Dyski_twarde_od_A_do_Z.pdf

Dyski twarde od A do Z

Z muzeum

Historia pamięci masowych sięga połowy dziewiętnastego wieku – już wtedy używano kart perforowanych

do wprowadzania danych do mechanicznych maszyn liczących. Pierwsze elektroniczne komputery korzystały z

pamięci zbudowanej z lamp elektronowych, potem zaczęły pojawiać się różnej maści pamięci magnetyczne –

bąbelkowe, taśmowe, bębnowe. Pierwszy w historii twardy dysk pojawił się w 1957 roku. Wtedy to IBM

zaprezentował urządzenie o nazwie RAMAC 350 – złożony z pięćdziesięciu 24-calowych dysków zespół miał

pojemność 5 MB, a koszt jego rocznej dzierżawy wynosił 35 tys. dolarów; jak nietrudno policzyć, oznaczało to 7

tys. dolarów za megabajt... W epoce maszyn mainframe budowano całe „farmy dysków” z zamkniętymi w

klimatyzowanych pomieszczeniach zestawami talerzy o średnicach 14 czy 8 cali, wartymi grube dziesiątki tysięcy

dolarów. Pojawienie się IBM PC w roku 1981 wcale nie zapowiadało rewolucji w dziedzinie pamięci masowych –

system operacyjny „prapeceta” zawierał procedury obsługi pamięci w postaci magnetofonu kasetowego, choć

oczywiście istniała także możliwość korzystania ze stacji dyskietek. Lista opcjonalnego wyposażenia IBM PC/XT z

roku 1983 obejmuje już twardy dysk o pojemności 5 lub 10 MB – ówczesne napędy o znajomej średnicy 5,25"

miały wysokość trzech cali (podobnie zresztą, jak wczesne stacje dyskietek) i stąd właśnie określenie „full height”

(współczesny czytnik CD-ROM to „half height”). W roku 1984 Western Digital skonstruował - dzierżący przez kilka

lat godność „standardu przemysłowego”, zastosowany w IBM PC/AT interfejs ST506, zaś w 1986 – opracowany do

spółki z firmą Compaq dobrze nam znany interfejs IDE (Integrated Drive Electronics). Mniej więcej rok później w

komputerach stacjonarnych zaczęto instalować dyski 3,5" (o wysokości 1", czyli „low profile”) – dopiero potem

znalazły one zastosowanie w przenośnych laptopach. Postęp technologii powodował ciągły wzrost pojemności i

szybkości urządzeń, przy jednoczesnym spadku zapotrzebowania na energię, coraz mniejszej hałaśliwości i

większej niezawodności. Wyniki tego wyścigu obserwujemy na co dzień. W dwudziestoletniej historii PC

najbardziej eksponowany był zawsze postęp technologii półprzewodnikowej. Postęp w innych, bezpośrednio z nią

związanych dziedzinach technologii był zawsze mniej eksponowany – w ciągu tego samego czasu, gdy stopniowo

dokonywano 100-krotnego przyspieszania zegara procesora, pojemność typowego dysku stałego wzrosła 1000-

krotnie. Dysk stały, dopóki działa i do momentu, gdy mieszczą się na nim bez kłopotów nasze dane i programy,

rzadko bywa przedmiotem szczególnego zainteresowania. Tylko w momencie zakupu staramy się uzyskać

możliwy kompromis pomiędzy pojemnościami – dysku i portfela, później dysk schodzi do swojej służebnej roli.

Tymczasem od pojemności i szybkości dysku zależy wydajność komputera i wygoda jego użytkowania, a

niezawodność dysku to w wielu przypadkach sprawa nie tylko bardzo ważna, ale wręcz kluczowa. Przeciętny

użytkownik komputera traktuje dysk jako „czarne pudełko” zdolne do zapamiętania pewnej ilości danych – im

więcej, tym lepiej. Bardziej dociekliwi zwracają uwagę również na jego parametry wydajnościowe – średni czas

dostępu do danych oraz szybkość odczytu i zapisu. Parametry eksploatacyjne każdego urządzenia wynikają z jego

konstrukcji, dlatego najdociekliwsi użytkownicy lubią wiedzieć również, co jest wewnątrz „czarnego pudełka” i jak to

działa.

