Como uma informação é gravada no computador

Observe um setor
Assinalado em azul em meio as trilhas

Eu já tratei de um assunto aqui no blog, que você leitor deveria reler antes deste novo artigo:  “Os arquivos e suas propriedades”. Neste novo artigo eu pretendo abordar de maneira geral como estes arquivos são guardados no PC.

A informação bem como sua instrução de armazenamento, manipulação, replicação, alteração, etc. que deverá ser armazenada, guardada no PC, em uma memória auxiliar, como discos, cartões, memórias flash, etc. é denominada de arquivo.

Entretanto, existem diversos tipos de arquivos porque existem diversos tipos de informações como texto, música, filmes, etc. e, para identificar cada arquivo, associa-se a este arquivo uma extensão, para que saibamos de imediato que tipo de informações contém determinado arquivos apenas visualizando sua extensão. Por sua vez cada extensão tem uma aparência diferente (ícone) no sistema operacional para que o usuário possa, visualmente, também diferenciar e identificar o tipo de informação contida num certo arquivo.

Cada sistema operacional possui um gerenciador de arquivos. No Windows, o gerenciador de arquivos é o Windows Explorer, que você pode executá-lo a partir do menu iniciar.

Mas, atenção, apenas podemos considerar como arquivo aquilo que está armazenado em uma memória permanente, não apenas na RAM.

E para se armazenar um arquivo numa certa memória do PC fazemos uso do comando SALVAR. Cada aplicativo ou software tem um comando para permitir o usuário salvar, guardar as informações em um arquivo.

Sendo mais claro, cada software aplicativo possui um comando específico para criar um arquivo novo e guardar este arquivo novo no disco. No Microsoft Word, por exemplo, o comando Arquivo -> Salvar como é um comando para se criar um novo arquivo, enquanto que muitos pensam que é o comando Arquivo -> Salvar como. Há diferenças. Muita gente faz confusão nestes comandos entre o Salvar como e o Salvar (CTRL + B). O comando salvar se executado mais de uma vez, ele não cria nada novo, apenas modificar o arquivo anterior que vem sendo trabalhado, portanto o comando que sempre cria um arquivo novo é o Salvar como.

O comando Arquivo ->Novo nunc cria arquivos, apenas aloca um espaço na memória RAM, para ser colocar algo no arquivo caso ele seja criado, ou seja, salvo. Esta informação é regra para qualquer software aplicativo que tenhas os estes comandos: NOVO, SALVAR, SALVAR COMO.

Agora que foram feitos alguns esclarecimentos básicos, resta-nos saber como estes arquivos serão organizados, agrupados e armazenados. Eles serão agrupados em pastas, que por sua vez, serão armazenados em clusters e, dependendo do tipo de sistemas de arquivos, poderemos ter um melhor aproveitamento ou não do disco rígido, ocupando pouco ou muito.

Mas, observem pastas não ocupam espaço no disco, pelo menos na área onde o espaço preenchido possa ser medido e comparado.

Atualmente todos os sistemas de arquivos utilizam deste conceito de pastas e arquivos para guardar e organizara informações.

Entendendo a gravação de arquivos no PC

Vamos entender aqui, de forma simples, como a gravação dos arquivos é feita em um disco, seja ele, HD, CD-ROM, CR-RW, DVD-R, DVD-RW, etc.

Normalmente nós utilizamos como dispositivos de armazenamento de arquivos, unidades no formato circular, como as unidades de discos rígidos, por exemplo. Estes dispositivos utilizam-se de uma estrutura bastante interessante para armazenar informações que são as trilhas e os setores.

Os círculos concêntricos que constituem o disco são as trilhas, as unidades minúsculas de armazenamento de informações são os setores. As trilhas contêm os setores, porque eles são como se fosse subdivisões das trilhas. Não importa o tamanho do disco, seja um HD, CD-R, DVD-R, todos são divididos em trilhas e setores, sendo que o tamanho de cada setor é diferente em cada disco. Discos rígidos e flexíveis, os setores tem a capacidade de armazenar até 512 bytes. É uma quantidade bem pequena de fato, sendo, portanto o setor a menor unidade física de armazenamento de dados em um disco.

Como cada setor é diferente do restante dos setores e agem deforma distinta e independente, então o sistema tem que ter a capacidade de identificar cada setor especifico fazendo para isto uma identificação de cada um atribuindo-lhe um endereço. Cada setor tem um endereço especifico e é através deste endereço que o setor será identificado.

