フォーマットとデフラグについての質問です

フォーマットは全てを消して元に戻す、白紙にするというイメージで
デフラグはバラバラなものを元のように並びなおして整頓するというイメージですよね

データを記録するにはブロックに記録していき、何度も記録や削除を行っていると、記録しているブロックがバラバラになってしまうということですが、データはブロックに入って移動しているんですか？それともデータが入るブロックを選んでいるのでしょうか？

フォーマットをすればデフラグなんて関係ないということを知ったのですが、その仕組みがよく分かりません。

ブロックというものを動かししてデータを記録しているというのであれば
123456789というそれぞれ順番に並んだブロックにその大きさにあったデータがブロックを連続で使用するため、123には画像のデータ、45には動画のデータ、6789にはテキストのデータが入っている場合、123と6789のデータを削除して12345を使用するサイズのデータを記録する場合には、使用済みの45を飛ばして記録するため順番は45 1236789になりますよね。
こういうのを繰り返していくとブロックの並び具合がぐちゃぐちゃになって飛ばし飛ばしのブロックを読み込むことになるので時間がかかってしまうということですが、これをフォーマットしても何も変わらないのではありませんか？
例えば847365921とかの並びになっているブロックを全て削除して白紙にしても並びは整はない、123456789にはなりませんよね
それぞれのブロックに入っているデータを消しただけで整頓するデフラグを行わなければ順番は綺麗にならないはずです。
何故フォーマットするとデフラグの必要がないんですか？

ブロックの並びは変わっていないのでしょうか？
123 456 789にデータがそれぞれはいて削除を行えば順番は綺麗に揃っているのでそもそもデフラグをする必要はないように思えますが仕組み上必要なのでこうではないということですよね

フォーマットするとブロックに割り当てられた番号自体も消すのでしょうか？
だから順番も新たあに割り当てられて整うのでしょうか？
最初ブロックの区切りはなく、あるデータを記録するとその大きさで連結されてしまい、そのデータを削除してもその連結は削除されないため、記録する場所がバラバラになるのでしょうか？

私はusbメモリを使用しています、どのようにフォーマットやデフラグをしていいのかよく分かりません、その為に仕組みを理解したいです。
調べていると他の回答者の回答ではノートに例えられていて、色々な教科を一冊のノートに記入していくとどこに何があるのか分かりずらくなってしまうため、タイトルごとに並べる作業がデフラグ、すべてのページを白色で塗りつぶして真っ白にするのがフォーマットだといっていました。
分かりやすい回答でしたがハッキリとは良く分からなかったのでご存知の方や詳しい方、ぜひ教えてください。
よろしくお願いします。

No.3 回答者： air_supply 回答日時： 2018/11/19 06:19

デフラグは、主に HDD のフラグメンテーションを解消するものです。

HDD は回転する磁気円盤(プラッタ)にデータを記録し、それをヘッドが移動してデータを読み書きする機械的な構造です。データが連続している場合は、ヘッドの移動は少ないですが、データがあちこちに分散して存在する場合(フラグメンテーション状態)は、ヘッドが頻繁に移動しなくてはならないため、時間がかかるようになります。これは、データをプラッタ上で削除や追加を繰り返すと、連続性が失われてしまうために発生するもので、機械的な構造の HDD の宿命とも言えます。

デフラグは、そのフラグメンテーションをなるべく無くすように、HDD 内のデータの並べ替えを行います。データが連続してプラッタに存在すれば、ヘッドの移動も少なくなり、アクセス性能が向上します。因みに、ファイルが断片化しても、常に FAT や MFT がそれを記録していますので、データとしての連続性が失われることはありません。
http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/experiments/def …

これに対して、USB メモリや SSD のようにフラッシュメモリを使っている場合は意味合いが異なります。電気的なアクセスを行うフラッシュメモリは、読み出し時はデータの分散化がいくらあっても問題はありません。ヘッドがないですのでアクセスに時間的差が発生しません。書き込み時は、フラッシュメモリ特有のデータの存在している部分には上書きができないので、新しいブロックへの書き込みになります。古いブロックは消去されるためにそのまま残り、時間が空いた時に消去されて次の書き込みに備えます。フラッシュメモリの場合は、書き込みに時間が掛かる理由はこれです。従って、フラッシュメモリでは、分散した削除済みの空き容量に対してデフラグを行うと性能が維持できます。

"データを記録するにはブロックに記録していき、何度も記録や削除を行っていると、記録しているブロックがバラバラになってしまうということですが、データはブロックに入って移動しているんですか？それともデータが入るブロックを選んでいるのでしょうか？"
→　HDD の場合はクラスタですが、フラッシュメモリの場合は書き込み単位=ブロックになります。これが混乱している原因ではないでしょうか？