Budowa

Stosowana w dyskach sztywnych technika zapisu nie odbiega od tej, z jaką mamy do czynienia w

magnetofonie czy w kartach telefonicznych, a także w dyskietkach. Wytwarzane przez elektromagnetyczną głowicę

pole magnetyczne powoduje uporządkowanie domen magnetycznych w nośniku ferromagnetycznym o szerokiej

pętli histerezy, a ruch tak zapisanego nośnika w pobliżu głowicy odczytującej powoduje w niej indukcję sygnału

elektrycznego, odpowiadającego zapisanym danym. Współczesna technologia do odczytu danych używa, zamiast

głowic indukcyjnych, półprzewodnikowych elementów magnetorezystywnych, umożliwiających zwiększenie

zarówno odczytywalnej gęstości zapisu, jak i zwiększenie szybkości odczytu. Dysk stały naszego PC to wirujący

talerz lub zespół talerzy o powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym, a odpowiednio ustawiane na tych

powierzchniach głowice zapisują i odczytują dane. Głowice umieszczone są na przypominającym ramię gramofonu

ramieniu pozycjonującym i dociskane do powierzchni dysku sprężynami, ale podczas obrotów dysku nie stykają się

z nią – powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy „poduszka powietrzna” utrzymuje głowice nad powierzchnią.

Rozwiązanie takie nazywane jest „pływającymi głowicami” i jak na razie jest bezkonkurencyjne i stosowane

powszechnie, chociaż są już w toku prace nad innymi sposobami prowadzenia głowic.

Jak już wspomniałem, głowice dysku są zamontowane na konstrukcji obrotowej, budzącej skojarzenie z ramieniem

gramofonu. Słuszne optycznie skojarzenie nie jest jednak prawdziwe. Podczas gdy ramię gramofonu było

prowadzone przez ścieżkę zapisu na płycie, to z ramieniem głowic dysku jest zupełnie inaczej – musi ono być

ustawione tak, by głowice znalazły się nad odczytywaną właśnie ścieżką (czy raczej – na odczytywanym

„cylindrze”). W pierwszych konstrukcjach dysków sztywnych pozycjonowanie głowic było realizowane przez

mechanizm napędzany silnikiem krokowym (rozwiązanie takie jest do dziś stosowane w napędach dyskietek). W

miarę wzrostu wymagań szybkościowych stosowano inne rozwiązania, spośród których optymalnym jak na razie

okazało się voice coil, czyli układ magnetodynamiczny, wzorowany na stosowanym w głośnikach (stąd nazwa) –

umieszczona w polu silnego magnesu stałego cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem,

ustawiając w odpowiedniej pozycji związane z nią mechanicznie ramię głowic dysku. Technika ta pozwoliła na

zmniejszenie czasu pozycjonowania głowic na zadanej ścieżce z kilkudziesięciu do kilku milisekund, a przy

przejściach pomiędzy kolejnymi ścieżkami nawet poniżej jednej milisekundy. Tradycyjnie w komputerze PC AT

adresowanie dysku przez przerwanie 13 BIOS-u (INT 13) odbywało się za pomocą trzech parametrów: cylindra,

głowicy i sektora (tzw. adresowanie CHS od słów Cylinder, Head, Sector). Konwencjonalne funkcje INT 13 używały

24 bitów do reprezentacji adresów, zatem możliwe było jedynie zaadresowanie obszaru o pojemności 8,4 GB

(224×512 bajtów/sektor = 8,4 GB). W celu przekroczenia tej granicznej wartości producenci wprowadzili dwa

nowsze sposoby (stosowane właśnie w dzisiejszych dyskach) adresowania. Pierwszy polegał na rozszerzeniu

reprezentacji adresu w konwencji CHS do 32 bitów, drugi – częściej stosowany – używał zupełnie odmiennej

metody noszącej nazwę LBA. W metodzie LBA (Logical Block Addressing) stosowane jest adresowanie 28-bitowe,

co pozwala na zaadresowanie obszaru do granicznej (znowu!) pojemności wynoszącej: 228×512 bajtów/sektor =

