Файловая система fat

Файловая система FAT (File Allocation Table) названа в соответствии с названием метода организации данных — таблицы распределения данных и создавалась в конце 1970 - начале 1980 годов. Изначально она была создана для гибких дисков размером меньше чем 500K, но со временем развивалась для поддержки дисков всё больших и больших размеров. Сейчас существуют три типа FAT: FAT12, FAT16 и FAT32.

Применительно к жесткому диску файловая система будет создаваться в первичном разделе диска (логическом диске). Файловая система организует «сквозную» нумерацию секторов, при которой каждому сектору логического диска присваивается свой уникальный номер, поэтому в дальнейшем будет использоваться адресация в логических секторах, т.е. будет указываться на сколько секторов нужный нам сектор отстоит от начала диска.

Файловая система FAT состоит из четырёх основных областей на диске, порядок их расположения показан на рисунке 5.

3 – Область файлов и каталогов (File and Directory Data Region)

2 – Корневой каталог (Root Directory Region)

1 – Область FAT (FAT Region) 2 копии

0 – Загрузочная запись (Boot Record)

Программа начальной загрузки IPL2

Блок параметров BIOS (BIOS Parameter Block)

Переход по адресу IPL2

Рисунок 5 Структура файловой системы FAT

Все эти области создаются при логическом (высокоуровневом) форматировании диска.

Загрузочная запись

В первом секторе активного раздела (в логическом секторе 0) расположена первая важная структура - загрузочная запись (Boot Record – BR). Также для обозначения первого сектора используются термины «boot сектор» или «reserved sector». Рассмотрим содержимое этого сектора детально.

Первые три байта загрузочной записи содержат инструкция перехода (JMP) на программу начальной загрузки IPL2 (Initial Program Loading 2) – исполняемый код, запускающий операционную систему. Очевидно, что инструкция перехода содержит адрес программы IPL2.

Далее в загрузочной записи находятся структура данных, называемая блок параметров BIOS (BIOS Parameter Block, BPB) или таблица параметров BIOS. Это важнейшая структура данных, содержащая параметры, характеризующие формат диска. Называется эта структура так потому, что содержит информацию, которую BIOS использует при работе с логическим диском, в том числе указывает BIOS где надо искать основные структуры файловой системы.. В таблице 5 представлены некоторые поля блока параметров BIOS.

Таблица 5 Поля блока параметров BIOS

Поле	Описание
Тип носителя (media descriptor)	Указывает с каким типом носителя мы имеем дело: жесткий диск, флоппи-диск, Flash-диск .
Число байт в секторе	Размер сектора. Допустимы следующие значения: 512, 1024, 2048 и 4096. Для большинства дисков значение этого поля равно 512
Число секторов в дорожке.	Используется для низкоуровневого форматирования дисков
Число головок.	Используется для низкоуровневого форматирования дисков
Общее количество секторов на логическом диске
Число секторов в кластере	Значение этого поля по умолчанию зависит от размера тома. Допустимы следующие значения: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128. (понятие кластера будет разобрано ниже)
Число копий таблиц FAT	Значение этого поля всегда равно 2 (понятие таблицы будет разобрано ниже)
Тип файловой системы
Версия файловой системы

Последний элемент загрузочной записи – программа начальной загрузки IPL2 (Initial Program Loading 2), которая и осуществляет начальную загрузку операционной системы (если диск является загрузочным – содержит базовые файлы операционной системы). Если диск не является загрузочным, исполняемый код в загрузочном секторе выдает следующее сообщение:

Non-System disk or disk error

Replace and press any key when ready

Что означает «Не системный диск или ошибка диска. Замените его и нажмите любую клавишу, когда будете готовы».

Заканчивается загрузочная запись определенной кодовой комбинацией – сигнатурой (AA55h).

Замечание: не следует путать загрузочную запись (Boot Record - BR) с главной загрузочной записью (Master Boot Record - MBR). MBR имеется на физическом диске в одном экземпляре и обеспечивает разбиение жесткого диска на разделы, а BR находится в начале каждого раздела и выполняет загрузку операционной системы и работу файловой системы в каждом из разделов. Процедура загрузки компьютера будет разобрана дальше.

Таблицы размещения файлов

Таблицы размещения файлов - FAT (File Allocation Table) - это таблица которая хранит информацию о месте нахождения частей файлов и каталогов.. От этой таблицы и получилось название всей файловой системы, в которой FAT является лишь одним из элементов. Учитывая крайнюю важность данной структуры, таблица FAT хранится в двух экземплярах, что повышает надежность системы. Конкретный способ организации этой таблицы будет рассмотрен ниже.