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作者简介：刘树超(1962-)，男，山东信息职业技术学院副教授，学士，研究方向为计算机应用技术。
张艳萍(1975-),女，山东信息职业技术学院讲师，工程硕士，研究方向为计算机应用技术。
摘要：计算机文化基础课程已在全国各高等学校全面开设，“硬盘分区和格式化”是该课程的重要内容之一。正确理解和把握“文件系统、扇区和簇”的概念，对讲好“硬盘分区和格式化”至关重要。
关键词：计算机文化基础 文件系统 扇区 簇
中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1673-9795(2012)01(a)-0000-00
In The Basic Course of Computer Culture “File System,Sector and Cluster”Analysis
Liu Shuchao Zhang Yanping
( Shandong College of Information Technology, Weifang, 261061)
Abstract: Basic Computer Culture Course in the higher school is fully opened," hard disk partition and format" is one of the important contents of the course. Correctly understand and grasp the " file system, sector and cluster " concept, intercom" hard disk partition and format" crucial.
Key words: computer culture basic；file system；sector；cluster
“硬盘分区和格式化”是计算机文化基础课程的重要内容。在硬盘分区和格式化的教学中，让学生清楚“文件系统的作用及分类、扇区和簇的概念” 对于学生理解和掌握“硬盘的分区和格式化”非常重要。本文先从硬盘的结构入手，逐一介绍和分析扇区、簇和文件系统的概念。
1扇区
硬盘有多个盘片组成，每个片面双面存储信息。盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道。而每一个磁道又按一定的字节数为单位划分为等份，叫做扇区。磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆叫0磁道，最里面的一个同心圆叫n磁道。扇区的编号有多种方法，可以连续编号，也可间隔编号。磁盘记录面经这样编址后，就可用n磁道m扇区的磁盘地址找到实际磁盘上与之相对应的记录区。除了磁道号和扇区号之外，还有记录面的面号，以说明本次处理是在哪一个记录面上。磁盘地址是由记录面号(也称磁头号)、磁道号和扇区号三部分组成。
为进行读/写操作，要求定出磁道的起始位置，这个起始位置称为索引。索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置。
一个扇区有两个主要组成部分：存储数据地点的标识符和存储数据的数据段，标识符就是扇区头标，包括组成扇区三维地址的三个数字：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号）以及扇区在磁道上的位置即扇区号。
磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，是以扇区为单位。扇区是磁盘最小的物理存储单元。
2簇
由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个“簇”，然后再对“簇”进行管理。每个“簇”可以包括2、4、8、16、32或64个扇区。“簇”是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性。每个“簇”只能存放一个文件。文件是按照“簇”的大小被分成若干块存储在磁盘上的。比如一个512字节大的文件，当“簇”为512字节时，它占用512字节（1个“簇”）的存储空间。一个513字节大的文件，当“簇”为512字节时，它占用1024字节（即2个“簇”）的存储空间；但当“簇”为4096字节时，它就会占用4096字节（1个“簇”）的存储空间。一个100字节的文件存储在每簇4扇区（若每扇区512字节）的磁盘中，那么这个文件占据了4 × 512 = 2048字节，虽然它只有一个扇区的数据。一般来说，“簇”越小越节约存储空间，但浪费读取时间；“簇”越大越节约读取时间，但浪费存储空间。
