Кластеры и секторы

В предыдущем параграфе говорилось о том, что каждый файл, хранящийся на жестком диске, имеет свой собственный логический адрес. Начинается этот адрес с латинской буквы, обозначающий устройство. Заметим, что один физический жесткий диск может содержать несколько логических жестких дисков, при этом каждое логическое устройство живет как бы «своей жизнью». Каждый логический диск будет иметь свою букву.

Очевидно, что на жестком диске файлы и папки хранятся совершенно не так, как мы это видим на экране. На экране монитора, открыв одну из папок, мы видим ее содержимое. Открыв следующую из представленных папок, мы видим ее содержимое и т.д. Жесткий диск не предоставляет возможности «что-нибудь открывать», чтобы увидеть его содержимое, поскольку физически диск это и есть диск.

Физически жесткий диск – несколько стеклянных или пластиковых пластин, покрытых с двух сторон ферромагнитным слоем. Компьютер, как известно, работает только с дискретными данными, поэтому всю поверхность следует разделить на участки. Схематично, поверхность диска разделена диаметрами, образующими геометрические сектора, и концентрическими окружностями. Схематично это выглядит следующим образом:

Круг, который ограничивает каждая из концентрических окружностей называется цилиндром. Кольцо, образованное двумя ближайшими концентрическими окружностями называют дорожкой. Пересечение дорожки и геометрического сектора называется сектором (как это ни странно).[9] В дальнейшем будем использовать термин «сектор», обозначая именно данное пересечение.

Таким образом можно указать адрес для каждого сектора, используя порядковый номер цилиндра и геометрического сектора, то есть произвести форматирование дискового пространства. Такое форматирование пластины диска называется форматированием низкого уровня и выполняется на заводе.

Рисунок Реальный размер файла и размер файла на диске

Сектор – минимальный физический объем диска, который может быть занят данными. Обычно эта величина в 512 байт. Интересно, что сектора, находящиеся ближе к центру, и сектора, находящиеся ближе к краю, хотя и различаются по площади, но имеют одинаковый объем. 512 байт – очень маленькая величина и запоминать адрес каждого сектора было бы слишком нерационально для дисков, имеющих объем в гигабайтных диапазонах. Поэтому при логической разметке жесткого диска на нем создаются более крупные логические участки – кластеры, объединяющие несколько секторов. Размер кластера зависит от объема жесткого диска, но может меняться пользователем при форматировании по своему усмотрению.

Следует помнить, что при большом размере кластера остаются т.н. «хвосты», то есть частично заполненные кластеры. Например, если файл состоит из 10 кластеров, то 9 из них заполнены полностью, а десятый записан всего лишь на половину, то все равно весь кластер считается заполненным. Именно из-за таких «хвостов» занимаемое файлом место на диске бывает больше, чем реальный размер файла.

С другой стороны, малый размер кластера приводит к большей фрагментации данных, что снижает скорость обмена данными с жестким диском.

Записывая информацию на жесткий диск, компьютер не обязательно записывает весь файл целиком на соседние сектора. Напротив, запись происходит на любое свободное место на диске. Любой файл будет записан в любое свободное место, причем необязательно в свободное место должен помещаться весь файл. Файл будет разделен на несколько частей и записан на разные части жесткого диска – туда, где есть свободное место. Почему происходит именно так, очевидно, ведь при работе с компьютером некоторая информация удаляется, другая записывается. Любое освобожденное место должно быть пригодно для дальнейшей записи, даже самое маленькое. Это приводит к неизбежному побочному эффекту, называемому фрагментацией – явлении, при котором файл разбивается на множество отстоящих друг от друга частей – фрагментов. При чтении файла с диска его необходимо сначала собрать воедино, то есть прочесть все эти части. То есть, головке жесткого диска необходимо пробежаться по всем этим частям. Это приводит к значительной трате времени с одной стороны, и к преждевременному износу устройства с другой.

Для снижения побочных эффектов рекомендуется регулярно проводить дефрагментацию жесткого диска – сбор фрагментов каждого файла в одну область на жестком диске. В зависимости от интенсивности работы с жестким диском (частом удалении и записи) дефрагментацию рекомендуется проводить один раз в 2-6 месяцев.