد از لود اولیه ،تخمین زد، می‌توان در هر بلاک(یا واحدی بزرگتر از فایل) ،مقداری فضای رزرو پیش بینی کرد و یعنی تمام فضای بلاک را در لود اولیه پر نکرد تا از این فضای رزرو بعدا برای انجام عملیات ذخیره سازی استفاده شود.

چگالی لود اولیه به صورت در صدی از اندازه بلاک ( یا واحدی بزرگتر )بیان می‌شود.

در حالت چگالی کمتر از صد در صد ، حافظه هرز پدیده آینده نیز باید در برآورد میزان استفاده واقعی حافظه ، منظور گردد.

مزایا و معایب ایجاد ناحیه رزرو سبب می‌شود لوکالیتی رکوردهای فایل ، بهرت حفظ شود، زیرا از پراکندگی نشست رکوردهای روی رسانه‌ ذخیره سازی تا حدی جلوگیری می‌گردد میزان پراکندگی فایل در زمان دستیابی تصادفی و در زمان پردازش سریال فایل ، نقش دارد.

هر چه رکوردهای فایل پراکنده تر باشند( خوشه واری رکوردها کمتر باشد ) این زمان بیشتر خواهد شد .

ایجاد ناحیه رزرو ، انجام بعضی عملیات روی فایل را تسهیل و تسریع می‌کند.

مثلا برای درج رکوردی که طول ا، در اثر بهنگام سازی تغییر کرده باشد و یا در ج رکورد جدید ، وقتی که الزام به درج رکورد درج آن در نقطه منطقی درج و جود داشته باشد، امکان انجام شیفت درون بلاکی را فراهم می‌سازد.

وجود ناحیه رزرو، نوعی حافظه هرز است و سبب افزایش اندازه فایل می‌شود و از این رهگذر ، خواندن تمام فایل زمانگیری تر می‌شود.

اگر توزیع درج رکوردها در بلاکها یکنواخت نباشد ، جای جای در فایل ، بلاکها سبکبار می‌شوند و حافظه هرز در انتهای بعضی بلاکها باقی می‌ماند مکانیسم انتزاعی ذخیره سازی اطلاعات فایل یک مکانیسم انتزاعی است که به کاربر امکان می‌دهد تا اطلاعات خود را ذخیره کند و در صورت نیاز، آنها را بازیابی و پردازش کند و احیاناً اطلاعات جدیدی تولید نماید.

اطلاعات داشت و دارد و همیشه هم مکانیسمی عینی برای نگهداری اطلاعات در اختیار داشت و دارد.

این مکانیسم تا اوایل قرن بیستم دستی و بعد ماشینی شد .

این مکانیسم ، همان مفهم عینی فایل است که در وضع دست یو ، در چیزهایی ، مانند لوح ،دفتر ، کتاب ، دیوان و ...

نمود می‌یافته و هنوز هم می‌یابد.

در وضع ماشینی‌اش ، مفهوم عینی فایل به صورت مجموعه‌ای از داده‌های ذخیره شده بطور فیزیکی در یک رسانه ماشینی نمود می‌یابد با ویژگیها و خصوصیاتی که دیده و خواهیم دید.

داده برخی از تعاریف ارائه شده در متون چنین اند داده‌عبارتست از نمایش ذخیره شده اشیاء فیزیکی , چیزهای مجرد, بوده‌ها (واقعیات ) ,رویدادها یا موجودیتهای دیگر قابل مشاهده که در تصمیم سازی بکار می‌آید داده عبارتست از هر مجموعه‌ای از بوده‌ها بوده‌های خام که معنای اندکی دارند مگر اینکه به صورتی منطقی سازماندهی شده باشند داده‌ عبارتست از کلمه و / یا عددی که معنای خاصی داشته باشد.

داده عبارتست از بوده (واقعیت ) یا هست معلوم که می‌توان بوده یا هست دیگری را از استنباط کرد.

واقعیات شناخته شده که می‌تواند ذخیره شود و معنای ضمنی دارد.