137,4 GB. Jest to wartość jak na razie nieosiągalna dla przeciętnego posiadacza komputera (dla producentów –

owszem; nie tak dawno Quantum poinformowało o wyprodukowaniu dysku o pojemności ponad 200 GB!). Ten

właśnie tryb adresowania jest zalecany i zaimplementowany w BIOS-ach większości dzisiejszych PC-tów. Zapis na

dysku dokonywany jest w formie koncentrycznych ścieżek, podzielonych na sektory. Dość tajemnicze pojęcie

„cylinder”, występujące w opisie parametrów dysku i nie znajdujące bezpośredniego odbicia w jego konstrukcji, to

grupa ścieżek o tym samym numerze na wszystkich powierzchniach roboczych. Liczba głowic odpowiada liczbie

roboczych powierzchni talerzy dysku. Taki opis parametrów fizycznych dysku oraz wynikający z niego tryb

adresowania stanowiły pierwotnie podstawę rozumienia zapisu na dysku przez wszystkie systemy operacyjne.

Opis CHS (cylinder/head/sector) sprawdzał się bardzo dobrze w czasach, gdy całością procesu zapisu i odczytu

danych zarządzała jednostka centralna przy współudziale dość prymitywnego sterownika. Nietrudno jednak

zauważyć, że całkowita długość pierwszej, najbardziej zewnętrznej ścieżki jest znacznie większa od długości

ostatniej, najbliższej osi talerza. Liniowa gęstość zapisu jest stała dla wszystkich ścieżek (po prostu –

maksymalna), a przy stałej liczbie sektorów na każdej kolejnej ścieżce (licząc od ostatniej do pierwszej)

marnowałaby się coraz większa ilość miejsca. Dlatego już od dość dawna stosuje się technikę MZR (Multiple Zone

Recording), maksymalnie wykorzystującą dostępną powierzchnię talerzy – liczba sektorów w ostatnim cylindrze

dysku, wynikająca z liniowej gęstości zapisu, pozostaje stała w kolejnych cylindrach do chwili, gdy ilość wolnego

miejsca pozwoli na dodanie jednego sektora więcej. Na dysku powstają w ten sposób kolejne strefy,

charakteryzujące się rosnącą liczbą sektorów w miarę zbliżania się do krawędzi talerza. W początkowym okresie

stosowania MZR praktykowano technikę przeliczania geometrycznej lokalizacji danych na logiczne parametry

systemu CHS. Wymagało to dość kłopotliwego, ręcznego wprowadzania parametrów przeliczeniowych

konkretnych modeli dysków do pamięci konfiguracji systemu (tzw. Setup). Od problemu indywidualnych

parametrów dysków uwolniły nas dopiero: z jednej strony rozwój interfejsu ATA, dzięki któremu system był w stanie

samodzielnie odczytać z dysku i przyjąć do wiadomości przeliczeniowe parametry, z drugiej zaś – wprowadzenie

BIOS-u funkcji obsługi trybu LBA (Logical Block Addressing), uniezależniającego adresowanie danych na dysku od

ich fizycznej lokalizacji na nim.

Kodowanie danych

Zapis danych binarnych w formie magnetycznej nie jest dokonywany bezpośrednio „bit w bit” – dane

przeznaczone do zapisu są kodowane według pewnych algorytmów, których zadaniem jest usprawnienie odczytu,

a także zapewnienie większej jednoznaczności zapisu. Kodowanie danych przeznaczonych do zapisu składa się z

dwu faz – najpierw do zapisywanych danych dodawane są dane nadmiarowe umożliwiające detekcję i korektę

ewentualnych błędów odczytu (CRC – Cyclic Redundancy Code – najprostszy, a zarazem jeden z

najefektywniejszych algorytmów wprowadzania danych nadmiarowych dla celów korekcji błędów), następnie zaś

wynikowe wartości są przekształcane tak, by uniknąć powtarzania dłuższych ciągów powtarzających się zer czy

jedynek. Historycznie pierwszym systemem kodowania danych był MFM, dziś już zupełnie nie stosowany, wyparty

