Информатика: аппаратные средства персонального компьютера

Яшин Владимир Николаевич

6.6.2. Файловая система FAT

Файловая система FAT используется ОС MS DOS и ОС Windows для упорядочения файлов и управления ими. В основу данной файловой системы положена таблица размещения FAT (File Allocation Table), которая представляет собой структуру данных, создаваемую ОС при форматировании данных на ЗУ. ОС хранит в таблице размещения файлов сведения о каждом файле, чтобы при необходимости можно было извлечь нужный файл.

Файловая система FAT использовалась во всех версиях ОС MS-DOS, а также в первых версиях ОС Windows 95. Указанная

файловая система вполне удовлетворяла требованиям своего времени в основном потому, что сама по себе очень компактна и проста. Благодаря этому она успешно использовалась и используется в НГМД. Для хранения файла в FAT может использоваться один или несколько кластеров, стандартный размер кластера 512 байт. Минимальной единицей информации в файловой системе является кластер, который может включать в себя несколько секторов. Каждому кластеру диска в таблице FAT соответствует отдельная запись, которая либо указывает на следующий кластер файла, либо содержит метку конца файла. Кроме того, файловая система создает на диске каталог, представляющий собой базу данных имен файлов. В каталоге хранятся имена входящих в него файлов. Вместе с именем файла хранится и указатель на первый кластер этого файла. Помимо этого в каталоге хранятся дата создания файла, его размер и атрибуты. Атрибуты могут указывать на то, что файл является скрытым, зарезервированным для использования операционной системой, требует архивирования (резервного копирования) или предназначен только для чтения.

Файловая система FAT универсальна, распознается практически любой операционной системой, установленной на персональных компьютерах и рабочих станциях.

Однако наряду с указанными преимуществами файловая система FAT имеет значительные ограничения и недостатки: под имя файла отводится всего 12 байт, а работа с НЖМД большого объема приводит к значительной фрагментации файлов, т. е. фрагменты файлов хранятся в различных, удаленных друг от друга кластерах. Это обстоятельство приводит к замедлению работы компьютера при поиске или сохранении файла.

Существует несколько версий файловой системы FAT, среди которых наибольшее применение нашли файловые системы FAT 16 и FAT 32. Отличие этих файловых систем состоит в разрядности чисел, используемых в таблицах размещения файлов.

6.6.2.1. Файловая система FAT 16

Файловая система FAT 16 поддерживается ОС MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows 2000, а также некоторыми версиями ОС UNIX.

Цифра 16 в названии файловой системы указывает на число бит (двоичных разрядов), необходимых для хранения информации о номерах кластеров, используемых файлом, т. е. в таблице размещения файлов можно разместить не более 65536 записей (N = 2¹⁶ = 65 536, где N число записей).

Таким образом, файловая система FAT16 может осуществлять адресацию только к 65 536 кластерам, записанным на диске.

Файловая система FAT 16 имеет ряд существенных недостатков.

Первый и основной – это ограничение, которое накладывает файловая система FAT16 на максимальный объем тома (раздела) диска. Например, если учесть то обстоятельство, что максимальный объем кластера К = 32 Кбайта, то максимальный (теоретический) информационный объем дискового тома найдем из выражения V = К · N = 32 · 65536/1024 · 1024 = 2 Гбайта.

Современные НЖМД имеют объем памяти несколько десятков гигабайт, поэтому применение файловой системы FAT16 для них неэффективно.

Второй недостаток заключается в том, что для хранения всех файловых атрибутов система FAT использует всего 1 байт. Поэтому просто не представляется возможности хранить данные о правах доступа к файлу, его владельце и т. д.

Третий недостаток: при

использовании большего размера диска необходимо использовать больший размер кластера. В файловой системе файлам всегда выделяется целое число кластеров и один файл занимает, как минимум, один кластер. Например, для диска объемом 40 Гбайт размер кластера будет равен: 40 Гбайт/65536 = 640 Кбайт, а так как файлам выделяется целое число кластеров, то текстовый файл, содержащий (например) слово «кластер» и имеющий объем 7 байт, будет на диске занимать целиком кластер, т. е. 640 Кбайт дискового пространства. Получается, что физически файл занимает не 7 байт, а 640 Кбайт. Таким образом, использование файловой системы FAT 16 для дисков больших объемов памяти приводит к большим потерям свободного дискового пространства.

Четвертый недостаток: сведения о физическом расположении файлов хранятся в одном месте – таблице размещения файлов FAT. Это увеличивает вероятность повреждения и потери всей информации, хранящейся на диске. Кроме того, снижается скорость поиска файлов, так как для поиска определенного файла нужно обработать всю таблицу целиком.

Пятый недостаток заключается в том, что в файловой системе FAT 16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.

Таким образом, использование файловой системы FAT 16 в настоящее время неэффективно. Однако следует заметить, что она была создана достаточно давно и удовлетворяла требованиям того времени.

В табл. 6.3 показано соотношение между информационным объемом НЖМД и объемом кластера для файловой системы FAT16.

Таблица 6.3

6.6.2.2. Файловая система FAT32

Файловая система FAT32 является расширенной версией файловой системы FAT16, поддержка которой была впервые реализована в Windows 95В (известной также как OEM Service Release 2), выпущенной в августе 1996 г. Файловая система FAT32 поддерживается также ОС Windows 98, Windows 2000 и Windows ХР. Оригинальная версия Windows 95 и различные версии Windows NT не поддерживают FAT 32.

Файловая система FAT32 пришла на смену файловой системы FAT16. Основное отличие файловой системы FAT32 от файловой системы FAT16 заключается в том, что в таблице размещения файлов FAT можно разместить не 65 536 записей о номерах кластерах, а 268435445 (N = 2²⁸ = 268435456, где N – число записей; первые четыре двоичных разряда таблицы FAT используются файловой системой для служебных целей; кроме того, 11 чисел являются зарезервированными и не могут быть присвоены фактическим кластерам жесткого диска).

Таким образом, файловая система FAT32 может осуществлять адресацию к 268 435 445 кластерам, записанным на диске.

Одна из основных причин создания FAT32 состояла в необходимости более эффективно использовать дисковое пространство. В этой файловой системе используются кластеры меньшего размера для накопителей, емкость которых не превышает 8 Гбайт (размер кластеров при этом составляет 4 Кбайт), что позволяет на 10–15 % повысить эффективность использования дискового пространства накопителя по сравнению с накопителем в файловой системе FAT16. Кроме того, в файловой системе FAT32 увеличивается максимальный размер тома (раздела) диска. Так, если учесть, что максимальный объем кластера К = 32 Кбайт, то максимальный (теоретический) объем дискового тома найдем из выражения: V = К · N = 32 · 268 435 445/1024 · 1024 · 1024 = 8 Тбайт.