Файловые системы FAT16 и FAT32

Министерство Высшего  Образования

ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра «Вычислительная  техника и инженерная кибернетика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 «Файловые системы FAT16 и FAT32.»

 

по дисциплине «Информатика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил   Студент  гр. БПЗ-09-02                          Шурков С.Е.

                                                                                                                                                   

Проверил    преподаватель                           Осипенко Е.Н.

 

 

 

 

Введение 

     

Фа́йловая систе́ма — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации ИТ-оборудования (использующего для многократной записи и хранения информации портативные флеш-карты памяти в портативных электронных устройствах: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. д) и компьютерной техники. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

 

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

 

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой  набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше). Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

 

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

 

Файловая система FAT16

 

   Файловая система FAT 16, являющаяся основной для операционных систем DOS, Windows 95⁄98⁄Me, Windows NT⁄2000⁄XP, а также поддерживается большинством других систем. FAT 16 представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Название происходит от названия метода организации файлов - Таблица размещения файлов (File Allocation Table). Эта таблица размещается в начале диска. Число 16 означает, что данная файловая система 16-разрядная - для адресации кластеров используется 16 разрядов. Операционная система использует Таблицу размещения файлов для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Кроме того, в Таблице фиксируются сведения о свободных и дефектных кластерах. Чтобы легче было осмыслить файловую систему FAT16 представьте себе оглавление книги и как вы работаете с этим оглавлением, вот именно также операционная система работает с FAT 16.

 

  Чтобы прочитать  файл, операционная система должна  найти по имени файла запись в папке и прочитать номер первого кластера файла. Первый кластер представляет собой начало файла. Затем необходимо прочитать соответствующий первому кластеру файла элемент FAT. Если элемент содержит метку- последний в цепочке, то дальше ни чего искать не нужно: весь файл умещается в одном кластере. Если кластер не последний, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера. Содержимое следующего кластера должно быть прочитано вслед за первым. Когда будет найден последний кластер в цепочке, то, если файл не занимает весь кластер целиком, необходимо отсечь лишние байты кластера. Лишние байты отсекаются по длине файла, хранящейся в записи папки.

 

  Чтобы записать  файл, операционная система должна  выполнить следующую последовательность  действий. В свободном элементе папки создается описание файла, затем ищется свободный элемент FAT, и ссылка на него размещается в записи папки. Занимается первый кластер, описываемый найденным элементом FAT. В этот элемент FAT помещается номер следующего кластера или признак последнего кластера в цепочке.

 

  Операционная система  действует таким таким образом,  чтобы собирать цепочки из  соседних кластеров по нарастанию  номера. Понятно, что обращение  к последовательно расположенным  кластерам будет происходить  значительно быстрее, чем к кластерам, случайным образом разбросанным по диску. При этом игнорируются уже занятые и помеченные в FAT как дефектные кластеры.

 

В файловой системе FAT16 под  номер кластера отведено 16 разрядов. Поэтому максимальное количество кластеров составляет 65525, а максимальный размер кластера 128 секторов. В таком случае максимальный размер разделов или дисков в FAT16 составляет 4,2 гигабайта. При логическом форматировании диска или раздела операционная система старается использовать минимальный размер кластера, при котором получающееся количество кластеров не превышает 65525. Очевидно, что чем больше размер раздела, тем больше должен быть размер кластера. Многие операционные системы неправильно работают с кластером размером в 128 секторов. В результате максимальный размер раздела FAT16 уменьшается до 2 гигабайт. Обычно чем больше размер кластера, тем больше становятся потери дискового пространства. Это связано с тем, что последний кластер, занимаемый файлом, заполнен лишь частично. Например, если файл размером 17 Кбайт записывается в раздел с размером кластера 16 Кбайт, то этот файл займет два кластера, причем первый кластер будет заполнен полностью, а во втором кластере будет записан только 1 Кбайт данных, а остальные 15 Кбайт пространства второго кластера останутся не заполненными и будут недоступными для записи других файлов. Если на больших дисках записывается большое количество маленьких файлов, то потери дискового пространства будут значительны. В следующей таблице приводятся сведения о возможных потерях дискового пространства при разных размерах раздела.

 

Размер раздела	Размер кластера	Потери дискового  пространства
127 Мб	2 Кб	2%
128-255 Мб	4 Кб	4%
256-511 МБ	8 Кб	10%
512-1023 МБ	16 Кб	25%
1024-2047 МБ	32 Кб	40%
2048-4096 Мб	64 Кб	50%

 

 

  Возможны два способа  уменьшения потерь дискового  пространства. Первый - разбиение дискового  пространства на мелкие разделы  с малым размером кластера. Второй - использование файловой системы  FAT32, в которой для нумерации  кластеров используется 28 разрядов, что позволяет значительно уменьшить размер кластера.

Из всего выше сказанного следует, что основными недостатками файловой системы FAT16 являются:

Невозможность поддержки  разделов диска размером больше 2 Гб;

Невозможность работы с  файлами размером более 2 Гб;

Невозможность работы с  жесткими дисками емкостью более 8 Гб;

Ограниченный размер корневой папки, которая может содержать  не более 512 элементов.

