Размещение информации на диске

Размещение информации на диске

Поверхность жёсткого диска рассматривается как 3-мерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор ёмкостью 512 байт. Каждый сектор имеет уникальный адрес. Если ёмкость диска велика (превышает 32 Мбайта), обеспечить адресацию каждому сектору невозможно. В связи с этим группы секторов объединяют в кластеры. Кластер (англ. cluster)     в запоминающих устройствах — минимальный объем дискового пространства, который может быть выделен для размещения файла. Все файловые системы, используемые Windows для работы с жесткими дисками, основаны на кластерах, которые состоят из одного или нескольких смежных секторов. Чем меньше размер кластера, тем более эффективно используется дисковая память. Если размер кластера не задан во время форматирования, он выбирается Windows в зависимости от объема диска. Стандартные значения           подобраны                    таким             образом,                  чтобы    снизить                    потерю дискового пространства и степень возможной фрагментации тома.

Размер кластера, в отличие от сектора, не фиксирован и зависит от ёмкости жёсткого диска (с увеличением ёмкости винчестера размер кластера увеличивается).

Кластер – логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512- байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов.

Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения

файла.

Понятие кластер используется в файловых системах FAT и NTFS. Другие файловые

системы оперируют схожими понятиями (зоны, блоки).

У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт (например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков).

Для более эффективного использования места на диске файловая система может объединять сектора в кластеры, размером от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб - 16 Кб, до 2 Гб - 32 Кб и так далее.

Количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым, на современных дисках количество секторов на цилиндр разное, но контроллер жёсткого диска сообщает о некоем условном количестве дорожек, секторов и сторон, хотя позднее была создана система (LBA) обращения к дискам, в которой все сектора пронумерованы. Первый сектор диска обычно является загрузочным.

Первый сектор НЖМД содержит главную загрузочную запись, содержащую короткую программу передачи управления в загрузочный сектор, находящийся на разделе, и таблицу разделов.

При записи документа на диск информация размещается в свободных кластерах. Файл, как правило, в одном кластере не помещается, а располагается в нескольких кластерах, разбросанных по всему диску. Когда первая порция информации из документа, записана, ищется следующий свободный кластер, и производится запись очередной порции информации. Последний кластер обычно заполнен лишь частично, но записать туда новую порцию информации из другого файла невозможно. Таким образом, чем больше размер кластера, тем больше потери дискового пространства.

Итак, файлы хранятся на диске в раздробленном виде, причём кластеры, содержащие информацию из одного файла, находятся на разных участках жёсткого диска. Для того чтобы при чтении файла с диска собрать его по частям из отдельных фрагментов, в самом начале жёсткого

диска компьютер создаёт таблицу размещения файлов FAT (File Allocation Table). Таблица FAT содержит сведения о реальном размещении объектов на диске (цепочки номеров кластеров, в которых записано содержимое файлов), а также информацию о дефектных кластерах. Именно в FAT хранятся все сведения о том, какие именно кластеры занимает тот или иной файл или папка. А так же их имена. Если таблица размещения файлов FAT будет нарушена, то информацией записанной на диске нельзя будет воспользоваться.

Когда даётся команда на сохранение документа, надо указать имя диска и каталога, в котором файл должен быть сохранён, а также имя файла. Процесс записи начинается с того, что отыскивается свободный кластер на диске и в него записывается первая порция информации из сохраняемого документа, фиксируя номер первого кластера в FAT. Если одного кластера недостаточно, ищется следующий свободный, производится запись очередной порции информации и номер кластера опять фиксируется в FAT. Когда в следующий сеанс работы файл открывают для продолжения работы с ним, указывают имя диска, каталога и файла, а сам файл собирается по кластерам и выводится на экран. Удалять файлы и папки ещё проще – не обязательно стирать содержимое принадлежащих им кластеров, достаточно просто объявить их свободными. Уязвимость FAT заключается в том, что при малейшей ошибке в таблице FAT под угрозой оказывается весь массив накопленной на диске информации. Поэтому в современных компьютерах на диске сохраняется дополнительная копия FAT, которая придёт на помощь в случае сбоя.

Когда пользователь даёт команду на удаление файла или папки, они перемещаются в Корзину (папку для временного хранения удалённых файлов). При этом изменяется только путь доступа к файлам. Реально файл находится в тех же кластерах, где и был записан. Уничтожение файлов выполняется при очистке Корзины. В таблице FAT файл помечается как удалённый, хотя физически остаётся в кластерах, где и был записан, но теперь эти кластеры помечаются как свободные и туда может быть записана новая информация.

Физический жёсткий диск можно логически (условно) разделить на несколько частей – логических дисков, каждому из которых присвоить уникальное имя С:, D:, E:,F: и т.д. Последняя буква это, как правило, имя дисковода для компакт-дисков. При использовании нескольких логических дисков удобно разделять файлы на группы по назначению. Принято все важные файлы, например файлы операционной системы и пакетов прикладных программ, размещать на диске С:, на диске D: - документы, на диске E: - архивы, компьютерные игры и т.д.. Физические и логические диски в файловой системе равноправны.