Размещение информации на магнитных дисках

Запись информации на магнитные носители происходит по концентрическим дорожкам. Дорожки разбиты на секторы (512 байт для дискеты). Обмен данными между НМД и оперативной памятью осуществляется последовательно секторами (кластерами).

Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, номер цилиндра (номер дорожки) и номер сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска.

На каждом диске можно выделить две области: системную и данных.

I. Системная область диска состоит из трех участков:

1. Главная загрузочная запись (MBR – Master Boot Record), самый первый сектор диска, в котором описывается структура диска: какой раздел (логический диск) является системным, сколько разделов на этом диске, какого они объема;

2. Таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table). Количество ячеек FAT соответствует количеству кластеров на диске (они нумеруются от 2 до N+1, где N – полное число кластеров на диске). Значениями ячеек является шестнадцатеричный код, по которому можно судить состояние кластера: либо он дефектный (код FFF1-FFF7), либо он свободен (0000), либо используется файлом (код соответствует номеру кластера, где продолжается текущий файл 0002-FFF0), либо содержит последнюю часть файла (FFF8-FFFF).

3. Корневой каталог диска – список файлов и подкаталогов с их параметрами.

II. В области данных расположены подкаталоги и сами данные. На жестком диске системная область создается на каждом логическом диске.

На жестком диске кластер является минимально адресуемым элементом. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован (от 512 байт до 64 Кбайт). Обычно он зависит от типа используемой файловой системы и от емкости диска. Кластеры нумеруются в линейной последовательности (от первого кластера нулевой дорожки до последнего кластера последней дорожки).

Физически, кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными.

Например, Файл_1 может занимать кластеры 34, 35 и 47, 48, а Файл_2 — кластеры 36 и 49.

Например, для двух рассмотренных выше файлов таблица FAT с 1-й по 54-ю ячейку принимает следующий вид:

Цепочка размещения для файла Файл_1 выглядит следующим образом: в начальной 34-й ячейке FAT хранится адрес следующего кластера (35), соответственно, в следующей 35-й ячейке хранится 47, в 47-й — 48, в 48-й — знак конца файла (К).

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и другие используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов (FAT-таблицы File Allocation Table), состоящих из 16-разрядных полей. Такая файловая система называется FAT16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (2¹⁶) о местоположении единиц хранения данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.

Начиная с Windows 98 операционные системы семейства Windows (Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP) поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц — FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

Операционные системы Windows NT и Windows ХР способны поддерживать совершенно другую файловую систему — NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе — служебная информация хранится в Главной таблице файлов (MFT). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и, потенциально, для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32. Однако с учетом типичных характеристик современных компьютеров можно говорить о том, что в настоящее время эффективность FAT32 и NTFS примерно одинакова.

FAT12 Для дискет. Выделяет 12 бит для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2¹²=4096 кластеров. Объем кластера по умолчанию = 512 байт. И поэтому, FAT12 не может использоваться для носителей информации объемом более 2 Мбайт: 512*4096=2Мбайт.

FAT16 Для MS-DOS, OS/2, Windows 95 и для флэш-памяти. Выделяет 16 бит для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2¹⁶=65536 кластеров. Объем кластера – не более 64 Кбайт (128 секторов). И поэтому, FAT16 не может использоваться для носителей информации объемом более 4 Гбайт: 64 Кбайт*65536=4Гбайт.

FAT32 Для Windows 98/Me/2000/XR. Выделяет 32 бита для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2³²=4 294 967 296 кластеров. Объем кластера – 4 Кбайт (8 секторов). И поэтому, FAT32 может использоваться для носителей информации объемом =16 Тбайт: 4Кб*4 294 967 296=16Терабайт.

NTFS Для Windows NT/2000/XP. Позволяет установить различный объем кластера (512-64Кб), по умолчанию – 4Кб. Для сокращения адресной информации адресуются не отдельные кластеры, а непрерывные области смежных кластеров диска – отрезки (run), или экстенты (extent). Экстент описывается парой чисел: начальный номер кластера и количество кластеров в экстенте. Увеличивает надежность и эффективность. Предоставляет доступ к политикам безопасности (разграничение доступа к данным для различных пользователей). Использует систему журналирования для повышения надежности файловой системы. Журналируемая файловая система сохраняет список изменений, которые она будет проводить с файловой системой, перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом». Как только изменения файловой системы будут внесены в журнал, журналируемая файловая система применит эти изменения к файлам.

Ext3и ReiserFS – журналируемые файловые системы для операционной системы Linux. Блок (кластер) ext3 может иметь размер от 1 до 8Кбайт, поэтому хорошо приспособлена для хранения большого количества маленьких файлов.

HFS – иерархическая журналируемая файловая система, разработанная Apple Computer для использования на компьютерах с операционной системой Mac OS.

UDF – мультисистемная файловая система для работы с файлами на оптических дисках CD-RW, DVD-RW

<75 76 777879 80 81 >

Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 2759;

FAT12	Для дискет. Выделяет 12 бит для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2¹²=4096 кластеров. Объем кластера по умолчанию = 512 байт. И поэтому, FAT12 не может использоваться для носителей информации объемом более 2 Мбайт: 512*4096=2Мбайт.
FAT16	Для MS-DOS, OS/2, Windows 95 и для флэш-памяти. Выделяет 16 бит для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2¹⁶=65536 кластеров. Объем кластера – не более 64 Кбайт (128 секторов). И поэтому, FAT16 не может использоваться для носителей информации объемом более 4 Гбайт: 64 Кбайт*65536=4Гбайт.
FAT32	Для Windows 98/Me/2000/XR. Выделяет 32 бита для хранения адреса кластера, поэтому может адресовать 2³²=4 294 967 296 кластеров. Объем кластера – 4 Кбайт (8 секторов). И поэтому, FAT32 может использоваться для носителей информации объемом =16 Тбайт: 4Кб*4 294 967 296=16Терабайт.
NTFS	Для Windows NT/2000/XP. Позволяет установить различный объем кластера (512-64Кб), по умолчанию – 4Кб. Для сокращения адресной информации адресуются не отдельные кластеры, а непрерывные области смежных кластеров диска – отрезки (run), или экстенты (extent). Экстент описывается парой чисел: начальный номер кластера и количество кластеров в экстенте. Увеличивает надежность и эффективность. Предоставляет доступ к политикам безопасности (разграничение доступа к данным для различных пользователей). Использует систему журналирования для повышения надежности файловой системы. Журналируемая файловая система сохраняет список изменений, которые она будет проводить с файловой системой, перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом». Как только изменения файловой системы будут внесены в журнал, журналируемая файловая система применит эти изменения к файлам.