następnie przez kodowanie RLL (Run Lenght Limited) stosowane w dyskach sztywnych do niedawna, a wciąż

jeszcze używane przy zapisie na dyskietkach. Obecnie powszechnie stosowaną techniką kodowania danych na

dysku jest PRML (Partial Response Maximum Likelihood), która zapewnia największą efektywną gęstość zapisu, a

także najniższą stopę błędu odczytu danych. Technika PRML wymaga stosowania w układach sterujących dysku

specjalizowanych procesorów o dużej mocy, jednak technologie krzemowe są obecnie na tyle tanie, że uzyskiwane

dzięki nim zwiększenie gęstości zapisu z nawiązką wyrównuje nieco wyższy koszt wbudowanej w dysk

elektroniki.

MZR - Multiple Zone Recording - zapis wielostrefowy

Nietrudno zauważyć, że w wyniku podziału każdej ścieżki na stałą liczbę sektorów, sektory znajdujące się

dalej od osi dysku będą znacznie dłuższe (długość sektorów wewnętrznych jest ograniczona „od dołu”

maksymalnym upakowaniem bitów na jednostkę powierzchni). Aby zapobiec ewidentnemu marnotrawstwu,

podzielono dysk na kilka stref o określonej liczbie sektorów (od 60 do 120 sektorów na ścieżkę), coraz większej dla

stref bliższych obwodowi dysku. Zysk jest ewidentny (o około 25% większa pojemność i wydajność), przy okazji

wychodzi na jaw drobne oszustwo: jak to się ma do liczby sektorów na ścieżkę deklarowanej w „Setupie” BIOS?

Ano, BIOS mówi swoje, a elektronika dysku po cichu dokonuje przeliczeń... Mało tego, wewnątrz dysku dzieje się

jeszcze coś, o czym ani użytkownik, ani system operacyjny nie mają zielonego pojęcia. Chodzi mianowicie o

system obsługi błędów. Oczywiście, dane zapisywane na dysku wyposażone są w dodatkowe informacje

umożliwiające funkcjonowanie systemu korekcji „w locie” (ECC on the fly, kodowanie Reed-Solomon itd). Oprócz

tego jednak na każdej ścieżce zarezerwowana jest pewna liczba sektorów, które w przypadku pojawienia się

fizycznych uszkodzeń nośnika „podstawiane” są przez wewnętrzny mikroprocesor napędu zamiast sektorów

wadliwych – dzieje się to całkowicie niezauważalnie dla świata zewnętrznego. Notabene, wewnętrzne układy

mikroprocesorowe, w które wyposażone są współczesne napędy, mają moc przetwarzania porównywalną z co

najmniej z IBM PC/AT.

G ł łowice magnetorezystywne

Twardy dysk ze swoimi maleńkimi elementami wykonanymi z dokładnością przy której, zegarmistrzowska

precyzja przypomina raczej kowalską robotę to w istocie arcydzieło technologii. Prawdziwym cudem jest jednak

głowica. W nowoczesnych konstrukcjach stosuje się tak zwane głowice magnetorezystywne. Gwoli ścisłości

powinno się raczej używać określenia „hybrydowe” – do zapisu danych służy elektromagnetyczna głowica

cienkowarstwowa (jej mikroskopijna ceweczka ma około 10 zwojów), głowica magnetorezystywna służy do

odczytu. Wykorzystuje ona efekt zmiany oporności elektrycznej specjalnego materiału (stop żelaza i niklu) przy

zmianie pola magnetycznego i jest o wiele czulsza od głowicy elektromagnetycznej. Pozwala to znacznie

zmniejszyć powierzchnię zajmowaną przez każdy bit informacji, a więc – zwiększyć gęstość zapisu. Współczesne

dyski charakteryzują się gęstością rzędu 1 gigabita na cal kwadratowy, zaś w laboratoriach IBM (to właśnie w nich

stworzono pierwsze głowice magnetorezystywne) osiągnięto w grudniu 1996 roku gęstość 5 gigabitów na cal

kwadratowy. Przy tej gęstości na jednym calu długości ścieżki mieści się 240 tysięcy bitów, na jeden cal promienia

dysku przypada 21 tysięcy ścieżek, a jeden bit zajmuje powierzchnię 1,2 na 0,1 mikrometra (przekrój ludzkiego

włosa zmieściłby około 1000 bitów). Dzięki doskonaleniu technologii GMR (Giant Magnetoresistive Effect)

naukowcy przewidują osiągnięcie przed końcem wieku gęstości 10 Gb na cal kwadratowy.