حال تعریف ANSI را یاد آوری می‌شویم باری این مفهوم, ANSI در تعریف ارائه کرده است نمایش بوده‌ها و پدیده‌ها و مفاهیم یا شناخته‌ها به طرزی صوری و مناسب برای برقراری ارتباط ,تفسیر یا پردازش توسط انسان یا هر امکان خودکار هر نمایشی اعم از کاراکتری (نویسه‌ای) یا کمیتهای قیاسی که معنایی به آن قابل انتساب باشد (توسط انسان یا یک مکانیسم خودکار).

توجه داشته باشید که انتساب یک معنا به یک نمایش , قبل از هر چیز باید توسط ذهن , هوش یااندیشه انجام شود.

اگر از دیدگاه علم ارتباط شناسی در مفهوم داده اندیشه کنیم تعریف اول ANSI به نظر کاملتر می‌آید.

کلمه data ریشه‌لاتین دارد و در اصل از کلمه‌ای در لاتین به معنای "دادن" مشتق می‌شود و مفرد آن datum است .

در متون معمولاً به صورت جمع بکار می‌رود.

معرفی نوار رسانه ایست از جنس نوعی پلاستیک با غشاء مغناطیس شونده بر یک رویه ( فرو مغناطیسی ) و لغزان بر ریل هایی با ابعاد مختلف، ابعاد نوعی از نوار 2500 فوت طول و 2/1 اینچ عرض است .

در اندازه های دیگر نیز موجود است .

این رسانه ماهیتاً برای پردازش پی در پی رکوردها مورد استفاده قرار می گیرد .

از نظر تکنولوژی ساخت ، به چهار دسته کلی تقسیم می شود : ریل به ریل نوار کارتریج نوار کاست نوار صوتی تطبیق داده شده با کامپیوتر دستگاه نوار خوان مجهز است به نوک خواندن / نوشتن که می تواند اطلاعات را روی نوار ظبط و یا اطلاعات ضبط شده را " حس " کند نحوه ذخیره سازی داده روی نوار داده ها به صورت رشته های بیتی روی شیارهایی که در سطح نوار وجود دارد ، ذخیره می شوند .

بیت های یک کاراکتر ، روی شیارها و در عرض نوار ضبط می گردند .

از نظر تعداد شیار ، دو نوع نوار رایجتر است : نوار 7 شیاره و نوار 9 شیاره .

یکی از شیارها ، به عنوان شیار کنترل پاریتی به کار می رود .

در نوار دو نوع بیت پاریتی وجود دارد : بیت پاریتی عرضی یا کاراکتری بیت پاریتی طولی بیت پاریتی عرضی برای هر کاراکتر و بیت پاریتی طولی ، برای تعدادی کاراکتر مثلاً به ازاء یک بلاک ایجاد می شود .

داده های ذخیره شده روی نوار ، در سطح فیزیکی ، تعدادی رشته بیتی موازی هستند .

چنین دیدی از داده ذخیره شده روی سیستم فایل مطرح نیست .

به بیان دیگر ، از نظر سیستم فایل ( که خود سطوحی دارد ) داده ها در قالب تقسیمات خاصی ذخیره می شوند ، هریک با ساختار مشخص ( این تقسیمات عبارتند از فیلد ، رکورد ، بلاک ، تعدادی بلاک با نام مشخص ، فایل و گروه فایلها .

) توجه داریم که فیلد می تواند حاوی یک کاراکتر هم باشد .

چگالی نوار تعداد بیت های قابل ضبط در هر اینچ نوار را چگالی گویند .

چگالی را با واحد بیت در اینچ (bpi) بیان می کنند که با توجه به نحوه نشست کاراکترها روی شیارها ، همان بایت در اینچ یا کاراکتر در اینچ است .

از جمله چگالی رایج ، 800bpi ,1600bpi است .

البته نوار با چگالی 3200bpi , 6250bpi و بیشتر نیز وجود دارد .

گپ فضایی است بلا استفاده بین دو گروه کاراکتر ضبط شده .

کلمه گروه در اینجا هم به رکورد اطلاق می گردد و هم به بلاک .