3文件系统
文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT 16/32，NTFS）打开文件。
1. FAT（File Allocation Table）
FAT即文件分配表，也即人们常说的FAT16。FAT是从MS DOC发展过来的一种文件系统，单个分区的最大尺寸为2GB，其优点是一种标准的文件系统，只要将分区划分为FAT文件系统，几乎所有的操作系统都可读/写用这种格式存储的文件，包括Linux和UNIX等；相对速度快， CPU资源耗用少。其缺点是文件大小受2 GB这一分区限制，单个硬盘的最大容量不能超过8GB，如果硬盘容量超过8GB，8GB以上空间则因无法利用而浪费；当分区尺寸为2GB时，“簇”为16KB，当文件数量巨大时会白白遗留许多无法利用的空间；不支持长文件名；在Windows NT中采用FAT格式，不能恢复已被删除的文件；因其兼容性好，来者不拒，就导致安全性差，易受病毒攻击。
2. FAT32
FAT32是Windows 95 OSR2版开始推出兼容16位的32位文件系统。最大特点为“簇”较小（每簇仅为4KB），大大提高了硬盘空间利用率，减少了浪费。单个硬盘的最大容量达到2TB。它支持长文件名，能很好运行 DOS、Windows 95－2000的各种版本，但系统开销要大于FAT16。这种文件系统的安全性仍然较差；FAT32可以兼容FAT16，但无法访问NTFS分区。采用FAT 32格式分区的磁盘，由于文件分配表的扩大，运行速度比采用FAT 16格式分区的硬盘要慢。
3. NTFS（New Technology File System）
NTFS即是网络操作系统Windows NT的文件系统，它的最大优点是安全性和稳定性好，全32位内核的NTFS为磁盘目录与文件提供安全设置，指定访问权限，难以受到病毒侵袭。例如，NTFS通过使用标准的事务处理记录和还原技术来保证卷的一致性。NTFS自动记录与文件的变动操作，具有文件修复能力，不需要运行磁盘碎片整理等磁盘工具。系统不易崩溃，如果系统出现故障，NTFS将使用日志文件和检查点信息来恢复文件系统的一致性。每簇仅为512个字节，硬盘利用率最高。它的主要缺点是兼容性差。
在Windows2000/XP中，NTFS还可以提供诸如文件和文件夹权限、加密、磁盘配额和压缩等高级功能。
参考文献
[1] 山东省教育厅组编. 计算机文化基础[M].山东:中国石油大学出版社,2010-6.
[2] 教育部考试中心. 全国计算机等级考试一级B教程[M].北京:高等教育出版社,2010-9.
张艳萍(1975-),女，山东信息职业技术学院讲师，工程硕士，研究方向为计算机应用技术。
摘要：计算机文化基础课程已在全国各高等学校全面开设，“硬盘分区和格式化”是该课程的重要内容之一。正确理解和把握“文件系统、扇区和簇”的概念，对讲好“硬盘分区和格式化”至关重要。
关键词：计算机文化基础 文件系统 扇区 簇
中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1673-9795(2012)01(a)-0000-00
In The Basic Course of Computer Culture “File System,Sector and Cluster”Analysis
Liu Shuchao Zhang Yanping
( Shandong College of Information Technology, Weifang, 261061)
Abstract: Basic Computer Culture Course in the higher school is fully opened," hard disk partition and format" is one of the important contents of the course. Correctly understand and grasp the " file system, sector and cluster " concept, intercom" hard disk partition and format" crucial.