Pozycjonowanie g ł łowicy

Kiedyś na potrzeby „nawigacji” zarezerwowana była cała jedna powierzchnia dysku, na której zapisane

były znaczniki ścieżek i sektorów dla pozostałych głowic – system taki nazywał się „dedicated servo”. Dzisiejsze

napędy wykorzystują technologię „embedded servo” – znaczniki umieszczone są na powierzchniach roboczych i

przemieszane z obszarami danych. Wiąże się to co prawda z przydzieleniem elektronice dysku dodatkowych

zajęć, pozwala jednak zwiększyć efektywną pojemność urządzenia. W celu uniknięcia błędów odczytu głowica

musi znajdować się dokładnie nad środkiem danej ścieżki. Nie jest to wcale łatwe zadanie, gdyż pod wpływem

ciepła materiał, z którego wykonane są płyty dysku, może ulec odkształceniom. W odróżnieniu od tradycyjnej

techniki Servo, przy której głowica musiała regularnie korzystać ze ścieżki sterującej, aby zoptymalizować swoją

pozycję, mechanizm Embedded Servo wykorzystuje informacje sterujące zapisane na każdej ścieżce. Głowice

zapisująco – odczytujące mogą więc korzystać z nich przez cały czas, co umożliwia dokładniejsze pozycjonowanie.

Technika Embedded Servo działa na podobnej zasadzie, jak automatyczny pilot, który nieprzerwanie dba o

utrzymanie właściwego toru lotu. Stosowana dawniej okresowa kalibracja głowicy dysku powodowała natomiast

dodatkowe przerwy w transmisji danych.Inteligentne układy sterujące pozwoliły także zmienić sposób przesuwania

głowicy nad szukaną ścieżkę – niegdyś służyły do tego stosunkowo powolne i zawodne silniczki krokowe (do dziś

używane w stacjach dyskietek zdradzają swą obecność charakterystycznym burczeniem), teraz delikatne jak

piórko kolibra ramię głowicy wychylane jest na podobieństwo wskazówki miernika elektrycznego za pomocą cewki,

przez którą przepływa prąd o odpowiednio dobranym natężeniu (tzw. voice coil) – dzięki temu średni czas dostępu

do danych to dziś 10 lub mniej milisekund. Niektóre firmy stosują technologię „Read on Arrival”, wykorzystującą

mechanizm korekcji błędów – pierwsza próba odczytu podejmowana jest jeszcze zanim głowica ustabilizuje się

nad żądaną ścieżką; albo próba się powiedzie, albo skutecznie zadziała mechanizm korekcji błędu odczytu, w

najgorszym przypadku trzeba będzie ponowić odczyt – nic do stracenia, a można zyskać cenne milisekundy.

PRML (Partial Response Maximum Likelihood)

Większość napędów jeszcze do niedawna podczas odczytu danych używała techniki zwanej peak

detection (wykrywanie wartości ekstremalnych – maksimum siły sygnału). W miarę wzrostu gęstości zapisu

rozróżnienie sąsiednich wartości szczytowych sygnału od siebie nawzajem i od tzw. tła stawało się coraz

trudniejsze. Problem ten rozwiązywano wstawiając pomiędzy sąsiadujące szczyty („jedynki”) rozdzielające chwile

ciszy („zera”). Takie postępowanie sprowadzało się do kodowania zerojedynkowych ciągów za pomocą ciągów

bardziej przejrzystych, czyli łatwiej identyfikowalnych, lecz z konieczności dłuższych. To oczywiście obniżało

efektywną gęstość zapisu danych, a w konsekwencji także wydajność napędu. Z pomocą przyszła opracowana na

potrzeby długodystansowej komunikacji w przestrzeni kosmicznej technologia PRML (Partial Response Maximum