 

Файловая система FAT32

 

В 80 - годы, в сфере персональных компьютеров возник огромный кризис. Этот кризис заключался, прежде всего, в ограниченных возможностях системы FAT. Так, еще за десять лет до разработки системы FAT – 32, была разработана система FAT, которая была приспособлена под нужды DOS.

 

Однако система FAT позволяла работать с ограниченным объемом дисков, всего лишь 32 Mb и в том случае, если использовались диски большей вместимости, то в этом случае, данная файловая система оказывалась совершенно бесполезными.

 

Позднее, это повлекло к значительным изменениям в структуре  файловой системы в DOS 4. Все это  позволило работать с дисками  большой вместимости - до 128 Мб.

 

Позднее, именно для новой  операционной системы «Windows 95» была разработана система FAT – 32. Эта система была революционной файловой системой для того времени и позволяла использовать специальные области на диске, которые выделялись для организации пространства диска при его форматировании. Так, широко использовалась головная запись загрузки диска, таблица разбиения диска, а также запись загрузки и таблица размещения файлов. Все это позволяло разбивать диск на 512 областей (секторов).

 

Вообще, FAT 32 представляет собой цепь данных, которые связывают  между собой кластеры дискового  пространства и файлы. В базе данных кластеров существует только один элемент. Из них, первые два элемента представляют собой информацию о системе FAT – 32, а третий и последующий элементы ставятся в соответствии с кластерами дискового пространства. Вообще, данная файловая система была создана, чтобы преодолеть ограничения на размер тома в FAT - 16.

 

Самое большое число  кластеров в данной файловой системе  равно 268 435 445 кластеров. Данная система  позволяет использовать жесткие  диски размером до 32 Гб. Однако FAT может  поддерживать дисковые пространства размером до 2 терабайт! Первоначально данная файловая система применялась в составе Windows 95 OSR 2. Именно в данной файловой системе были расширены атрибуты файлов, которые позволили хранить время и дату создания, и модификацию последнего доступа к файлу или каталогу.

 

В настоящее время  файловой корневой каталог FAT - 32 можно  наращивать, подобно подкаталогу. Это  чрезвычайно важный и удобный  способ, который позволяет многократно  ускорить процесс работы с операционной системой.

 

Операционная система FAT – 32 также позволяет работать с любой из копий FAT 32.

 

Несомненно, и то, что  в том случае, если Вы захотите установить 2 или 3 операционные системы на один компьютер, Вам нужно будет сначала  проверить это на Вашем компьютере, а желательно использовать и образ.

 

Пройдет еще немало лет, пока компьютеры начнут работать с  объемами информации более 2 Тб, а это  означает, что еще долгое время FAT – 32 будет благополучно работать на компьютерах, несмотря на то, что NTFS уже  уверенно наступает ей «на пятки».

 

Сравнение FAT 16 и FAT 32

 

Возможности файловых систем FАТ32 гораздо шире возможностей FAT16. Самая важная ее особенность в  том, что она поддерживает диски  объемом до 2 047 Гбайт и работает с кластерами меньшего размера, благодаря  чему существенно сокращает объемы неиспользуемого дискового пространства. Например, жесткий диск объемом 2 Гбайт в FAT16 использует кластеры размером по 32 Кбайт, а в FAT32 - кластеры размером по 4 Кбайт. Чтобы по возможности сохранить совместимость с существующими программами, сетями и драйверами устройств, FAT32 реализована с минимальными изменениями в архитектуре, API-интерфейсах, структурах внутренних данных и дисковом формате. Но, так как размер элементов таблицы FAT32 теперь составляет четыре байта, многие внутренние и дисковые структуры данных, а также API-интерфейсы пришлось пересмотреть или расширить. Отдельные API на F АТ32-дисках блокируются, чтобы унаследованные дисковые утилиты не повредили содержимое FAT32-дисков. На большинстве программ эти изменения никак не скажутся. Существующие инструментальные средства и драйверы будут работать и на FAT32-дисках. Однако драйверы блочных устройств MS-DOS (например, Aspidisk.sys) и дисковые утилиты нуждаются в модификации для поддержки FAT32. Все дисковые утилиты, поставляемые Microsoft (Format, Fdisk, Defrag, а также ScanDisk для реального и защищенного режимов), переработаны и полностью поддерживают FAT32. Кроме того, Microsoft помогает ведущим поставщикам дисковых утилит и драйверов устройств в модификации их продуктов для поддержки FAT32. FAT32 эффективнее FAT16 при работе с дисками большего объема и не требует их разбиения на разделы по 2 Гбайт. Windows 98 обязательно поддерживает FAT16, так как именно эта файловая система совместима с другими операционными системами, в том числе сторонних компании. В MS-DOS реального режима и в безопасном режиме Windows 98, файловая система FAT32 работает значительно медленнее, чем FAT16. Поэтому, при запуске программ в режиме MS DOS желательно включить в файл Autoexec.bat или PIF-файл команду для загрузки Smartdrv.exe, что ускорит дисковые операции. Некоторые устаревшие программы, рассчитанные на спецификацию FAT16, могут сообщать неправильную информацию об объеме свободного или общего дискового пространства, если он больше 2 Гбайт. Windows 98 предоставляет новые API-интерфейсы для MS-DOS и Win32, которые позволяют корректно определять эти показатели. В таблице приведены сравнительные характеристики FAT16 и FAT32.

 

 

 

 

 

Сравнение характеристик FAT16 и FAT32