Запись информации на магнитные диски. Устройство и принцип работы магнитных дисков
Магнитные диски компьютера служат для длительного хранения информации (она не стирается при выключении ЭВМ). При этом в процессе работы данные могут удаляться, а другие записываться.
Выделяют жесткие и гибкие магнитные диски. Однако гибкие диски в настоящее время используются уже очень редко. Гибкие диски были особенно популярны в 80-90-х годах прошлого столетия.
Гибкие диски (дискеты), называемые иногда флоппи-дисками (Floppy Disk), представляют собой магнитные диски, заключенные в квадратные пластиковые кассеты размером 5,25 дюйма (133 мм) или 3,5 дюйма (89 мм). Гибкие диски позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.
Информация на магнитный диск записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических дорожек. При записи или чтении информации магнитный диск вращается вокруг своей оси, а головка с помощью специального механизма подводится к нужной дорожке.
Дискеты размером 3,5 дюйма имеют емкость 1,44 Мбайт. Данный вид дискет наиболее распространен в настоящее время.
В отличие от гибких дисков жесткий диск позволяет хранить большие объемы информации. Емкость жестких дисков современных компьютеров может составлять терабайты.
Первый жесткий диск был создан фирмой IBM в 1973 году. Он позволял хранить до 16 Мбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров, разбитых на 30 секторов, то он обозначался как 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, этот диск получил прозвище "винчестер".
Жесткий диск представляет собой герметичную железную коробку, внутри которой находится один или несколько магнитных дисков вместе с блоком головок чтения/записи и электродвигателем. При включении компьютера электродвигатель раскручивает магнитный диск до высокой скорости (несколько тысяч оборотов в минуту) и диск продолжает вращаться все время, пока компьютер включен. Над диском "парят" специальные магнитные головки, которые записывают и считывают информацию так же, как и на гибких дисках. Головки парят над диском вследствие его высокой скорости вращения. Если бы головки касались диска, то из-за силы трения диск быстро вышел бы из строя.
При работе с магнитными дисками используются следующие понятия.
Дорожка – концентрическая окружность на магнитном диске, которая является основой для записи информации.
Цилиндр – это совокупность магнитных дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков винчестера.
Сектор – участок магнитной дорожки, который является одной из основных единиц записи информации. Каждый сектор имеет свой собственный номер.
Кластер - минимальный элемент магнитного диска, которым оперирует операционная система при работе с дисками. Каждый кластер состоит из нескольких секторов.
Внешняя память - предназначена для долговременного хранения большого объема информации. Это энергонезависимая память, так как в ней хранится информация независимо от того подключен компьютер или нет к источнику электрического питания. В качестве внешней памяти компьютера используются различные диски, на которых хранится информация. Их и называют носителями информации.
В настоящее время используется три вида носителей информации:
- магнитные диски ,
- оптические диски,
- магнитооптические диски.
Магнитные диски - это диски, покрытые с двух сторон тонкой пленкой из магниточуствительного материала. Поверхности диска, на которые наносится информация, называются рабочими поверхностями.
Конструктивно магнитные диски выполняются двух видов:
- жесткие,
- гибкие.
Жесткие магнитные диски
Жесткие диски выполнены из твердого, но легкого металлического сплава. На жестких дисках выполнена внешняя память компьютера.
Она представлена устройством, называемым винчестер . Винчестер размещается в системном блоке компьютера и представляет собой несколько жестких магнитных дисков, закрепленных на общей оси. Вся эта конструкция помещается в корпус, называемый гермоблоком. Вопреки распространенному мнению этот корпус не является герметичным и сообщается с окружающим воздухом через специальный фильтр.
Это очень важный момент, так как при полной его герметичности любой перепад давления, например перевозка винчестера в грузовом отсеке самолета, привела бы к деформации корпуса винчестера и порче прецизионного механизма. Задача этого фильтра состоит в задерживании твердых частиц, находящихся в воздухе и недопущении их попадания вовнутрь гермоблока. Другой фильтр, располагаемый внутри корпуса, улавливает частицы, отлетающие от поверхности диска.
