Что такое сектор и кластер

Что такое размер кластера и в чём собственно суть?

Здравствуйте мои дорогие читатели, пожелавшие освоить азы компьютерной грамотности. В этой небольшой статье я расскажу вам, что такое размер кластера. Безусловно, поговорим и о нем самом. Но именно нюансы, связанные с вместимостью данного объекта дадут нам более полное понимание и других процессов, в которых он активно участвует.

Зачем нужен кластер

Начнем с того, что в нашем случае понятие кластер применяется исключительно к носителям цифровой информации, используемых в компьютерах. Это могут быть жесткие диски HDD или SSD, а так же флеш накопители USB или SD карты. Чтобы программные команды по считыванию данных, передаваемые процессору и впоследствии памяти, были максимально корректными и понятными, при их выполнении указывается точное место, где эти файлы расположены.

Чтобы каждый раз не придумывать новое описание для местоположения информации, проще размещать ее в нескольких специально выделенных ячейках, каждая из которых уже имеет свой адрес. Визуально представить их гораздо проще, когда мы взглянем на физические диски винчестера, которые, по сути, размечаются на несколько кольцевых секторов. При этом существенно упрощается и алгоритм механического перемещения считывающей головки в строго фиксированные позиции.

Вот такая ячейка со строго определенным адресом называется кластером. А теперь мы поговорим о его размере. Поскольку он используется для хранения информации, то вполне логично, что и здесь используется соответствующая единица измерения – байт. Соответственно размер кластера – это его вместимость, или объем.

Как определяется размер кластера

Перед тем как с чистого листа начать работу с жестким диском или флешкой необходимо произвести форматирование. Если вы считаете что это всего лишь полная очистка с удалением содержимого, то ошибаетесь.

Такая процедура в первую очередь связана с разметкой памяти и разделением ее на кластеры для конкретной файловой системы. Это так же осуществляется не произвольно. Мы говорили о секторах на диске, так вот ранее выпускаемых моделях размер одного составлял 512 байт и их в одном кластере может быть несколько (число, кратное степени 2). Например, система FAT 32 позволяет отдавать под кластер до 64 секторов, что соответствует 32Мб. Но на флешку с таким форматированием вы не запишите файл объемом более 4Гб.

Сейчас активно используются более совершенные файловые системы NTFS или exFAT. Их возможности позволяют работать с объемными файлами и хранилищами информации.

На современных дисках емкостью в несколько терабайт используется новая разметка секторов Advanced Format, в которых 1 сектор занимает уже 4Кб. Соответственно и размер кластера будет кратен этой величине.

Такой способ распределения секторов позволяет существенно увеличивать емкость жестких дисков. И соответственно снизить условную себестоимость 1 Тб памяти.

Алгоритм использования кластеров

Помимо вышеописанной технологии на эффективность использования места для хранения информации влияет и сам размер кластера. Имеете в виду, что в один кластер нельзя поместить содержимое разных файлов. Ведь это вызовет путаницу при их считывании. Поэтому выполняется такой алгоритм записи:

При многократном записывании-стирании информации последнее обстоятельство приводит к тому, что все файлы будут разбросаны по отдельно расположенным кластерам. И это будет существенно тормозить работу компьютера. Для упорядочения данных на носителе производится его дефрагментация. И это еще один процесс, который прямо связан с кластерами и косвенно, с их размером.

Теперь, дорогие мои читатели я считаю свою миссию выполненной. Вы узнали, что такое размер кластера, как определяется данный параметр, что влияет на него и на какие процессы влияет он. Поэтому, выбирая параметры кластеризации при форматировании, стоит учитывать многие факторы.

Как это сделать я расскажу в другой статье. А в этой я буду прощаться с вами.

Источник

В чем разница между сектором и кластером?

Я просмотрел википедию и другие сайты, и вот информация, которую я получил.

Сектор: наименьшая адресуемая единица (в основном 512 байт)
Кластер: наименьшая единица распределения (равняется 1 или более секторам, а количество кластеров зависит от файловой системы).