フラッシュメモリの場合は、既に書き込んであるブロックに上書きできませんので、新規にデータを書き込む場合、既にあるデータ共々ブロックにあったデータをまとめて新しいブロックに書き込みます。旧ブロックは、次の書き込みに備えて消去されるのを待ちます。空き容量が少なくなりますと、新しいブロックが用意できないため、消去してからの書き込みになりますので、時間が掛かる訳です。これが、書き込みが遅くなる理由ですが、フラグメンテーションとは違います。

フォーマットは、HDD も SSD もすべての状態を初期に戻します。HDD の場合は、データが存在していてもそのまま上書きが可能なので、一旦フォーマットしてデータを書き込むと、全てが順番に書き込まれフラグメンテーションのない状態となります。これは、HDD だから可能な方法です、

問題は、SSD です。フォーマットしても、既に書き込んだデータは存在していますので、その状態は変わりません。データを消去しなくては、次の書き込みに備えることはできません。それを行うのが、セキュアイレースです。書き込んであるデータを完全に消去し、新たにデータを書き込む準備を行います。HDD との違いはここにあると思います。
https://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/dosv/1 …

"私はusbメモリを使用しています、どのようにフォーマットやデフラグをしていいのかよく分かりません、その為に仕組みを理解したいです。"
→　USB メモリは、SSD 程高度な制御は行われていませんので、フォーマットした場合、最初からデータの書き込みができるようになっているのではないでしょうか。SSD の場合、書き込み回数を制限を回避するために、ウェアレベリングや TRIM の発行などの仕組みがありますが、USB メモリではそれらは行われていない可能性があるため、そのまま使われているように思います。
http://www.logitec.co.jp/data_recovery/column/vo …　←　ウェアレベリング
http://www.logitec.co.jp/data_recovery/column/vo …　←　TRIM

USB メモリは、デフラグは行わず(寿命が短くなる可能性あり)に、容量一杯に書き込んだらフォーマットし、また新たに書き込みを始めると言った使い方が適していると思います。

No.2 回答者： yucco_chan 回答日時： 2018/11/18 22:32

別の例を出すと混乱するかもしれませんが、

レストランのテーブルに例えます。
テーブルには、座席番号１，２，３，４、・・・と振っています。
これが、すれ主さんの言うブロック番号で、
フォーマット＝開店直後の客が１人もいない状態。
開店後、２人、５人、３人などのグループが来店して、
座席番号１から順に着座していき、２人、３人のグループが
食べ終わって座席が空く。
そこに６人のグループが来店して、２人と４人に別れて着座する。
これが、フラグメンテーション状態。
デフラグは、既に座っていた５人に御願いして、座席番号１～に移動してもらって、
連続した６人分の座席を作ってもらい、そこに着座する。

座席番号は、開店時も営業中（客が居る）でも変わらない。

これで、わかるかなぁ。

No.1 回答者： Wr5 回答日時： 2018/11/18 21:02

FATのパターンですが…

>ブロックというものを動かししてデータを記録しているというのであれば

動かしていません。
掲示された例だと…4 5に入っていた動画データを編集なりしてサイズが増えました。
後ろの6 7 8 9はすでに使用中ですので、増えたデータは10 11 12 13に入れます。
その後でテキストが不要になったので削除しました。
音楽データを追加してもともとテキストが入っていた6 7に保存されました。
画像データを編集してサイズが増えました。8 9に増えた分を保存しました。
音楽データが不要になったので削除しました。
動画データを編集してまたサイズが増えましたので6 7 14 15に保存されました。
動画データを頭から読むと…4 5 10 11 12 13 6 7 14 15という順番になります。
HDDの場合、あちこちに散ったデータにアクセスする為にヘッドを移動しないといけません。
これをデフラグで画像データを1 2 3 4 5に、動画データを6 7 8 9 10 11 12 13 14 15と並び替えるとヘッドの移動が減ります。

実際には…動画データを保存するときに4 5を未使用にして10 11 12 13 14 15に、
テキストを削除した時に6 7 8 9も未使用に、
音楽データが入る時に未使用だった4 5に、
画像データが増えたときに1 2 3を未使用にして16 17 18 19 20に、
更に動画データが増えたときに10 11 12 13 14 15を未使用にして21 22 23 24 25 26 27 28 29 30に…といったふうにある程度最適化とかしていると思いますが。


フォーマットについて…
最初はノートに黒のインクでデータを記入します。
何処になにを書いたのか、目次のページに使用中のページ番号を記録します。
フォーマットすると、目次のページは意味をなさないので黒のインクで塗り潰します。次は赤のインクで書き込むことにしましょう。
以前に書いた黒のインクの内容は無かったものとして扱います。
またフォーマットすると、目次のページを赤で塗り潰して、次は黄色のインクで…。
フォーマットの方法によってはまっさらな新品同様まで消す場合もあります。
# 目次ページは塗り潰しではなく新品同様に削除…が妥当でしょうが。