Para entender melhor vamos exemplificar da seguinte forma. Para um HD de 320 Gb teremos 320 bilhões de Bytes aproximadamente, então, se cada setor suporta apenas 512 Bytes, que é exatamente meio Kilobyte, concluímos que este HD tem 625.000.000 de bytes aproximadamente. Observe que é uma quantidade enorme de setores.

Como cada setor tem que ser endereçado, o disco rígido é capaz de identificar exatamente cada setor que possui, e o sistema operacional sabe exatamente como apontar para cada setor que lhe interessa para poder usá-los.

Acontece que alguns sistemas operacionais não são capazes de entender uma quantidade enorme de setores que os discos rígidos atuais possuem, como o do exemplo acima, cerca de 625.000.000 setores.

Os clusters são a saída para este problema. Para que o sistema operacional não tivesse que ler cada setor individualmente, um por um, organizam-se tais setores em grupos (clusters) que será endereçado de maneira individual cada uma dos clusters. Então é fornecido um endereço único a cada cluster que por sua vez, contém vários setores. O Cluster passa a ser a menor unidade de alocação de arquivos em um disco, em outras palavras, não há como preencher menos de 1 cluster. Ou ocupa um cluster inteiro ou não ocupa.

Se um arquivo é sempre menor ou igual a um cluster ele vai ocupar um cluster inteiro, se este arquivo for maior que um cluster ele vai ocupar mais de um cluster, nunca será possível inserir dois ou mais arquivos em um cluster, mesmo que eles caibam.

Desta forma você já entende o porquê o desperdício de espaço em disco em certos casos. Pois se um cluster tem no máximo 512 Bytes, como só permite armazenar um arquivo, e digamos que este arquivo tenha 100 Bytes, teremos ai um espaço de 412 Bytes perdidos. Parece pouco, mas se você multiplica isto por um número de milhares de cluster teremos uma quantidade considerável de espaço não ocupado no disco.  Por isso quanto maior o cluster maior o desperdício de espaço em disco, principalmente se o computador tem uso em escritórios onde os arquivos, em geral, não são muitos grandes por se tratarem de arquivos de texto.

Vamos supor que quando você formatou e particionou seu disco rígido escolheu cluster com tamanho de 512 Byes. Então você vai armazenar 5 arquivos e cada um deles, respectivamente, possui o tamanho de 100 Bytes, 200Bytes, 300 Bytes, 400 Bytes e 500 Bytes. Já sabemos que cada cluster só armazena um arquivo, portanto, termos que ocupar, neste caso, 5 clusters.

Para o primeiro arquivo, que ocupará um cluster de 512 Bytes, termos um desperdício de 412 Bytes. Então vamos afazer o seguinte cálculo.

1º Arquivo 100 Bytes -> 1º cluster (512 – 100 = 412 Bytes não ocupados)

2º Arquivo 100 Bytes -> 2º cluster (512 – 200 = 312 Bytes não ocupados)

3º Arquivo 100 Bytes -> 3º cluster (512 – 300 = 212 Bytes não ocupados)

4º Arquivo 100 Bytes -> 4º cluster (512 – 400 = 112 Bytes não ocupados)

5º Arquivo 100 Bytes -> 5º cluster (512 – 500 = 012 Bytes não ocupados) Aqui teremos menos espaço desperdiçados.

No exemplo acima temos um total de 412+312+212+112+012 = 948 Bytes desperdiçados.

Observe a figura abaixo.

Um pequeno arquivo de 72 Bytes está ocupando nada mais do que 4 KB o que é inaceitável. Ou seja, um arquivo tão pequeno está alocando um cluster inteiro, que neste disco vale 4 KB. Agora imagine um cluster maior quanto espaço seria desperdiçado.

Daí a importância de se definir, quando preparação do disco rígido para instalação de um sistema operacional, o tamanho do cluster com também é interessante pensar em qual sistema operacional devera ser instalado, pois este é que define o tamanho do cluster por meio do seu sistema de arquivos.

O sistema de arquivos nada mais é do que um sistema lógico de normas e instruções que determina com os dados serão gravados no disco, com num HD por exemplo.

Além das trilhas, setores e clusters, outra divisão que pode ser feita em um disco rígido é a partição. Particionar um disco nada mais é do que prepara-lo para ser inicializável e armazenar informações. Particionar é dividir um disco físico em dois ou mais disco lógicos, ou seja, o disco rígido físico passa a ser mostrado pelo sistema operacional como se fossem mais de um dependendo do número de partição criadas. Para cada partição ele atribuirá uma unidade lógica.