Допустим, в следующем примере: сектор = 512 байт и кластер = 8 секторов = 4096 байт. Теперь мне трудно понять, когда я пытаюсь создать файл, что делает файловая система? Считает ли он 4096 байт наименьшей единицей записи / чтения или 512 байт?

Если ответ 4096 байт: Когда производитель дисководов предоставил 512 байт в качестве наименьшей адресуемой единицы, почему файловая система рассматривает кластер как наименьшую единицу? Я имею в виду, каковы преимущества в этом?

2 ответа 2

Преимущество в этом заключается в том, что для адресации всего диска на сектор потребуется большее количество битов, что делает его медленнее, поскольку необходимо отслеживать большее количество вещей. Гораздо эффективнее обращаться (и индексировать!) местоположения, скажем, 48 бит, в отличие от 64 или более бит для каждого отдельного доступа к устройству.

Но да, размер кластера (windows) или размер блока (Linux) можно регулировать в зависимости от определенной файловой системы, и это наименьший размер, к которому обычно может обращаться ОС (для хранения файловых данных). «Определение файловой системы» означает отформатировать диск (или спецификации этого формата), поэтому подразумевается удаление диска. Таким образом, на диске с размером кластера 4 КБ 1-байтовый файл действительно займет весь 4 КБ кластера, как в вашем примере. Изменить размер кластера означает переформатировать диск.

Кстати, кластеры меньшего размера ДОЛЖНЫ хранить множество небольших файлов более эффективно. Однако, как следствие, диск будет работать медленнее. Кроме того, большие кластеры лучше подходят для дисков с меньшим количеством более крупных файлов, таких как фильмы и аудио.

Диски со смешанным содержимым, такие как операционная система, обычно имеют средний или маленький размер кластера / блока, так как большинство файлов имеют средний или маленький размер. Конечным результатом является довольно хорошее использование пространства при сохранении максимально возможной скорости.

Источник

Файловая система и размер кластера при форматировании

Перед началом работы с диском, флешкой или другим носителем информации его необходимо отформатировать. При форматировании надо выбрать файловую систему и установить для нее размер кластера.

В данной статье даются самые базовые сведения о том, как организуется хранение информации на дисках, что такое файловая система, кластер и как оптимальным образом выбрать размер кластера при форматировании.

Файловая система и ее виды

Система отвечает за запись информации на носитель, ее поиск, чтение и удаление. Некоторые системы дополнительно могут шифровать информацию, разграничивать права доступа и обеспечивать совместный доступ к файлам.

На сегодняшний день наиболее распространены следующие системы:

Размещение информации на жестком диске

Жесткий диск компьютера физически представляет из себя металлический диск, на поверхность которого нанесен магнитный слой. Диск вращается с постоянной скоростью, а над его поверхностью, не касаясь ее, скользят магнитные головки. При записи магнитные головки оставляют на поверхности намагниченный след — дорожку. Дорожка делится на сектора, в которые, собственно, и записывается информация. В стандартном секторе 512 байт информации. Головки могут двигаться от края диска к центру, формируя на его поверхности множество дорожек. Номер дорожки и номер сектора на ней однозначно определяют положение информации на диске.

Что такое кластер

Итак, минимальный фрагмент информации на диске — это сектор размером 512 байт.

Работать с фрагментами такого малого размера не всегда удобно, поэтому файловая система работает не с отдельными секторами, а с блоками секторов, называемыми кластерами.

Величина кластера может меняться в зависимости от того, сколько секторов объединяется в кластер. Минимальный размер кластера — 512 байт, максимальный — 32 МБ.

Таким образом, минимальный фрагмент информации, который может быть записан на диск или считан с него, равен в общем случае не сектору, а кластеру.

На что влияет размер кластера

С точки зрения операционной системы диск представляет собой массив минимальных блоков информации — кластеров.

При записи файла он всегда занимает на диске определенное число блоков. Например, при записи файла в 12 байт он занимает на диске минимальное возможное пространство в 1 блок. При величине блока в 512 байт реально используется 12 байт, а остальные 500 теряются бесполезно.

Таким образом, чем меньше блок, тем более экономно расходуется дисковое пространство.

