[发明专利]一种文件目录表的使用方法、文件写入方法及应用的主电路板、CPU和外部存储器

说明书

一、技术领域

本发明涉及计算机和智能终端设备软硬件领域，尤其涉及计算机操作系统中对外部存储器中文件目录表的使用方法、文件写入方法，以及计算机硬件中主电路板和外部存储器。 

二、技术背景

计算机和智能设备在读写和操作硬盘、固态硬盘、U盘、移动硬盘等外部存储器中的文件时，都要经过对外部存储器中文件目录表查询，找到文件的属性及物理位置，进行访问和操作。由于文件目录表也称文件目录文件存储于外部存储器中，现有的操作系统在运行中，需要经常访问外部存储器，来对文件进行“寻址”，需要花费大量的时间，效率很低，实际运行速度很慢。 

计算机的内存，也称内部存储器、随机存储器RAM，现在主流为DDR3型，它的存取速度比外部存储器快很多倍。缓存Cache它的存取速度比内存更快，缓存常存在于CPU内部、内存条中、硬盘的电路板上等，需要存放临时数据的地方。内存和缓存在断电时，存储内容便会消失。 

现有的计算机操作系统在向外部存储器中写入文件时，是不检查外部存储器中非相同目录下是否有相同文件的，这样就造成有大量的重复文件存在。 

固态硬盘与老式机械硬盘相比有很大的优点，比如读取速度快，体积小容易携带等等，是未来硬盘主要的发展趋向。但是因为固态硬盘的写入需要 对FLASH芯片进行擦写，为此造成了固态硬盘的写入次数有限，以及容量小价格高使得固态硬盘不能得以广泛应用。 

以下是以NTFS格式文件为例，来分析现有外部存储操作系统是如何对外部存储中的文件进行操作的： 

1.NTFS中$MFT的文件解释 

NTFS中，卷中所有存放的数据均在一个叫$MFT的文件中，叫主文件表(Master File Table)。而$MFT则由文件记录(File Record)数组构成。File Record的大小一般是固定的，通常情况下均为1KB，这个概念相当于Linux中的inode。File Record在$MFT文件中物理上是连续的，且从0开始编号。$MFT仅供FileSystem本身组织、架构文件系统使用，这在NTFS中称为元数据(Metadata)。 

在NTFS文件系统里面，外部存储上的所有东西都以文件的形式出现。即使是元数据也是以一组文件的形式存储的。 

主文件表(MFT)是这个卷上每一个文件的索引。MFT为每一个文件保存着一组称为“属性”的记录，每个属性存储了不同类型的信息。为主文件表(MFT)保留适当的空间。MFT在NTFS卷中扮演着重要的角色，对其性能的影响很大，系统空间分配、读写外部存储时会频繁地访问MFT，因此MFT对NTFS的卷的性能有着至关重要的影响。NTFS文件系统的开发者在MFT附近预留着一个特定区域，用来减少MFT中的碎片，缺省状态下，这一区域占整个卷大小的12.5％，尽管这个区域能使得MFT中的碎片最少，但它并非总是合适的。 

2.文件的读取 

找某一个文件的内容(如要读取文件F:/WINDOWS/SYSTEM32/abc.exe，具体步骤如下： 

(1)读取分区表/分区链表信息，找到外部存储F的起始扇区。 

(2)读取F盘的第一个扇区(分区的BOOTSETOR)取得分区的每簇大小，MFT表起始簇号等信息。 

(3)读取MFT表的第五个记录(根目录)找到目录索引所在簇号。 

(4)读取根目录索引，查找WINDOWS目录所在的MFT记录号 

(5)读取WINDOWS目录的MFT记录，找到目录索引所在簇号。 

(6)读取WINDOWS目录的索引，查找SYTEM32目录所在MFT记录号 

(7)读取SYTEM32目录的MFT记录，找到目录索引所在簇号。 

(8)读取SYTEM32目录的索引，查找abc.exe所在MFT记录号 

(9)读取abc.exe文件的MFT记录，找到它的DATA属性。 

(10)根据DATA属性中指定的文件数据存放位置读取出abc.exe文件的数据。 

3.NTFS文件系统中创建一个文件的基本步骤 

假设我们要在NTFS文件系统下建立一个文件“/子目录1/file.txt”，假设目录“子目录1”已经存在于根目录下。要建立的文件大小为7000个字节，每簇大小4096个字节。 

步骤1：读取文件系统第一个扇区的引导扇区，获取簇大小、MFT起始位置以及每个MFT项的大小。