Likelihood). Pochodzący z głowicy odczytującej analogowy sygnał jest próbkowany w wielu miejscach, a następnie

cyfrowo filtrowany przez wbudowany w elektronikę dysku dedykowany procesor sygnałowy DSP. Uzyskaną w ten

sposób próbkę analizuje się algorytmem Viterbi. Sprawdza on wszystkie kombinacje danych, które mogły

wygenerować zbliżony ciąg i wybiera tę najbardziej prawdopodobną. Umożliwia to dodatkowe zwiększenie czułości

kanału odczytu i istotne zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia błędów odczytu. Najlepsze efekty daje

połączenie technologii PRML z magnetorezystywną głowicą odczytującą ze względu na dobrą jakość

generowanego przez nią sygnału analogowego. Głowica magnetorezystywna (MRH) wykorzystuje inne zjawisko

fizyczne niż głowice, zbliżone konstrukcją do stosowanych w zwykłych magnetofonach. Element czytający MRH

jest wykonany z substancji zmieniającej oporność w polu magnetycznym, więc namagnesowanie nośnika

bezpośrednio rzutuje na natężenie płynącego przez głowicę MR prądu. Istotną zaletą technologii MR jest większa

czułość, pozwalająca na radykalne zwiększenie gęstości zapisu, a co za tym idzie – wzrost pojemności napędu

przy zachowaniu jego rozmiarów. PRML oznacza także inną metodę kodowania danych na dysku: o ile przejście

ze starej metody MFM (Multiple Frequency Modulation) na bardziej zaawansowaną RLL (Run Length Limited)

oznaczało wzrost upakowania danych o około 50%, PRML daje tu kolejne 20-40% zysku (różne źródła podają

różne wartości).

FAT

Fat - system plików

Jednostką objętości zapisu na dysku jest sektor, mieszczący 512 bajtów danych, a wraz z nimi również

dane nadmiarowe zapewniające skuteczną korekcję błędów odczytu. Ale nasze dane rzadko mieszczą się w tak

skromnej objętości. Jak zachować ich ciągłość przy podziale na poszczególne sektory? Skąd system operacyjny

ma wiedzieć, które sektory wchodzą w skład danego pliku? Każdy z systemów operacyjnych ma własny,

specyficzny system opisu danych na dysku, zwany systemem plików. Niektóre, bardziej zaawansowane systemy

operacyjne są w stanie posługiwać się równolegle kilkoma systemami plików dyskowych. Najprostszym systemem

plików jest, używany przez DOS i Windows, system oparty na tablicy alokacji plików FAT (File Allocation Table).

System ten, pierwotnie stworzony na potrzeby zapisu na dyskietkach, dzięki swojej prostocie trafił do obsługi

dysków sztywnych w systemach Microsoftu. System FAT początkowo traktował jako jednostkę alokacji danych

pojedynczy sektor, w wyniku czego przy 16-bitowej architekturze systemu operacyjnego umożliwiał obsługę

dysków o pojemnościach nie przekraczających 32 MB (65536 sektorów). Obsługę większych pojemności

umożliwiło dopiero użycie większych jednostek alokacji, nazywanych klastrami (ang. cluster – pęczek, grono). Przy

obsłudze woluminów większych od 32 MB wielkość klastra jest zależna od wielkości woluminu i w przypadku np.

dysku o pojemności 1 GB klaster liczy sobie 16 kB, a dysk 2,5 – gigabajtowy wymaga już klastrów o pojemności 64

kB. Każdy zapisany plik to trochę zmarnowanej przestrzeni, średnio połowa pojemności klastra, bo przecież

długość plików jest wielkością przypadkową. W przypadku, gdy dysk służy do przechowywania bazy danych,

złożonej z kilku plików po kilkaset megabajtów, nie ma to żadnego znaczenia, ale w przypadku kilku tysięcy plików

o różnych długościach, jakie znajdują się na dysku typowego użytkownika, może to być kilkanaście megabajtów

straconego miejsca. A w dodatku system odczytuje całe klastry – w przypadku potrzeby wczytania liczącego sobie

300 bajtów pliku, np. *.ini, system żąda od dysku odczytu całego klastra. Oprócz straty miejsca jest to również

strata czasu!

