Презентация на тему: "Презентация "Структура данных на магнитных дисках""

Структура внешних дисков
Для того чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска.

Форматирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на секторы. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Форматирование дисков
Форматирование диска - процесс разметки диска на сектора и дорожки для записи данных. Форматирование создает структуру диска, обеспечивающую запись/чтение файлов и программ операционной системой.

Форматирование выполняется служебными программами. Форматирование диска чем-то похоже на разлиновывание тетради.

Логическая структура гибких дисков
Логическая структура магнитного диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байтов), каждый из которых имеет свой порядковый номер (например, 100). Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Логическая структура гибких дисков
У гибкого диска две стороны, на которых создается по 80 дорожек. На каждой дорожке по 18 секторов. Общая емкость гибкого диска составляет 2 * 80 * 18 * 512 = 1474560 байт ≈ 1.44 Мбайт.

Таблица размещения файлов
Для того чтобы можно было найти файл по его имени, на диске имеется каталог, представляющий собой базу данных. Запись о файле содержит имя файла, адрес первого сектора, с которого начинается файл, объем файла, а также дату и время его создания.
Полная информация о секторах, которые занимают файлы, содержится в таблице размещения файлов (FAT — File Allocation Table).
Для размещения каталога — базы данных и таблицы FAT на гибком диске отводятся секторы со 2 по 33. Первый сектор отводится для размещения загрузочной записи операционной системы. Сами файлы могут быть записаны, начиная с 34 сектора.

ПРИМЕР
Файл_1 объемом 2 Кбайта занимает на диске
4 сектора (например, 34, 35, 47, 48).
Файл_2 объемом 1 Кбайт занимает на диске
2 сектора (например, 36 и 49).

Логическая структура жестких дисков
Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы FAT и от емкости жесткого диска.
На жестком диске минимальным адресуемым элементом является кластер, который содержит несколько секторов.

Размер кластера зависит от типа используемой FAT-таблицы и емкости жесткого диска и определяется по формуле: Vкластера=Vдиска / N,
где N – число кластеров, адресуемое FAT-таблицей.
ЖЕСТКИЙ ДИСК
Минимальный элемент информации на жестком диске – кластер, который содержит несколько секторов.
Пример: Объем жесткого диска 2 Гбайта. На нем используется FAT16 (адреса записываются двухбайтовым числом). Определить объем кластера.
Решение: FAT16 может адресовать 216 = 65536 кластеров.
Объем диска 2 Гбайт = 220 Кбайт.
Минимальный размер адресуемого пространства (размер кластера) равен Vкластера = 220 Кбайт / 216 = 32 Кбайт

Файлам всегда выделяется целое число кластеров.
Каким бы маленьким не был файл, он всегда займет целый кластер. Например, файл, содержащий слово «информатика», составляет 11 байт, но на диске будет занимать целый кластер. Это приводит к большим потерям дискового пространства.
Недостатки FAT16:
Невозможно работать с дисками емкостью больше 4 Гбайт.
Большой размер кластера.
В корневом каталоге нельзя хранить более 512 элементов.
Достоинства FAT32:
Поддерживает диски емкость до 2 Тбайт.
Нет ограничений на количество папок в корневом каталоге.
Размер кластера равен 8 секторам или 4 Кбайтам для диска любого объема.

ТАБЛИЦА РАЗМЕЩЕНИЯ ФАЙЛОВ
FAT12. Файловая система для ОС Windows.
Выделяет 12 битов для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 212 = 4096 кластеров.
Объем кластера по умолчанию равен размеру одного сектора (512 байтов), и поэтому FAT12 не может использоваться для носителей информации объемом более:
512 байт × 4096 = 2 097 152 байт = 2048 Кбайт = 2 Мбайт.
FAT12 используется для дискет.
Примеры FAT- таблиц

FAT16. Файловая система для ОС Windows.
Выделяет 16 битов для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 216 = 65 536 кластеров.
Объем кластера не может быть более 128 секторов (64 Кбайт), и поэтому FAT16 не может использоваться для носителей информации объемом более:
64 Кбайт × 65 536 = 4 194 304 Кбайт = 4096 Мбайт = 4 Гбайт.
FAT16 используется для флэш-памяти.

FAT32. Файловая система для OC Windows.
Выделяет 32 бита для хранения адреса кластера, соответственно, она может адресовать 232 = 4 294 967 296 кластеров.
Объем кластера по умолчанию составляет 8 секторов (4 Кбайт), и поэтому FAT32 не может использоваться для носителей информации объемом более:
4 Кбайт × 4 294 967 296 = 17 179 869 184 Кбайт = 16 384 Гбайт = 16 Тбайт.
FAT32 используется для жестких дисков самого большого объема.

NTFS. Файловая система для ОС Windows.
Позволяет устанавливать различный объем кластера (от 512 байтов до 64 Кбайт, по умолчанию 4 Кбайт).
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.
NTFS по сравнению с FAT32 увеличивает надежность и эффективность использования дискового пространства.

ext3 и ReiserFS. Журналируемые файловые системы для ОС Unix. Блок (кластер) ext3 может иметь размер от 1 до 8 Кбайт. В ReiserFS в одном блоке могут быть размещены данные нескольких файлов. Максимальны размер файловой системы ReiserFS составляет 16 Тбайт.

ТАБЛИЦА РАЗМЕЩЕНИЯ ФАЙЛОВ
НFS. Иерархическая журналируемая файловая система для Mac OS.

CDFS. Файловая система для работы с оптическими CD- и DVD- дисками, базирующаяся на стандарте ISO 9660, согласно которому имя файла не может превышать 32 символа и глубина вложения папок – не более 8 уровней.


UDF. Мультисистемная файловая система для работы с оптическими CD-RW и DVD±RW дисками.

Подготовка

жесткого диска

к работе

Физические и логические диски
Для борьбы с нерациональными потерями или, просто, для удобства, часто жесткий диск разбивают на несколько разделов. Каждый такой раздел можно рассматривать как отдельный логический жесткий диск.

Виды форматирования
Полное форматирование включает в себя как физическое форматирование (проверку качества магнитного покрытия дискеты и ее разметку на дорожки и секторы), так и логическое форматирование (создание каталога и таблицы размещения файлов). После полного форматирования вся хранившаяся на диске информация будет уничтожена.

Быстрое форматирование производит лишь очистку корневого каталога и таблицы размещения файлов. Информация, то есть сами файлы, сохраняется и в принципе возможно восстановление файловой системы.

Дефрагментация дисков
Замедление скорости обмена данными может происходить в результате фрагментации файлов. Фрагментация файлов (фрагменты файлов хранятся в различных, удаленных друг от друга кластерах) возрастает с течением времени, в процессе удаления одних файлов и записи других.
Так как на диске могут храниться сотни и тысячи файлов в сотнях тысяч кластеров, то фрагментированность файлов будет существенно замедлять доступ к ним (магнитным головкам придется постоянно перемещаться с дорожки на дорожку) и в конечном итоге приводить к преждевременному износу жесткого диска. Рекомендуется периодически проводить дефрагментацию диска, в процессе которой файлы записываются в кластеры, последовательно идущие друг за другом.
Дефрагментация - процесс перезаписи частей файла в соседние сектора на жестком диске для ускорения доступа и загрузки.