در صورتی که بین هر دو بلاک باشد به آن گپ بین بلاکها و اگر گپ بین دو رکورد باشد ، به آن گپ بین رکوردها می گویند .

وجود گپ برای متوقف کردن نوار و یا حرکت دوباره آن لازم است.زیرا برای آنکه نوک خواندن / نوشتن بتواند داده ای ذخیره شده را " حس " کند ، باید که نوار ، پس از توقف به سرعتی مطلوب و یکنواخت موسوم به سرعت حس برسد ، ودر این اثناء این مدت تکه ای از نوار زیر نوک R/W می گذرد ، ضمن اینکه در حین کاهش سرعت حس تا توقف نیز تکه ای از نوار از زیر نوک رد می شود .

این دو تکه نوار همان گپ را تشکیل می دهند و چون این قسمت از نوار در حالت توقف – حرکت با سرعت کمتر از سرعت حس طی می شود ، نمی توان داده ای را در این قسمت حس کرد ود رنتیجه بلا استفاده ( "هرز " ) است .

پارامترهای نوار دودسته پارامتر وجود دارد : پارامترهای ظرفیتی پارامترهای زمانی ( یا وابسته به زمان ) پارامترهای ظرفیتی عبارتند از : چگالی ( تراکم ) : به واحد بیت در اینچ (BPI) طول نوار : به واحد فوت با داشتن این دو پارامتر می توان ظرفیت اسمی نوار را به دست آورد S=L×D پارامترهای زمانی عبارتند از : سرعت لغزش نوار به واحد اینچ در ثانیه .

نرخ انتقال به واحد بایت در ثانیه ( یا اضعافی از بایت در ثانیه)نرخ انتقال دو نوع است : اسمی و واقعی .

نرخ اسمی توسط سازنده اعلام می شود و نرخ انتقال واقعی قابل محاسبه است .

زمان حرکت – توقف به واحد میلی ثانیه .

این زمان در واقع تفاوت بین زمان طی کردن گپ با سرعت حس و زمان طی کردن گپ در حالت توقف نوار و حرکت دوباره آن تا رسیدن به سرعت حس است .

نوار کاست این دستگاه کاملاً شبیه نوارهای صوتی متداول است .

نوعی از آن ، دارای عرض 15/0 اینچ ، طول 100 تا 150 فوت بوده و از ارزانترین حافظه هایی است که عمدتاً در مینی و کامپیوتر های کوچک کاربرد دارد .

ضبط کننده های صوتی تطبیق داده شده با کامپیوتر در اکثر کامپیوترهای شخصی و تجاری از ضبط کننده های صوتی ارزان برای ضبط داده ها استفاده می شود .

سرعت گونه ای از این نوارها 875/1 اینچ در ثانیه بوده ، کند حرکت می کند .طول این گونه نوار 562 فوت و ظرفیت آن 500000 بایت در هر طرف است .

این نوع نوار در ابعاد دیگری هم وجود دارد .

نوار کارتریج تفاوت آن با نوارهای معمولی ( ریل به ریل ) این است که این نوارها در یک محفظه پلاستیکی جای دارند ، تا از تماس خارجی و گرد و خاک محفوظ بمانند .

این گونه نوارها نیز دو ریل دارند که نوار بر آنها می لغزد .

انواع استانداردی از این گونه نوارها موجود است از جمله : نوار نوع 300 : طول 300 و 450 فوت ، عرض 25/0 اینچ ، ابعاد محفظه : 7/0×6×4 اینچ نوار نوع 100 : طول 140 فوت , عرض 15/0 اینچ ،ابعاد محفظه : 5/0×2×3×2/4 اینچ به نوع دوم گاهی مینی کارتریج می گویند .

نوع اول ، به چهار شیار M3/4 و نوع دوم با دو شیار ، K4/6 ذخیره می کند .

در نوع دیگری از کارتریج به نام QIC ، عرض 27/6 میلی متر و ظرفیت آن بینMB 40 تا GB 10 است .

دیسک نوری - مغناطیسی مقدمه با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری.

به نظر می‌رسد که اینگونه دیسکها در تولید انبوه به بازار مصرف عرضه شده است.