Key words: computer culture basic；file system；sector；cluster
“硬盘分区和格式化”是计算机文化基础课程的重要内容。在硬盘分区和格式化的教学中，让学生清楚“文件系统的作用及分类、扇区和簇的概念” 对于学生理解和掌握“硬盘的分区和格式化”非常重要。本文先从硬盘的结构入手，逐一介绍和分析扇区、簇和文件系统的概念。
1扇区
硬盘有多个盘片组成，每个片面双面存储信息。盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道。而每一个磁道又按一定的字节数为单位划分为等份，叫做扇区。磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆叫0磁道，最里面的一个同心圆叫n磁道。扇区的编号有多种方法，可以连续编号，也可间隔编号。磁盘记录面经这样编址后，就可用n磁道m扇区的磁盘地址找到实际磁盘上与之相对应的记录区。除了磁道号和扇区号之外，还有记录面的面号，以说明本次处理是在哪一个记录面上。磁盘地址是由记录面号(也称磁头号)、磁道号和扇区号三部分组成。
为进行读/写操作，要求定出磁道的起始位置，这个起始位置称为索引。索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置。
一个扇区有两个主要组成部分：存储数据地点的标识符和存储数据的数据段，标识符就是扇区头标，包括组成扇区三维地址的三个数字：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号）以及扇区在磁道上的位置即扇区号。
磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，是以扇区为单位。扇区是磁盘最小的物理存储单元。
2簇
由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个“簇”，然后再对“簇”进行管理。每个“簇”可以包括2、4、8、16、32或64个扇区。“簇”是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性。每个“簇”只能存放一个文件。文件是按照“簇”的大小被分成若干块存储在磁盘上的。比如一个512字节大的文件，当“簇”为512字节时，它占用512字节（1个“簇”）的存储空间。一个513字节大的文件，当“簇”为512字节时，它占用1024字节（即2个“簇”）的存储空间；但当“簇”为4096字节时，它就会占用4096字节（1个“簇”）的存储空间。一个100字节的文件存储在每簇4扇区（若每扇区512字节）的磁盘中，那么这个文件占据了4 × 512 = 2048字节，虽然它只有一个扇区的数据。一般来说，“簇”越小越节约存储空间，但浪费读取时间；“簇”越大越节约读取时间，但浪费存储空间。
3文件系统
文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT 16/32，NTFS）打开文件。
1. FAT（File Allocation Table）
FAT即文件分配表，也即人们常说的FAT16。FAT是从MS DOC发展过来的一种文件系统，单个分区的最大尺寸为2GB，其优点是一种标准的文件系统，只要将分区划分为FAT文件系统，几乎所有的操作系统都可读/写用这种格式存储的文件，包括Linux和UNIX等；相对速度快， CPU资源耗用少。其缺点是文件大小受2 GB这一分区限制，单个硬盘的最大容量不能超过8GB，如果硬盘容量超过8GB，8GB以上空间则因无法利用而浪费；当分区尺寸为2GB时，“簇”为16KB，当文件数量巨大时会白白遗留许多无法利用的空间；不支持长文件名；在Windows NT中采用FAT格式，不能恢复已被删除的文件；因其兼容性好，来者不拒，就导致安全性差，易受病毒攻击。
2. FAT32
FAT32是Windows 95 OSR2版开始推出兼容16位的32位文件系统。最大特点为“簇”较小（每簇仅为4KB），大大提高了硬盘空间利用率，减少了浪费。单个硬盘的最大容量达到2TB。它支持长文件名，能很好运行 DOS、Windows 95－2000的各种版本，但系统开销要大于FAT16。这种文件系统的安全性仍然较差；FAT32可以兼容FAT16，但无法访问NTFS分区。采用FAT 32格式分区的磁盘，由于文件分配表的扩大，运行速度比采用FAT 16格式分区的硬盘要慢。
3. NTFS（New Technology File System）
NTFS即是网络操作系统Windows NT的文件系统，它的最大优点是安全性和稳定性好，全32位内核的NTFS为磁盘目录与文件提供安全设置，指定访问权限，难以受到病毒侵袭。例如，NTFS通过使用标准的事务处理记录和还原技术来保证卷的一致性。NTFS自动记录与文件的变动操作，具有文件修复能力，不需要运行磁盘碎片整理等磁盘工具。系统不易崩溃，如果系统出现故障，NTFS将使用日志文件和检查点信息来恢复文件系统的一致性。每簇仅为512个字节，硬盘利用率最高。它的主要缺点是兼容性差。
在Windows2000/XP中，NTFS还可以提供诸如文件和文件夹权限、加密、磁盘配额和压缩等高级功能。
参考文献
[1] 山东省教育厅组编. 计算机文化基础[M].山东:中国石油大学出版社,2010-6.
[2] 教育部考试中心. 全国计算机等级考试一级B教程[M].北京:高等教育出版社,2010-9.