Длинный файл представляет собой цепочку блоков. Чем меньше размер, тем больше блоков в цепочке. Блоки могут оказаться разбросаны по разным секторам и дорожкам весьма хаотично. Контроллеру диска придется разыскивать последовательно блок за блоком на разных дорожках, и этот процесс может занять значительное время.

Чем больше кластер, тем меньше их в файле, и тем быстрее происходит его поиск, чтение или запись.

Оптимальная величина кластера — это компромисс между скоростью и экономией дискового пространства.

Размер кластера в разных файловых системах

Для каждой системы определена величина кластера по умолчанию.

Этот размер считается оптимальным и установится автоматически, если при форматировании носителя не установить другой размер принудительно.

Для наиболее популярных систем эти значения будут равны:

Значение по умолчанию имеет смысл использовать при форматировании диска в подавляющем большинстве случаев.

Что такое форматирование

Форматирование носителя — это его разметка для подготовки к использованию для чтения или записи информации.

Различают низкоуровневое и высокоуровневое форматирование.

Различают два вида форматирования: быстрое и полное.

Файловая система для флешки

Флеш-накопители на заводе по умолчанию форматируются под FAT-32.

Это наиболее универсальная на сегодняшний день система, с которой работают практически все устройства: как старые, так и новые.

Единственное практически важное ограничение — размер файла не может быть больше 4 Гб.

Если есть необходимость записи файлов более 4 Гб, например, игр или фильмов, можно отформатировать под NTFS или под ExFAT. Но будьте готовы к тому, что более старые устройства не смогут работать с этими системами.

Размер кластера при форматировании флешки

Общее правило форматирования: чем больше длина файлов, которые предполагается хранить, тем большую величину следует выбирать при форматировании. При отсутствии особых показаний оставлять значение по умолчанию.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как самостоятельно правильно отформатировать флешку.

Источник

Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска?

Здравствуйте уважаемые читатели, недавно я писал статью про файловые системы, новые и старые, а так же помог выбрать подходящую для вас. Но осталось много непонятных понятий, для полного понятия статьи такие как сектор, кластер, вообще структура жесткого диска и в этой статье я постараюсь вам разъяснить что это такое. А так же о новом секторе большего объема, дает ли он производительность или же опять провал изобретения? Даже если вы знаете это все, не поленитесь прочтите вдруг узнаете что-то новое и вообще оцените мой труд 🙂

Какая же структура жесткого диска

Структура жесткого диска на внешний взгляд достаточна проста, только углубившись можно столкнутся с какими-нибудь трудностями. Но не пугайте начнем с самого начала.

Жесткий диск как и другие магнитные накопители хранят память в дорожкообразной структуре. Следовательно магнитный диск разбит на кольца разного диаметра начиная с внешнего края. Кольца называемые дорожками состоят из кластеров и секторов. Количество дорожек и секторов определяется форматов диска. А формат диска задается при его изготовлении, так что этот параметр изменить нельзя т.е. если размер сектора при изготовлении 512 байт, то с этим ничего уже не поделать. Дорожка разбивается на равные секторы которые обычно занимают 512 байт (о новых чуть ниже). Как раз процесс разбития диска на секторы, называется форматированием. И уже в кластерах хранится информация.

Сектор — это минимальная единица хранения информации на дисковых носителях. Стандартный размер кластера обычно был 512 байт, но сейчас уже существует новый размер в 4 кб, который тоже имеет ряд интересных своих свойств, о которых мы поговорим чуть ниже.

В секторе записывается его заголовок (prefix portion), где хранится начало и конец сектора, а в конце — заключение (suffix portion), в котором содержится контрольная сумма (checksum), нужная для проверки целостности данных. При форматировании в секторе записывается их номера и служебная информация позволяющая определить начало и конец сектора. А так же то что помогает определить форматированную или не отформатированную область диска. По этому из-за служебной информации емкость диска после форматирования немного меньше. На самом деле хоть и говорят что размер сектора 512 байт, но это только объем информации, а сам размер его составляет 571 байт.