قطر این دیسکها 5 اینچ بوده ، از نوع پاک شدنی هستند و از سرعت بسیار بالایی برخوردارند ، سرعت انتقال در این دیسکها حدود یک مگابایت در ثانیه و یا بیشتر است.

در سالهای اخیر دیسکهای نوری بطور وسیعی برای سرگرمی ، برنامه‌های تعلیم و تربیت و ارتباطات تصویری – صوتی بکار گرفته شده است.

در زمینه ذخیره اطلاعات ، سیستمهای ثبت نوری مستقیم به عنوان تجهیزات یارانه‌ای معروف شده‌اند، جایی که ترکیب ظرفیت اطلاعات خیلی زیاد و دسترسی سریع به آنها توسط دیسکهای نوری یک جایگزین جذاب برای روشهای دیگر ذخیره حافظه یارانه‌ای است.

ظرفیت اطلاعات زیاد ، طول عمر زیاد و زمان طولانی نگهداری ، کاربردهای ذخیره و ...

را منحصر به خود کرده است.

در تمام سیستمهای دیسک نوری ، مانند دیسکهای ضبط صدا (دیسک بسته یا CD) ، دیسکهای نمایشی (که معمولا نمایش لیزری یا LV نامیده می‌شود) و دیسکهای ذخیره داده‌ها ، ما فرض می‌کنیم که اطلاعات بر روی دیسک ثبت می‌شود یا نوشته می‌شود و مجددا با استفاده از نور خوانده می‌شود.

در عمل تعداد زیادی از لیزرها مانند لیزر یون - آرگون HeNe ، HeCd و دیود لیزر نیم هادی AlGaAs به عنوان چشمه‌های نور برای نوشتن و خواندن بکار گرفته شده‌اند.

در حقیقت روشهای دیگر برای نوشتن و خواندن دیسک وجود دارد که ما به آن نخواهیم پرداخت.

مزیتهای دیسکهای نوری اصلی‌ترین مزیت دیسکهای نوری بر دیگر سیستمها مانند دیسکهای صوتی معمولی و سیستمهای نوار مغناطیسی ، علاوه بر ذخیره اطلاعات به چگالی بالا ، عدم تماس فیزیکی بین سیستم قرائت و ماده ذخیره اطلاعات است که از پاره شدن جلوگیری می‌نماید.

علاوه بر این در دیسکهای نوری ، لایه ماده شفافی را می‌توان روی اطلاعات ذخیره شده نشانید تا آسیب نبیند.

گرامافون اطلاعاتی را در سطح دیسک به صورت مارپیچ ضبط می‌کند که رد پا نامیده می‌شود.

اما در عمل در دیسکهای نوری ، نه شیار و نه خط مداوم وجود دارد بلکه فقط "علامتها" مارپیچهای شکسته‌ای را شکل می‌دهد.

این علامتها مساحتهای کوچکی هستند که نسبت به اطراف خود فرق نمایانی دارد.

معمولا حفره‌هایی در سطح دیسک ایجاد می‌کنند.

در نتیجه بازتاب در طول مسیر با توجه به توزیع حفره‌ها تغییر می‌یابد، که بیانگر ثبت اطلاعات است.

ذخیره و خواندن اطلاعات ذخیره شده برای خواندن اطلاعات ذخیره شده بازوی اپتیکی تغییرات بازتاب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

یک عدسی در داخل بازو پرتو کم توان لیزر را به لکه کوچک نوری بر روی مسیر متمرکز می‌کند و همچنین نور بازتاب شده از دیسک را مجددا به آشکار ساز نوری هدایت می‌کند.

خروجی آشکار ساز نوری بر اساس توزیع گودالهای طول مسیر تغییر می‌کند و سیگنال الکتریکی بدست می‌دهد که می‌توان سیگنال صدا ، تصویر و یا داده‌ها را دوباره بدست آورد.

سیگنالهای صدا به صورت دیجیتال در دیسک ذخیره می‌شوند.