Информация на магнитных дисках размещается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Каждая дорожка делится на определенное количество участков, называемых секторами. Сектор хранит минимально доступное количество информации. Объем информации, размещаемой в секторе, составляет 512 байт. Один или несколько секторов, расположенных подряд, образуют кластер . Кластер - это минимальная единица информации, которая может быть записана или считана с диска.
В заголовках дорожек и секторов записаны их характеристики (номера, размер и др.), а после каждого сектора помещена контрольная сумма всех его данных. Сектора на дорожках не обязательно номеруются по порядку. Широко известен способ, когда сектора чередуются на дорожках не последовательно, а в порядке 1-4-7-2-5-8-3-6-9. Делается это для того, чтобы компьютер успевал получить все данные до подхода следующего по порядковому номеру сектора.
Доступ к информации на магнитном диске определяется четырьмя координатами:
- номер стороны диска,
- номер дорожки,
- номер сектора,
- номер байта.
Такой доступ называют доступом на физическом уровне. На диске информация хранится в виде файлов . Файл - это любая информация, имеющая имя и размещенная на носителе информации. При поиске нужной информации пользователь не указывает ее координаты, а дает ее имя. По имени файла операционная система компьютера ищет его физическое место на диске, которое указывается в специальных служебных таблицах. Следует иметь в виду, что сектора с содержанием какого - либо файла совсем не обязательно располагаются рядом в одном месте диска. При записи система активно использует свободные места. В результате отдельные части файла могут располагаться в различных частях диска. Операцией перемещения головок управляет контроллер накопителя.
В винчестере используются диски одного диаметра и располагаются друг под другом. Дорожки одного диаметра на различных дисках образуют цилиндр. Количество цилиндров, число дорожек на нем, а также количество секторов на дорожке определяет формат диска. Формат винчестера задается при его конструировании и никакому изменению не подлежит. Форматирование (разметка) винчестера всегда выполняется на заводе-изготовителе с использованием высокоточного стенда. Устройство диска и размещение дорожек на нем приведено на рис. 2.1
Магнитные
Рабочие поверхности
Рис.2.1 Схема разметки диска
Перед записью информации на вновь изготовленный магнитный диск его следует отформатировать , то есть разметить на дорожки и секторы. Это делается для того, чтобы сделать дисковую поверхность адресуемой.
При форматировании вся дисковая поверхность разделяется на две области:
- системная область,
- область данных.
В системной области находятся:
- загрузочная запись, в которой размещается системный загрузчик и блок параметров диска, определяющий формат диска;
- таблица размещения файлов (File Allocation Table - FAT), которая представляет собой карту области данных. В этой карте записывается состояние каждого кластера и устанавливается цепочка кластеров, занимаемых одним файлом. Файл занимает целое число кластеров, при этом последний кластер может быть задействован не полностью. Каждый элемент FAT содержит либо номер следующего кластера, принадлежащего одному файлу, либо специальный код:
- 0 - кластер свободен,
65521 - кластер дефектный,
65522 - кластер последний в файле.
В связи с особой важностью FAT хранится на диске в двух экземплярах:
- корневой каталог, в котором хранится информация о каждом файле (время создания, дата создания, размер) и номер кластера, указывающий физическое расположение файла или каталога в области данных. При удалении файла происходит не физическое стирание информации, а удаление только первого символа имени файла, после этого такой файл становится недоступным для стандартных команд операционной системы, и кластеры, которые файл ранее занимал, объявляются свободными. Информация на этих участках диска хранится до тех пор, пока в них не будет помещена новая информация.
В области данных размещается вся информация, из которой состоят файлы.
магнитная
магнитный диск
направление перемещения
Рис. 2.2. Схема записи и чтения информации с магнитных дисков.
На рис.2.2 приведена схема, позволяющая понять принцип записи и чтения информации на магнитные диски. При записи информации над дорожкой устанавливается магнитная головка, на расстоянии над поверхностью диска исчисляемом микронами. Головка представляет собой магнитопровод, на который намотана обмотка. В определенный момент времени в обмотку подается импульс напряжения одной полярности. Этот импульс порождает в обмотке импульс тока, а тот, в свою очередь, импульс магнитного потока.
