Das erste Dateisystem, das in einem Microsoft-Betriebssystem verwendet wurde, war das FAT-System, das eine Dateizuordnungstabelle verwendet. Diese Tabelle ist eigentlich ein Index, der eine Liste von Festplatteninhalten erstellt, um den Speicherort von Dateien auf der Festplatte aufzuzeichnen. Da die Blöcke, aus denen eine Datei besteht, nicht immer zusammenhängend auf der Festplatte gespeichert sind (ein Phänomen, das als Fragmentierung bezeichnet wird), kann mit der Zuordnungstabelle die Struktur des Dateisystems beibehalten werden, indem Verknüpfungen zu den Blöcken erstellt werden, aus denen die Datei besteht.
Das FAT16-Dateisystem
Das FAT-System ist ein 16-Bit-System, mit dem Dateien anhand eines Namens identifiziert werden können, der aus bis zu 8 Zeichen und einer 3-stelligen Erweiterung besteht.
Clusteradressen dürfen nicht größer als 16 Bit sein. Die maximale Anzahl von Clustern, die mit dem FAT-System referenziert werden können, beträgt daher 216 (65536) Cluster. Da ein Cluster aus einer festen Zahl besteht (4,8,16,32, …) von Sektoren mit 512 zusammenhängenden Bytes kann die maximale Größe der FAT-Partition durch Multiplikation der Anzahl der Cluster mit der Größe eines Clusters bestimmt werden. Bei 32-KB-Clustern beträgt die maximale Größe einer FAT-Partition daher 2 GB.
Darüber hinaus kann eine Datei nur eine ganzzahlige Anzahl von Clustern belegen, was bedeutet, dass, wenn eine Datei mehrere Cluster belegt, der letzte Cluster nur teilweise belegt ist und der nicht belegte Speicherplatz unbrauchbar ist. Je kleiner die Clustergröße ist, desto weniger Speicherplatz wird verschwendet. Es wird geschätzt, dass eine Datei im Durchschnitt einen halben Cluster verschwendet, was bedeutet, dass auf einer 2-GB-Partition 16 KB pro Datei verloren gehen.
Die Dateizuordnungstabelle
Die Dateizuordnungstabelle ist eine Liste digitaler Werte, die die Zuordnung der Cluster einer Partition beschreibt. Mit anderen Worten, der Status jedes Clusters der Partition, in der er sich befindet. Tatsächlich entspricht jede Zelle der Zuordnungstabelle einem Cluster.
Jede Zelle enthält eine Zahl, die angibt, ob der Cluster von einer Datei verwendet wird, und den Speicherort des nächsten Clusters in der Datei. Schließlich erhalten Sie eine FAT-Kette, eine verknüpfte Liste von Referenzen, die auf die aufeinanderfolgenden Cluster bis zum Ende der Datei verweisen. Jeder FAT-Eintrag ist 16 oder 32 Bit lang (je nachdem, ob es sich um FAT16 oder FAT32 handelt).
Die ersten beiden Einträge speichern Informationen über die Tabelle selbst, während die folgenden Einträge auf die Cluster verweisen. Bestimmte Einträge können Werte enthalten, die den Status des jeweiligen Clusters angeben.
Beispielsweise gibt der Wert 0000 an, dass der Cluster nicht verwendet wird, FFF7 markiert einen fehlerhaften Cluster (sodass er nicht verwendet wird) und Werte zwischen FFF8 und FFFF geben an, dass der Cluster das Ende einer Datei enthält. Jede Partition enthält tatsächlich zwei Kopien der Tabelle, die zusammenhängend auf der Festplatte gespeichert sind, sodass sie wiederhergestellt werden kann, wenn die erste Kopie beschädigt wird.
Das FAT32-Dateisystem
Obwohl VFAT ein cleveres System war, wurden die Einschränkungen von FAT16 nicht behoben. Infolgedessen erschien mit Windows 95 OSR2 ein neues Dateisystem (und nicht nur ein besseres FAT-Management wie bei VFAT). Dieses Dateisystem namens FAT32 verwendet 32-Bit-Werte für die FAT-Einträge. Tatsächlich werden nur 28 Bit verwendet, da 4 Bit für die zukünftige Verwendung reserviert sind.
Mit dem Erscheinen des FAT32-Dateisystems wurde die maximale Anzahl von Clustern pro Partition von 65535 auf 268.435.455 (228-1) erhöht. FAT32 erlaubt somit deutlich größere Partitionen (bis zu 8 Terabyte). Obwohl die maximale theoretische Größe einer FAT32-Partition 8 TB beträgt, hat Microsoft sie auf Windows 9x-Systemen freiwillig auf 32 GB beschränkt, um NTFS zu fördern.
Da eine FAT32-Partition viel mehr Cluster enthalten kann als eine FAT16-Partition, ist es möglich, die Größe der Cluster erheblich zu reduzieren und dadurch auch den verschwendeten Speicherplatz zu begrenzen. Bei einer 2-GB-Partition ist es beispielsweise möglich, 4-KB-Cluster mit dem FAT32-System (anstelle von 32-KB-Clustern mit FAT16) zu verwenden, wodurch der verschwendete Speicherplatz um den Faktor 8 reduziert wird.
FAT16- oder FAT32-Dateisystem?
Da die Anzahl der Cluster begrenzt ist, hängt die maximale Größe einer Partition von der Größe jedes Clusters ab. Schauen wir uns die maximale Partitionsgröße entsprechend der verwendeten Clustergröße und dem verwendeten Dateisystem an:
| Cluster size | FAT16 file system | FAT32 file system (theoretical) |
|---|---|---|
| 512 bytes | 32 MB | 64 MB |
| 1 KB | 64 MB | 128 MB |
| 2 KB | 128 MB | 256 MB |
| 4 KB | 256 MB | 8 GB (1 TB) |
| 8 KB | 512 MB | 16 GB (2 TB) |
| 16 KB | 1 GB | 32 GB (4 TB) |
| 32 KB | 2 GB | 2 GB (8 TB) |
Wenn Sie eine Festplatte formatieren, müssen Sie möglicherweise sorgfältig entscheiden, welchen Dateisystemtyp Sie verwenden möchten, und das auswählen, das einen verfügbaren Speicherplatz bereitstellt, der der gewünschten Größe so nahe wie möglich kommt.