К ластер — это единица хранения данных на диске в файловой системе объединенная в один или несколько секторов. Например если диск имеет сектор размером в 512 байт, то кластер размером в 512 байт содержит один сектор. А если кластер имеет размер 2 КБ, то он имеет четыре сектора. Размер кластера зависит от определенных условий, о который я уже писал здесь.

Размер кластера узнать очень просто, для этого достаточно создать текстовый файл и напишите в нем любое слово или даже поставьте одну букву или цифру сохраните и выберите свойство этого файла. В пункте размер на диске будет ваш размер кластера. Главное чтобы файл весил менее 512 байт. Она буква обычно весит 1 байт.

Вся информация хранится в системном хранилище и хранилище данных.

Системная область диска состоит из

Физическая структура жестких дисков

Магнитный жесткий диск состоит из нескольких магнитных дисков и каждый диск разбит на большое количество дорожек с каждой стороны. Основной оценкой жесткого диска является его поверхностная плотность записи определяется по формуле Мбит/дюйм2 и Гбит/дюйм2. В настоящее время плотность дисков достигает 740 Гбит/дюйм2. Специалисты IHS предполагают к 2016 году достичь плотности 1800 Гбит на 1 кв. дюйм!

Для достижения более большей поверхностной плотности необходимо чтобы расстояние между головкой и диском было минимальное.

Диск покрыт тонким слоем вещества независимо от его материала, которое не дает размагничиваться от воздействия внешнего магнитного поля.

Существует два типа слоя:

1. оксидный

2. тонкопленочный.

Оксидный слой образуется в результате разбрызгивания оксида железа в полимерном растворе. Ну если это не интересно, процесс образования можно пропустить 🙂 А кому интересно продолжим. Получается химическая смесь которая растекается от центра к внешнему краю жесткого диска. Потом диск полируется, затем наносится следующий чистого полимера слой и потом окончательно шлифуется. Чтобы добиться большего объема жесткого диска необходимо чтобы слой был более гладким и тонким. По этому сейчас используют следующий способ.

Тонкопленочный слой более тонкий, прочный и качество намного выше. Благодаря этому способу удалось уменьшить зазор между дисками и следовательно достичь больших объемов.

Этот способ получают путем электролиза. Это тоже самое как при шлифовки хромированной детали. Подложку жесткого диска погружают в ванну с химическим раствором в следствии чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки размером в 3 микродюйма. Сначала в камере химические вещества преобразуются в газообразное состояние, а потом накладываются на подложку. Сначала на алюминиевый диск наносится слой фосфорита никеля, а потом магнитный кобальтовый сплав. Этот способ дает наименьшую величину между головкой и поверхностью дисков всего 0,025 мкм, а раньше 0,076 мкм.

Привод диска

И самый главной деталью в жестком диске является привод головки. Они бывают:

1. C шаговым двигателем

2. C подвижной катушкой.

О них я рассказывать не буду, если интересно можете прочитать здесь, но скажу что с шаговым двигателем приводы самые надежные.

Новый размер сектора в 4 кб, к чему готовится?

Вот мы и подошли к самой интересной теме сегодняшнего дня. Как вы уже поняли что такое сектор, это минимальная единица для хранения информации, но т.к. для настоящего времени 512 байт стало совсем мало, новые технологии продвинули размер в 4 кб. Создатели нового сектора его IDEMA (Международная ассоциация производителей жестких дисков) дали имя Advanced Format (новый формат).

Теперь давайте разберем конкретные причины перехода и какие трудности могут возникнуть с новым сектором (плюсы и минусы его).

Главная причиной его перехода возникла из-за больших емкостей жесткого диска, для таких объемов размер в 512 байт становится ограничением в создании больших объемов и эффективности исправления ошибок.

Малые сектора занимают меньшую площадь жесткого диска, что создает повышение плотности диска. Из-за этого возникают проблемы в исправлении ошибок и в следствии изнашивается поверхность диска.

В секторах в 512 байт, максимальный объем исправления ошибок составляет 50 байт. Возникают трудности в исправлении и чтобы более эффективно происходил процесс исправления появился новый объем 4 кб.

Благодаря новому объему достигается большая плотность жесткого диска, что должно дать увеличение объемов жестких дисков.