Магнитный поток замыкается по магнитопроводу головки, проходит через воздушный зазор и через участок магнитной поверхности диска, находящегося в этот момент под магнитной головкой. Этот участок дорожки на магнитном диске намагничивается соответствующей полярностью. При подаче на головку импульса другой полярности, другой участок диска намагничивается противоположной полярностью. Участок, намагниченный одной полярностью, воспринимается как логическая единица , а участок, намагниченный противоположной полярностью, воспринимается как логический нуль . Таким методом записывается информация в закодированном виде.
При чтении информации все действия происходят в обратном порядке. Намагниченный участок диска, перемещаясь под магнитной головкой, наводит в ее обмотке импульс э.д.с. одной или другой полярности, что воспринимается как логическая единица или логический нуль.
Объем современных винчестеров исчисляется десятками Гбайт.
Гибкие магнитные диски
В качестве переносных носителей информации используются гибкие магнитные диски, называемые дискетами . Они выполняются на пластиковой основе и имеют диаметр 89 мм или 3.5 дюйма. Для предохранения рабочих поверхностей магнитного диска от случайных разрушений диск помещают в жесткий пластиковый конверт, который практически полностью закрывает рабочие поверхности диска. В нижнем углу конверта имеется переключатель защиты диска от записи. При положении переключателя в нижнем положении запись новой информации на дискету, а также удаление имеющейся информации становится невозможной.
Предельный объем хранимой информации этих дискет составляет 1.44 Мбайт. Перед нанесением информации на дискету в первый раз ее следует разметить, то есть отформатировать . Форматирование дискет осуществляется с помощью специальных программ. Операционная система Windows , устанавливаемая при продаже компьютера, содержит такую программу. Принцип разметки и нанесения информации на дискеты такой же, как и на жестких дисках, описанный выше.
Для работы с дискетами в компьютере предусмотрено устройство, называемое дисководом . Дисковод размещается в системном блоке, на передней его панели имеется щель, в которую вставляется дискета. При полностью вставленной дискете ее подвижная металлическая шторка отодвигается, открывая щель доступа магнитных головок к рабочим поверхностям для выполнения чтения или записи информации. При выполнении операций чтения или записи информации магнитные головки с помощью специального микродвигателя перемещаются в радиальном направлении от внешней границы дискеты к ее центру и наоборот. При этом сам магнитный диск вращается со скоростью порядка 300 об/мин. Для ориентации правильного расположения диска на его конверте располагается стрелка. Правильное положение вставленной в дисковод дискеты соответствует состоянию, когда эта стрелка находится на верхней поверхности, в левом углу впереди.
Недостатком магнитных дисков следует считать потерю или искажение информации при попадании этих дисков в магнитные поля , что приводит к размагничиванию диска. Такие случаи возможны, если дискета находится рядом с включенным электродвигателем или трансформатором, которые создают магнитные поля рассеивания.
В НГМД используют два основных метода записи: метод частотной модуляции (ЧМ) (рис. 13.2) и метод модифицированной ЧМ. В контроллере (адаптере) НГМД данные обрабатываются в двоичном коде и передаются в НГМД в последовательном коде.
Способ частотной модуляции является двухчастотным. При записи в начале тактового интервала производится переключение тока в МГ и направление намагниченности поверхности изменяется. Переключение тока записи отмечает начало тактов записи и используется при считывании для формирования сигналов синхронизации. Таким образом, этот способ обладает свойством самосинхонизации . Запись «1» и «0» производится в середине тактового интервала, причем при записи «1» в середине тактового интервала производится инвертирование тока, а при записи «0» - нет. При считывании в моменты середины тактового интервала определяют наличие сигнала произвольной полярности. Наличие сигнала в этот момент соответствует «1», а отсутствие - «0».
3. Формат записи информации на гибком магнитном диске
Организация размещения информации на дискете предполагает расположение данных пользователя вместе со служебной информацией, необходимой для нумерации отдельных областей, отделения их друг от друга, для контроля информации и т.д.
В
НГМД используют стандартные форматы
информации для унификации (обобщения)
НГМД и их адаптеров. Каждая дорожка на
дискете разделена на секторы. Размер
сектора является основной характеристикой
формата и определяет наименьший объем
данных, который может быть записан одной
операцией ввода-вывода. Применяемые в
НГМД форматы различаются числом секторов
на дорожке и объемом одного сектора.