Dzięki rozmaitym rozszerzeniom i protezom (jak np. VFAT) system FAT dotrwał do chwili, kiedy

programiści Microsoftu zdołali stworzyć 32 – bitową tablicę alokacji. Zmiana nie tyle jakościowa, co ilościowa

dopiero dysk pojemności większej od 2 GB wymaga stosowania jednostek alokacji większych od sektora, a 32-

kilobajtowymi klastrami będziemy się posługiwać dopiero w następnym stuleciu. O wadach systemu FAT,

zwłaszcza w jego microsoftowych realizacjach, można by długo pisać. Oprócz wspomnianych już kłopotów,

wywołanych przez zbyt małą liczbę dostępnych jednostek alokacji, poważną wadą systemu FAT jest silna

fragmentacja plików pomiędzy wiele klastrów o bardzo różnym fizycznym położeniu na dysku. Pociąga to za sobą

konieczność okresowej defragmentacji przy użyciu specjalnych narzędzi programowych, a także powoduje

stosunkowo duże prawdopodobieństwo powstawania błędów zapisu, polegających na przypisaniu jednego klastra

dwóm plikom (tzw. crosslink), co kończy się utratą danych z jednego lub obu „skrzyżowanych” plików.

Typowym błędem, pojawiającym się w systemie FAT, jest również pozostawianie tzw. zgubionych klastrów,

tj. jednostek alokacji nie zawierających informacji, ale opisanych jako zajęte. O tym, jak duże jest

prawdopodobieństwo tego rodzaju błędów, świadczy fakt wyposażenia DOS-u od samego początku w narzędzie

do ich wykrywania i likwidacji (polecenie CHKDSK). Na potrzeby OS/2 IBM i Microsoft stworzyły wspólnie system

plików HPFS (High Performance File System) stosowany początkowo również jako jeden z systemów plików dla

Windows NT. Przeznaczony od samego początku do obsługi dużych dysków system używa dość złożonej struktury

zapisu danych. Zapisywanych jest również wiele informacji nadmiarowych, umożliwiających łatwe odtworzenie

zapisu w przypadku błędów, a także np. informacje statystyczne o użytkowaniu plików, przeznaczone do

wykorzystania przez inteligentny, interaktywny system buforowania operacji dyskowych. System jest również

wyposażony w mechanizmy ochrony zapisu przed uszkodzeniem, jak np. automatyczne przenoszenie danych z

sektorów o niepewnej jakości do dobrych (tzw. HotFix).

Zaletami tego systemu są przede wszystkim szybkość wyszukiwania danych, wysoki stopień ciągłości ich zapisu, a

także bardzo duża niezawodność. Główną wadą zaś – stosunkowo długi czas zakładania nowych plików,

wynikający z konieczności każdorazowej rekonfiguracji drzewa katalogowego. Niestety, nowe wersje Windows NT

(od 4.0) nie obsługują już plików dysków w formacie HPFS pomimo tego, że byłby on wymarzonym rozwiązaniem

do obsługi np. dużych, rzadko przebudowywanych baz danych. Równolegle z udziałem w pracach nad HPFS

Microsoft opracował własny zaawansowany system plików – NTFS (New Technology File System) – przeznaczony

dla Windows NT. System ten, oparty na 32-bitowych tablicach FAT, ma dość rozbudowany system

bezpieczeństwa, a także mechanizmy ograniczające fragmentację plików. Ciekawą jego cechą jest możliwość

przypisania plikom atrybutu kompresji, pozwalającego na ich kompresję w trakcie zapisu. Jak widać, po wycofaniu

się z HPFS, stosowane obecnie najpopularniejsze systemy plików są wciąż oparte na systemie FAT. Wszystko

wskazuje na to, że ciągły wzrost pojemności dysków sztywnych, a także wzrastające ilości składowanych danych

wymuszą jednak opracowanie i upowszechnienie systemu plików o strukturze bardziej odpowiadającej

współczesnej strukturze danych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: