2.3. Хранение данных и логическая адресация

"Кластер" - это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Почему не отказались от простой работы с секторами? Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб - 16 Кб, до 2 Гб - 32 Кб и так далее.

Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать физический адрес - все три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS (cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним.

Непосредственно чтением и записью данных на жесткий диск ведает контроллер диска. Первоначально этот прибор выполнялся в виде самостоятельной платы расширения. Позднее основные функции контроллера были интегриро­ваны в сам жесткий диск. Доступ к нему обеспечивает интерфейс IDE (интегрирован в материнскую плату), SATA или SCSI (чаще всего отдельный адаптер).

Современные контроллеры — кэширующие и транслирующие. Кэширующий контроллер имеет внутреннюю кэш-память для хранения считанных данных. При запросе на чтение в эту память считывается вся дорожка диска целиком. При последующих запросах информация из кэш-памяти выдается без повтор­ного чтения диска, то есть очень быстро. Объем кэш-памяти у жестких дисков составляет от 512 Кбайт до нескольких Мбайт.

Транслирующие контроллеры сообщают системе иное число цилиндров, головок и секторов на дорожке, чем имеется на самом деле. Это связано с тем, что системные средства , обеспечивающие первичный доступ к диску, соответствуют давно устаревшему стандарту. Когда-то считалось, что число секторов на каждой дорожке диска одинаково. Например, стандартные функ­ции MSDOS предполагают, что диск содержит не более 1024 цилиндров, 256 го­ловок и 63 секторов на дорожке. Предельный объем диска в этом случае около 8 Гбайт.

В то же время, по стандарту АТА (IDE) контроллер может работать с 65536 цилиндрами, 16 головками и 63 секторами. В этом случае предельный объем диска составляет около 30 Гбайт.

Интересно, что если наложить оба этих ограничения одновременно, то диск с 1024 цилиндрами, 16 головками и 63 секторами будет иметь объем лишь в 0,5 Гбайт.

Каждое из этих трех ограничений (0,5 Гбайт, 8 Гбайт и 30 Гбайт) в свое время было источником немалой головной боли, для преодоления которой потребо­вались значительные усилия.

Существует два разных способа обойти указанные ограничения.

Первый состоит в том, чтобы система BIOS получала информацию о числе цилиндров, головок и секторов диска, не соответствующую реальной картине. Контроллер корректирует поступающие запросы и пересчитывает их, получая правильные адреса. Обычно при такой трансляции условно увеличивается число головок диска при пропорционально уменьшенном числе цилиндров. Этот прием рабо­тает для дисков объемом менее 8 Гбайт.

Второй подход основан на механизме трансляции LBA (Logical Block Address— логический адрес блока). В этом случае параметры обращения к диску преобразуют в линейный адрес, который соответствует физическому номеру сектора, отсчитанному от начала диска. В стандарте АТА~2 этот адрес может иметь длину до 28 бит, что соответствует объему жесткого диска до 50О Гбайт.

Операционная система имеет дело не с физическими, а с логическими дисками. Один физический диск может быть разбит на несколько логических. Такой прием применяют, чтобы изолировать друг от друга данные разного назначения, или данные и программы, или данные разных пользователей.

Для каждой файловой системы существует оптимальный размер диска, Доступ к данным на дисках меньшего размера может осуществляться быстрее, чем к одному большому диску. Поэтому разбиение физического диска на логические может производиться также с целью повышения эффективности работы.