Максимальное количество секторов на
дорожке определяется операционной
системой. Секторы отделяются друг от
друга интервалами, в которых информация
не записывается. Произведение числа
дорожек на количество секторов и
количество сторон дискеты определяет
ее информационную емкость.
Каждый сектор (рис. 13.3) включает две области: поле служебной информации и поле данных. Служебная информация составляет идентификатор сектора, позволяющий отличить его от других.
Адресный маркер - это специальный код, отличающийся от данных и указывающий на начало сектора или поля данных. Номер головки указывает одну из двух МГ, расположенных на соответствующих сторонах дискеты. Номер сектора - это логический код сектора, который может не совпасть с его физическим номером. Длина сектора указывает размер поля данных. Контрольные байты предназначены для контроля ошибок считывания.
Среднее время доступа к диску в миллисекундах оценивается по следующему выражению:
t ср = (N-1)t 1 /3+t 2 , (17.1)
где N - число дорожек на рабочей поверхности ГМД; t 1 - время перемещения МГ с дорожки на дорожку; t 2 - время успокоения системы позиционирования.
4. Адаптеры накопителей на гибких магнитных дисках
Адаптер НГМД переводит команды, поступающие из ПЗУ BIOS, в электрические сигналы, управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых с дискеты МГ, в информацию, воспринимаемую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера может быть размещено на системной плате ПЭВМ либо совмещено с оборудованием других адаптеров на отдельной плате модулей расширения. Возможно программирование длины записи данных, скорости перехода с дорожки на дорожку, времени загрузки и разгрузки МГ, а также передача данных в режиме ПДП или прерывания.
Один из вариантов построения структурной схемы адаптера НГМД приведен на рис. 13.4.
Дешифратор адреса распознает базовые адреса программно доступных регистров адаптера. Для ЦП адаптер НГМД доступен программно через регистр управления и два порта контроллера НГМД - регистр состояния и регистр данных. Значения отдельных разрядов регистра управления определяют выбор НГМД, сброс контроллера, включение двигателя, разрешение прерывания и ПДП.
О
сновным
функциональным блоком адаптера НГМД
является контроллер НГМД, реализуемый
конструктивно обычно в виде БИС
(интегральные микросхемы 8272 Intel, 765 NEC и
др.). Данный контроллер обеспечивает
управление операциями НГМД и определяет
условия обмена с центральным процессором.
Функционально контроллер подчинен ЦП
и программируется им. В контроллере
имеется регистр состояния и регистр
данных, в котором запоминаются данные,
команды и параметры о состоянии НГМД.
При записи регистр данных используется
как буфер, в который побайтно подаются
данные от процессора. Контроллер
принимает данные от регистра и преобразует
их в последовательный код, используемый
при частотном методе записи.
Контроллер НГМД выполняет следующий набор команд : позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния НГМД и др. Каждая команда выполняется в три фазы : подготовительной, исполнения и заключительной. В подготовительной фазе ЦП передает контроллеру байты управления, которые включают код операции и параметры, необходимые для ее исполнения. На основании этой информации в фазе исполнения контроллер выполняет действия, заданные командой. В заключительной фазе через регистр данных считывается содержимое регистров состояния, хранящих информацию о результате выполнения команды и состоянии НГМД. В ЦП передаются условия завершения операции.
Таблица 13.1
Назначение сигналов интерфейса НГМД
|
Обозначение сигнала |
Назначение сигнала |
Направление |
|
Индекс/сектор | ||
|
Выбор накопителя 0 | ||
|
Выбор накопителя 1 | ||
|
Мотор включить | ||
|
Направление шага | ||
|
Данные записи | ||
|
Разрешение записи | ||
|
Дорожка 00 | ||
|
Данные воспроизведены | ||
|
Выбор поверхности | ||
|
Накопитель готов |
Управление обменом между ЦП и адаптером НГМД осуществляется схемой сопряжения с системной шиной. Двунаправленный формирователь данных согласует электрические параметры шины данных системной и внутренней шины адаптера. Обмен информацией между адаптером и ЦП происходит в двух режимах : ПДП и прерываний. Программная поддержка работы адаптера обеспечивается драйвером, входящим в состав ОС.
