Профессионально-технический колледж УО «РИПО»

Практическая работа: файловые системы fat16, fat32, ntfs. обслуживание файловой структуры

Цель: ознакомиться с принципом хранения информации на дисках; изучить виды и особенности файловых систем; научиться использовать программы по обслуживанию файловой структуры

1) Организация дисков

Рис. Схема устройства жёсткого диска

Устройство жёстких дисков, как и дискет аналогично старомодному проигрывателю пластинок. Он имел вращающийся диск и иглу для воспроизведения звука. В жёстком диске для преобразования информации имеются головки чтения/записи. Они аналогичны головкам чтения/записи использующимся в видеомагнитофонах и кассетных магнитофонах.

В жёстких дисках информация хранится на вращающейся металлической или стеклянной пластине, покрытой магнитным материалом. Диск состоит из нескольких пластин, соединенных стержнем или шпинделем (spindle). Каждая пластина аналогична музыкальной пластинке.

Когда диск вращается, элемент, называемый головкой, считывает или записывает двоичные данные на магнитный носитель. Существуют различные методы кодирования данных на диске. Контроллер диска определяет метод кодирования и плотность записи.

Современные диски имеют по головке на каждую дорожку диска. Таким образом, не тратится время на перемещение головок к нужной дорожке для считывания информации. Такие диски существенно дороже и, как правило, устанавливаются только на миникомпьютерах и мейнфреймах.

Дорожки и цилиндры цилиндр № 0 цилиндр № n

Рис. Дорожки и цилиндры

Каждый диск состоит из пакета пластин. На каждой стороне каждой пластины имеются концентрические кольца - дорожки (tracks). Дорожка (track) – тонкая концентрическая круговая зона. На жёстком диске размером 3,5 дюйма может быть более тысячи дорожек. Дорожки представляют собой скорее логическую, чем физическую структуру. Они создаются при форматировании жёсткого диска. Нумерация дорожек начинается с 0. Нулевая дорожка, как правило, является ближайшей к внешнему краю диска. Дорожка с самым высоким номером находится ближе всех к шпинделю (оси). Как правило, наивысший номер дорожки равен 1023.

Цилиндр – совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения.

Упражнение 1

1. Зарисуйте схему устройства жёсткого диска.

2. Выпишите определения понятий: шпиндель, контроллер, цилиндр.

Головки чтения-записи

Головка представляет собой преобразователь, который перемещаясь над магнитным слоем, может изменять его свойства.

На каждую сторону пластины имеется по одной головке. Как правило, все головки закреплены на едином механизме, и поэтому движутся они одинаково. Все головки всегда располагаются над одной и той же логической дорожкой на каждой стороне каждой пластины. Поскольку дорожки представляют собой концентрические круговые зоны, головки должны перемещаться к дорожке, на которой содержатся данные.

Секторы и кластеры

Рис. Секторы и кластеры

Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами (sectors), причем все дорожки на диске имеют одинаковое количество секторов. Сектор представляет собой наименьшую физическую единицу на диске, которая почти всегда имеет объем 512 байт.

Каждая дорожка имеет одно и то же количество секторов. Это говорит о том, что на дорожках, расположенных ближе к центру диска, секторы упакованы гораздо плотнее.

Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер – наименьшая единица адресации при обращении к данным. Размер кластера не фиксирован. Он зависит от ёмкости диска.

Когда файл записывается на диск, файловая система выделяет соответствующее количество кластеров для хранения данных. Например, если каждый кластер равен 512 байт, а размер сохраняемого файла составляет 800 байт, то для его хранения будут выделены два кластера. Если при редактировании файл увеличивается в размере до 1600 байт, для его сохранения будут дополнительно выделены еще два кластера.

Если смежных (расположенный один за другим) кластеров на диске нет, для сохранения файла будут выделены кластеры в любом другом месте диска. В таком случае файл станет фрагментированным.

Фрагментация является одной из проблем файловой системы. Для считывания фрагментированных файлов необходимо выполнить поиск по нескольким местоположениям диска (т.е. выполнить несколько перемещений головок). Для этого требуется существенное время. Фрагментированные файлы считываются более медленно, чем нефрагментированные. При увеличении размера кластера фрагментация снижается. Однако, появляется неиспользованное дисковое пространство.

Для более удобной организации хранения данных диски большой ёмкости принято разделять на логические разделы (тома), обозначаемые буквами английского алфавита: C, D, E и т.д.

Упражнение 2

1. Зарисуйте схематично рисунок «Секторы и кластеры».

2. Выпишите в тетрадь понятия: головка чтения-записи, дорожка, сектор, кластер, раздел (том).

3. Ответьте подробно на вопросы: Как на диске появляются фрагментированные файлы?

В чём заключается проблема фрагментации файлов?

Как влияет на фрагментацию увеличение размера кластера?