نمونه‌های صدا با آهنگ KHz1/44 بدست می‌آید و بلندی صدا برای هر نمونه به مقادیر عددی به صورت کلمه کد دوتایی ، 16 بیتی در می‌آید.

بیتهای اضافی برای اصلاح خط اضافه می‌شود و بیتهای فراوانی در فرکانس MHz3218/4 بر روی دیسک ذخیره می‌شود.

صفرها بیانگر سیگنال نوری کوچک و "یکها" بیانکر سیگنالهای قوی هستند، از این رو مسیر از حفره‌ها و فضاهایی با طولهای مشخص تشکیل یافته است.

از سوی دیگر ، سیگنال های ویدئویی ، بصورت آنالوگ ذخیره سازی می‌شوند، زیرا ذخیره سازی به روش دیجیتال احتیاح به پهنای باند بسیار بالا دارد.

سیگنال ترکیبی ویدئو (با رنگ و اطلاعات تابشی) به صورت فرکانس مدوله می‌شود (FM) حدود فرکانس حامل MHz5/7 و صدا به آن بعدا با مدولاسیون اضافه می‌شود.

این باعث می‌شود تا فاصله گودالهای (مرکز تا مرکز) بر اساس مدولاسیون فرکانس صورت مربوطه تغییر یابد.

در حافظه‌های نوری داده‌ها هم به صورت آنالوگ و هم به صورت دیجیتال ذخیره می‌شود.

برای مفید واقع شدن در فرآیند کردن داده‌ها در الکترونیک تجهیزات ذخیره سازی باید قادر به باز سازی داده‌های ذخیره شده با حداقل میزان خطا و در حدود 1 قسمت در 1210 باشد، که دیسکهای نوری به این دقت رسیده‌اند.

با دیسکهای نوری به چگالی اطلاعات زیادی از یک لکه متمرکز شده بسیار کوچک لیزر دست یافته‌اند.

قطر لکه توسط رابطه (λF(π/4 نشان داده می‌شود.

با توجه به محدودیتهای پراش حداقل قطر لکه نوری تشکیل شده در نقطه کانونی عدسی حدود NA2/λ است که NA دیافراگم عددی عدسی است (NA = n sinθ که n ضریب شکست فضای جسم و θ = φ/s است، φ قطر عدسی و s فاصله جسم تا عدسی است).

متقابلا چگالی اطلاعات از مرتبه 2(λ/NA) است.

ثبت کردن فرآیند ثبت اطلاعات بستگی به این دارد که آیا قرار است اساسا دیسک به تعداد زیادی برای مشتریان بازار کپی برداری شود و یا برای ذخیره سازی مهیا می‌شود.

بیشتر دیسکها ، به هر منظوری که تهیه شوند، حاوی اطلاعات زیادی با کیفیت خوب هستند.

لذا کپی کردن آنها نسبتا آسان و ارزان است.

مواد ثبت کننده گودالها دارای ابعاد میکرون است و از این رو مواد ثبت کننده نیز باید دارای توان تفکیک بالا باشند، و برای آنکه بتوان توان لیزری مورد نیاز را به حداقل رسانید باید دارای حساسیت خیلی بالا باشند.

ترجیحا مواد ثبت کننده باید بتوانند ثبت زمان واقعی را بدست دهند و اجازه خواندن سریع اطلاعات ذخیره شده را نیز ممکن سازند.

یعنی بطور ایده‌آل فرآیندهای مرحله‌ای بین نوشتن و خواندن وجود نداشته باشد.

علاوه بر فوتورزیستها ، فیلمهای فلزی ، مخصوصا آنهایی که بر اساس آلیاژ تلوریم ساخته شوند، دارای دقت خوب و حساسیت بالا هستند.

در این حالت تابش لیزر پالسی ایجاد گودال یا حفره در لایه نازک فلز می‌کند، (از طریق ذوب یا برداشتن) و بازتاب لایه نازک را تغییر می‌دهد.

از آنجایی که ایجاد حفره فرآیند حرارتی است، طول موج لیزر خیلی مهم نیست و از هر لیزری که بتواند توان مورد نیاز را بدست دهد برای نوشتن می‌توان استفاده نمود.