Сопряжение интерфейса НГМД с адаптером НГМД осуществляется гибким кабелем. Все сигналы интерфейса НГМД имеют стандартный ТТЛ-уровень (табл. 13.1).
В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально она использовалась только для хранения звука.
На ЭВМ первого и второго поколений магнитная лента использовалась как единственный вид сменного носителя для устройств внешней памяти. На одну катушку с магнитной лентой помещалось приблизительно 500 Кб информации.
С начала 1960-х годов появляются магнитные диски: алюминиевые или пластмассовые диски, покрытые тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам.
Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем информации или дисководом. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в дисковод компьютера (традиционно называются винчестерами).
Магнитный принцип записи и считывания информации
В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положенонамагничивание ферромагнетиков в магнитном поле , хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явленииэлектромагнитной индукции .
В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.
В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).
Гибкие магнитные диски
Персональные компьютеры до недавнего времени комплектовались накопителем на гибких магнитных дисках (НГМД), который в прайс-листах называется FDD – Floppy Disk Drive (дисковод для флоппи-дисков). Сами флоппи-диски называют дискетами. Наиболее распространенный тип гибкого диска диаметром 3,5 дюйма (89 мм) вмещает 1,44 Мб информации.
Сам 3.5-дюймовый гибкий диск с нанесенным на него магнитным слоем заключен в жесткий пластмассовый конверт, который предохраняет дискету от механических повреждений и пыли.
Для доступа магнитных головок чтения-записи к дискете в ее пластмассовом корпусе имеется прорезь, которая закрывается металлической задвижкой. Задвижка автоматически отодвигается при установке дискеты в дисковод.
В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает ее с постоянной угловой скоростью. При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска (трек), на которую и производится запись или с которой производится считывание информации.
О бе стороны дискеты покрыты магнитным слоем и на каждой стороне имеется по 80 концентрических дорожек (треков) для записи данных. Каждая дорожка разбита на 18 секторов, и в каждый сектор можно записать блок данных размером 512 байт .
При выполнении операций чтения или записи дискета вращается в дисководе, а головки чтения-записи устанавливаются на нужную дорожку и получают доступ к указанному сектору.
Скорость записи и считывания информации составляет около 50 Кбайт/с. Дискета вращается в дисководе со скоростью 360 оборотов/мин.
В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.
Гибкие диски в настоящее время выходят из употребления.
Жесткие магнитные диски
Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) или, как его чаще называют, винчестер или жесткий диск (Hard Disk ), является основным местом хранения данных в персональном компьютере. В прайс-листах винчестеры указываются как НDD - Hard Disk Drive (Дисковод жесткого диска).
Происхождение названия «винчестер» имеет две версии. Согласно первой, фирма IВM разработала накопитель на жестком диске, на каждой из сторон которого умещалось по 30 Мбайт информации, и который имел кодовое название 3030. Легенда гласит, что винтовка типа «Винчестер 3030» завоевала Запад. Такие же намерения были и у разработчиков устройства.
По другой версии, название устройства произошло от названия города Винчестер в Англии, где в лаборатории IBM была разработана технология изготовления плавающей головки для жестких дисков. Изготовленная по этой технологии головка чтения-записи благодаря своим аэродинамическим свойствам как бы плывет в потоке воздуха, который образуется при быстром вращении диска.
Винчестер представляет собой один или несколько жестких (алюминиевых, керамических или стеклянных) дисков, размещенных на одной оси, покрытых магнитным материалом, которые вместе с головками чтения-записи, электроникой и всей механикой, необходимой для вращения дисков и позиционирования головок заключены в неразборный герметичный корпус.
Укрепленные на шпинделе электродвигателя, диски вращаются с высокой скоростью (7 200 оборотов в минуту), а информация читается/записывается магнитными головками, количество которых соответствует числу поверхностей, используемых для хранения информации.
Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика – может достигать 300 Мбайт/с.
Ёмкость современных жёстких дисков (на ноябрь 2010 г.) достигает 3 000 ГБ (3 Терабайт).
Существуют переносные винчестеры – они устанавливаются не внутри системного блока, а подключаются к компьютеру через параллельный порт или через порт USB.
В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
Пластиковые карты
В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.
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 (2 16) 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.