Se um disco for dividido em duas partes, ou seja, duas partições, ele passará a ser tratado pelo sistema operacional como se fosse três discos C:, D: e E:, por exemplo.

Por isso que não dar para saber apenas observando a janela Meu computador do Windows, se o seu PC tem apenas um ou mais discos físicos. Pois ali ele mostrará apenas as partições, representadas pelas suas respectivas unidades lógicas. Estas partições são definidas no momento da preparação do disco, na hora do particionamento juntamente com a criação do sistema de arquivos.

O sistema de arquivos, que são as regras  que o sistema operacional faz de como proceder na gravação das informações em um disco, depende do sistema operacional. Cada sistema operacional tem suporte a seu tipo especifico de sistema de arquivos. Por exemplo, o sistema de arquivos do Linux não é compatível com o sistema de arquivos do Windows.  No Windows usamos frequentemente os sistemas de arquivos FAT32 e o NTFS, ambas leem sistemas de arquivos FAT16 antigo do Windows, porém o inverso não é possível. Em CDs tanto o Windows como outro sistemas operacionais usam um sistema de arquivos padrão denominado ISO9660, mais popular, e o JOLIET da Microsoft.

O GNU Linux utilizam em HDs os sistemas de arquivos EXT2, EXT3, ReiserFS, Journal, XFS, VFAT, etc.. Uma vantagem em relação ao Windows sé que o GNU Linux, com algumas observações, suporta os sistemas de arquivos FAT32 e NTFS do Windows.

Vale lembrar que cada unidade de disco ou partição terá que ter apena sum único sistema de arquivos. Não poderá ter mais de um sistema de arquivos diferentes em uma mesma unidade lógica.

Este sistema de arquivo é criado no momento da formatação logo após o particionamento. Esta formatação é justamente para criar o sistema de arquivos e nada mais. E este sistema de arquivo é quem define o amanho do cluster com ojá mencionei acima.

No FAT32, por exemplo, permite-se gerenciar partições de até 2TB. Tanto neste sistema com na FA16 o tamanho do cluster vai ser proporcional ao tamanho da partição, de certo modo. Ou seja, quanto menor a partição menor será o tamanho do cluster.

TAMANHO DA PARTIÇÃO	TAMANHO DO CLUSTER
Inferior a 8GB	4KB
Entre 8BG e 16BG	8KB
Entre 16GB e 32GB	16KB
Maior que 32GB	32KB

A tabela de alocação de arquivos (FAT – File Allocation Table) é um sistema de indexação encontrado no início de cada partição. Se o HD possui 4 partições cada uma terá sua FAT. É como se fosse um mapa no inicio da cada partição que indica a posição de cada cluster dentro desta partição. O Windows sempre consulta a FAT quando quer encontrar um determinado arquivo.

É a FAT quem indica ao Windows que o arquivo se encontra no HD e ele é visualizado através do ícone. Quando executamos o arquivo o Windows pergunta a FAT qual o endereço  do cluster daquele arquivo permitindo-o que ele localize exatamente aquele arquivo no local exato onde se encontra no disco.

Quando o arquivo é apagado do sistema operacional Windows, mesmo que esvaziemos a lixeira, este arquivo não é apagado do disco. O que foi apagão foi apenas a referência, o endereço, a menção deste arquivo par ao sistema operacional. O arquivo ainda continua no disco no disco apenas não é possível encontrá-lo por métodos simples porque a FAT não consegue encontra-lo.

Já o NTFS é usado apenas em sistemas Windows mais robustos com o Windows 2000 e todas aas versões superiores. Este sistema oferece muitos mais recursos e até superiores ao FAT32. Por exemplo, permite escolher o tamanho do cluster independente do tamanho da partição, o que proporcionará ao usuário um ganho de espaço em disco. E ainda é possível um endereçamento direto de setores. Enquanto o FAT o sistema só poderá alocara no máximo 2 TB (TeraByte) por partição, o NTFS permite o estabelecimento de cotas de disco, recursos de criptografia de dados, privilégios de acesso, escolha do tamanho do cluster e endereçamento direto de setores.

Par aos discos DVD os sistema de arquivos universal utilizado é o UDF (Universal Disk Format) ou Formato Universal de Disco, independente do sistema operacional em uso.

Esperamos que com esta pequena introdução, você usuário tenha uma noção de como os arquivos são armazenados e com funciona as regras de gravação em disco. Isto é útil para poder você aproveitar melhor o espaço em disco.

Não esquecendo também que a escolha dos sistema operacional aliada a finalidade do seu PC também ajudará na melhor escolha dos sistema de arquivo e do aproveitamento do disco.