- •Введение
- •Жесткие диски КонструкцияHdd
- •Геометрия магнитного диска
- •Сервокоды
- •Технологии жесткого диска
- •Логическая структура диска
- •Главная загрузочная запись
- •Сигнатура
- •Первичный и расширенный раздел
- •Пример логической организации диска
- •Файловые системы
- •Файловая системаFat
- •Загрузочная запись
- •Таблицы размещения файлов
- •Корневой каталог
- •Область файлов и каталогов, понятие кластера
- •Структура каталога и дескриптора файла
- •Структура fat
- •Пример цепочки кластеров
- •Форматы таблицы fat(fat12, fat16, fat32)
- •Фрагментация диска
- •Потерянные кластеры
- •Иерархическая (древовидная) структура каталогов
- •Длинные имена
- •Ntfs Структура ntfs
- •Каталоги, эффективность при поиске
- •Журналирование, обеспечение отказоустойчивости
- •Безопасность
- •Шифрование
- •Сравнение ntfs и fat 32.
- •Форматирование
- •Загрузка операционной системы
- •Интерфейсы жестких дисков
- •Интерфейс scsi
- •Интерфейс ata (pata, sata)
- •Версии стандарта ata, скорость передачи и свойства
- •Принцип работы контроллера ata
- •Serial ata
- •Термины по жесткому диску
Форматы таблицы fat(fat12, fat16, fat32)
Каждый элемент таблицы FAT занимает на диске определенное место, т.е. под него выделяется определенное количество бит. Используются 12-ти, 16 32-битовые элементы FAT. Соответственно файловая система носит название FAT12, FAT16 или FAT32.
Длина элемента FAT определяет разрядность хранимого в нем двоичного числа, а значит и максимальный номер кластера, информация о котором находиться в этом элементе. Поэтому длина элемента FAT ограничивает максимальное количество кластеров, которые могут быть сформированы в рабочей области тома (для FAT12: 212 = 4096; для FAT-16: 216 = 65535; для FAT-32: 232 = 4294967296).
12-битовый формат годиться только для гибких дисков (дискет) с небольшим количеством секторов при этом вся таблица FAT помещается в одном секторе диска.
16-ти и 32-битовые версии FAT были разработаны для жестких дисков. В настоящее время используется в основном FAT32, FAT16 может использоваться только с дисками небольшого объема, которые в настоящий момент уже не применяются. Разберем почему. Пусть нам необходимо организовать файловую систему на диске объемом 4Гбайта (очевидно, что речь идет о Flash-диске). Если мы используем FAT16, количество используемых кластеров на диске может достигать 216. Вычислим размер одного кластера, размер всего диска 4*230 делим на количество кластеров:
Размер кластера = 4*230 / 216 = 216 = 64КБайта
Это значит, что даже для хранения файла размером один байт будет использовано 64 КБайта дисковой памяти, т.е. дисковое пространство используется крайне нерационально. Неиспользованная часть кластера называется потерянным местом (slack). В небольших файлах почти весь кластер может быть потерянным местом, а в среднем потери составляют половину размера кластера.
При применении FAT32 это ограничение на количество кластеров (а значит и на его размер) снимается, эта система намного эффективнее расходует дисковое пространство, так как использует кластеры меньшего размера. Размеры кластера задаются системой при форматировании диска (См. таблицу 9).
Таблица 9 Зависимость размера кластера от емкости диска
Емкость диска, Гбайт |
Размер кластера, Кбайт |
Менее 8 |
4 |
Менее 16 |
8 |
Менее 32 |
16 |
32 и более |
32 |
У системы FAT16 есть одно преимущество, так как она является небольшой файловой системой, ее FAT-таблица при работе целиком помещается в память. У файловой системы FAT32 кластеры небольшие, зато она сама большая и поэтому ее таблица FAT полностью в памяти не помещается. Поэтому быстродействие файловой системы FAT16 гораздо выше, чем у FAT32.
Фрагментация диска
Как это видно на рисунке 6 цепочка кластеров, принадлежащих одному файлу, может записаться не подряд, а в виде нескольких фрагментов. Если на диске записано много данных, на нем может не быть цельной области, достаточной для размещения файла. Тем не менее, файл все-таки запишется, если на диске много мелких областей, суммарный размер которых достаточен для записи. В этом случае файл записывается в виде нескольких фрагментов
Процесс разбиения файла на небольшие фрагменты при записи на диск называется фрагментацией. Особенно способствует фрагментации ситуация, когда на диск записывается большое количество мелких файлов, а потом некоторые из них удаляются. При этом на диске остается большое количество разрозненных пустых кластеров, в которые при записи новые файлы будут записываться с разрывами. Если на диске много фрагментированных файлов, скорость чтения носителя уменьшается, поскольку поиск кластеров, в которых хранятся файлы, на жестких дисках требует времени.
Для ускорения работы производится дефрагментация т.е. перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных последовательностях кластеров. После дефрагментации ускоряется чтение и запись файлов, а следовательно и работа программ. Операционные системы Windows имеют встроенные утилиты для дефрагментации.