Надежность в исправлении ошибок благодаря тому, что код исправления ошибок увеличен до 100 байт (в отличии от старого 50 байт) и надежность возросла до 97 %.

Новый формат достиг уменьшение ширины дорожки до 70-80 нм, понизить себестоимость и следовательно снизить стоимость для покупателя. Повысился объем области хранения данных диска, улучшилась производительность (снизить время чтения/записи и доступа, снизился шум, нагрев, механический износ).

Какие трудности нас могут ожидать?

Трудность может ожидать в неподготовленности программного обеспечения, в следствии чего новый сектор может не улучшить характеристики, а наоборот ухудшить! Advanced Format поддерживается начиная с Microsoft Vista с последними обновлениями и более поздними версиями Windows, а также последними выпусками Linux и Mac OS X.

А происходит это из-за того, что программные кластеры не соответствуют друг другу (происходит сдвиг), а так же это касается физических секторов на диске, в следствии чего один кластер перекрывает два сектора, в следствии удваевается число операций чтений/записи, что в конечном случае приводит не только к замедлению работы, но и к большому износу жесткого диска.

Для решения этой ситуации компания Western Digital придумала специальную утилиту WD Align System Utility, благодаря которой производится сдвиг содержимого диска на 1 сектор. А так же специальная, технология Seagate SmartAlign, в дисках Seagate, позволяет использовать технологию нового сектора без специальной утилиты. Western Digital также позволяет сместить блоки переключателем на диске, но возможно проблем с количеством свободных блоков.

Можно так же применять специальные утилиты производителе например одна из них: Paragon Alignment Tool, которые позволяют смещать блоки и не давать падать быстродействию, а наоборот повышать.

Вывод здесь один, наши современные технологии идут все вперед и вперед, новый размер сектора действительно способен повысить быстродействие жесткого диска и системы в целом, но для достижения производительности необходимо внимательно подходить к этой технологии. Перед тем как её применять убедитесь в своем программном обеспечении о наличии поддержки нового формата, чтобы у вас не было трудностей в работе и чтобы Advanced Format принес вам только радость и комфорт! 🙂

Источник

Что такое сектор и кластер

Этой заметкой я хочу ответить на вопросы «что такое сектор» и «что такое кластер», в чем их отличие и для чего сектора и кластеры нужны.

Для этого нам нужно будет разобраться с принципами хранения информации, и давайте поговорим о самых основах.

Для хранения данных все носители информации имеют специальную разметку. Давайте рассмотрим упрощенную схему подобной разметки на примере жесткого диска.

Жесткий диск имеет несколько «блинов» (дисков), на магнитную поверхность которых и записываются данные (смотрите рисунок выше).

Каждый блин имеет круглую форму и разметка такого блина выглядит так:

Каждый диск разбит на треки (дорожки), а каждая дорожка поделена на сектора. Это конечно, очень упрощенная схема, но она дает представление о том, что такое сектор.

Сектор – это минимальная пронумерованная область диска, в которой могут храниться данные. Обычно размер одного сектора составляет 512 байт.

Для нормальной работы операционной системы на жестком диске создается файловая система. Файловая система использует сектора для хранения файлов, но из-за некоторых ограничений и особенностей различных файловых систем, сектора носителя информации обычно объединяются файловой системой в кластеры. Это означает, что кластер является минимальной областью файловой системы, предназначенной для хранения информации и он может состоять как из одного, так и из нескольких секторов.

Чтобы проиллюстрировать вышесказанное приведу картинку из Википедии:

На этом рисунке замечательным образом продемонстрирована структура диска. Буквой «А» обозначена дорожка, буквой «В» — геометрический сектор диска, а буквой «С» — сектор дорожки. Далее из рисунка видно, что кластер «D» может занимать несколько секторов дорожки (кластер выделен на рисунке зеленым).

В различных файловых системах кластер мог иметь размеры от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). В наиболее популярной в настоящее время файловой системе NTFS размер кластера можно установить от 512 байт, до 4096 байт (8 секторов).

Размером кластера можно управлять в некоторых пределах — его можно задать при форматировании носителя информации.

Источник