4.Базовые логические элементы компьютера.

Базовые логические элементы реализуют три основные логические операции:

логический элемент «И» — логическое умножение;

логический элемент «ИЛИ» — логическое сложение;

логический элемент «НЕ» — инверсию.

Логические элементы компьютера оперируют с импульсами. Есть импульс — логический смысл сигнала — 1, нет импульса — 0. 

Логический элемент «И». На входы А и В логического элемента (рис. 3.1) подаются два сигнала (00, 01, 10 или 11). На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности операции логического умножения.    Pис. 3.1 Логический элемент • «И» 

Логический элемент «ИЛИ». На входы А и В логического элемента (рис. 3.2) подаются два сигнала (00, 01, 10 или 11). На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности операции логического сложения.  Рис. 3.2 Логический элемент • "ИЛИ" 

Логический элемент «НЕ». На вход А логического элемента (рис. 3.3) подается сигнал 0 или 1. На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности инверсии  Рис. 3.3 Логический элемент • "НЕ" 

5.Размещение информации на диске. Таблица размещения файлов (Fat, ntfs), файл, кластер. Способы восстановления удаленной информации

Всю информацию, хранящуюся на диске, условно делят на служебную и пользовательскую. Первая обеспечивает нормальную работу и изначально присутствует в любом HDD - ее записывает завод-изготовитель.

Поверхность диска никогда не используется для записи произвольным образом. Данные всегда записываются в виде концентрических окружностей, называемых дорожками, состоящих из нескольких меньших отрезков - секторов. Каждой дорожке и каждому сектору на каждой из сторон диска присваивается свой порядковый номер. Расположенные одна над другой несколько дорожек с одинаковыми номерами называются цилиндрами.

Такое деление дискового пространства на участки называется форматом нижнего уровня и выполняется на заводе - изготовителе винчестера.

В процессе низкоуровневого форматирования дисков может выясниться, что на поверхности пластин имеется один или несколько маленьких участков, чтение или запись в которые сопровождается ошибками (так называемые сбойные секторы, или бэд-блоки).

Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются. Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя "на лету" подменяет дефектные участки поверхности, делая их абсолютно прозрачными для операционной системы и таких программ, как, например, дисковые редакторы, ScanDisk и Norton Disk Doctor.

Но не вся область диска отведена для записи данных. Часть информационной поверхности используется накопителем для собственных нужд. Это область служебной, как ее еще иногда называют, инженерной информации. Она скрыта от пользователей и становится доступной при переводе винчестера в специальный технологический режим, осуществляемый при помощи стендового оборудования и особых утилит

 

Служебная информация.

Служебную информацию можно разделить на несколько типов:

сервометки, предназначенные для стабилизации скорости вращения дисков, поиска секторов и точной установки головок на дорожки;

информация, служащая для адресации секторов с данными пользователя и контроля целостности этих данных;

рабочие программы (микрокод), предназначенные для управления работой всех систем накопителя;

паспорт винчестера, в котором записана информация о количестве дисков, головок, название фирмы-производителя и модели накопителя, дата его изготовления, страна изготовитель, номер конвейера, номер рабочей смены и многое другое; здесь же хранится и уникальный серийный номер винчестера;

таблица дефектных секторов, служащая для аппаратной подмены сбойных участков поверхности из резерва. Эта информация используется электроникой винчестера в процессе работы и является важнейшей его частью, без которой физически полностью исправный накопитель был бы бесполезным куском железа.

Каждый HDD разделен на зоны (notches), в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Секторов может умещаться от 17 до 150 (как правило) на одной дорожке. Их нумерация начинается с 1, тогда как нумерация головок и цилиндров начинается с 0. Количество секторов на дорожке не равное. Чем дальше дорожка от центра, тем больше число секторов на диске.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.  В широком смысле понятие "файловая система" включает: 

• совокупность всех файлов на диске, 

• наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске, 

• комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

• системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено 3 кластера.

Файловая система FAT

Файловая система FAT(File Allocation Table) поддерживается всеми ОС для ПК. Она проста, надежна и занимает мало места на диске. Система FAT была разработана в течение нескольких дней Биллом Гейтсом в феврале 1976 при создании среды программирования Basic.

Основное назначение файловой системы отслеживать распределение пространства диска между файлами. Все пространство диска разбивается на участки фиксированной длины – кластеры. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве. Файл может занимать не менее одного кластера. Размер кластера зависит от размера виртуального диска. Для каждого файла в FAT создается цепочка элементов каждый из которых указывает на определенный кластер. В каталоге содержащем имя файла имеется указатель на начало цепочки.

FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, поэтому она обычно загружается в ОП. Т. к. в FAT хранится очень важная информация, то FAT хранится на диске в двух экземпляра, второй экземпляр следует непосредственно за первым. Обновляются копии FAT одновременно. Используется же только первый экземпляр. Если он по каким-то причинам окажется разрушенным, то произойдет обращение ко второму экземпляру FAT .

Элемент таблицы FAT имеет длину 16 битов, следовательно, можно иметь до 216 кластеров (с номерами от 0 до 65535). Если дисковый раздел 32МБ, то размер кластера=512б. С увеличением раздела будет увеличиваться и размер кластера

Если файл будет иметь размер 33К, размер кластера 32К, то файл будет занимать 2 кластера, причем 31К будет свободен. Следовательно, еще одним недостатком FAT являются большие потери дискового пространства. Для диска 1-1,2Гб потери могут составить около 200Мб. Чтобы исправить этот недостаток большие диски можно разбивать на несколько виртуальных дисков меньшего размера.

Файловая система FAT считается неэффективной для дисков >500Мб.

Логический раздел, отформатированный под файловую систему FAT состоит из следующих областей(рис.):

Загрузочный сектор – содержит программу начальной загрузки ОС. Вид этой программы зависит от типа ОС, которая будет загружаться из этого раздела.

Основная копия FAT содержит информацию о размещении файлов и каталогов на диске.

Резервная копия FAT.

Корневой каталог занимает фиксированную обласить размером в 32 сектора (16Кбайт), что прозволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах, т. к. каждая запись каталога состоит из 32 байт

Область данных предназначена для размещения всех файлов и каталогов, кроме корневого.

Принципиальное отличие FAT32 заключается в том, что она намного эффективнее расходует дисковое пространство, т. к. использует кластеры меньшего размера.

В результате экономится 10-15% дискового пространства. FAT32 также может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Корневой каталог представлен в виде обычной цепочки кластеров. Следовательно, корневой каталог может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на его размер. Т. к. в FAT32 по сравнению с каталогами FAT используются новые элементы, то для проверки структуры FAT32 требуются специальные служебные утилиты, также требуется специальное антивирусное ПО. Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами и драйверами устройств, FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений по сравнению с FAT16. Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, FDISK,Defrag и ScanDisk) были переработаны для поддержки FAT32.

Файловая система NTFS

Отличительные свойства данной файловой системы: поддержка больших файлов и дисков, низкий уровень фрагментации, поддержка длинных символьных имен,

контроль доступа к каталогам и отдельным файлам.

Максимальный размер раздела NTFS в данный момент ограничен лишь размерами жестких дисков.

Структура раздела

Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт.

Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону. Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Способы восстановления

В настоящее время существует два основных способа восстановления данных. Способ выбирается в зависимости от возникшей неисправности  Программно-аппаратный метод применяют в тех случаях, когда программный способ не даст результата.

Программный способ — это восстановление данных без физического вмешательства в устройство накопителя, а также в функционирование микропрограммы и структуру модулей служебной информации. Данный способ применяется в случаях, когда сохранена работоспособность самого накопителя, но по той или иной причине доступ к данным, хранящимся на нём, утрачен. Причиной этого может стать форматирование логических дисков, неудачное изменение логической геометрии накопителя, удаление информации, частичное, либо полное разрушение файловой системы, как информации о структуре размещения данных на накопителе. Зачастую в перечисленных случаях удаётся восстановить большую часть данных, однако встречаются случаи, когда восстановление утраченных данных невозможно (частным случаем можно считать перезапись данных). Для автоматизации процесса восстановления написано множество программ, в том числе и бесплатных.

Восстановление структуры файловой системы

В случае форматирования логического диска или раздела, структура и атрибуты данных не нарушаются, но изменяется либо инвентаризируется(приводится в начальное состояние) информация о расположении данных на данном накопителе.

При быстром форматировании обновляется малая часть файловой таблицы, часть служебных записей остается, необходимо лишь интерпретировать ее и прочитать данные в нужном порядке.

Полное форматирование может обновить всю файловую таблицу, поэтому восстановление структуры файлов и папок не всегда возможно. Для восстановления данных без информации о структуре можно использовать восстановление файлов по сигнатурам.

Если произошло повреждение файловой системы в результате программного сбоя или неисправности носителя, программы для восстановления данных могут восстановить часть информации, зависящую от объема повреждений.

Восстановление удаленных данных файловой системы

При удалении данных, на самом деле, данные физически остаются на накопителе, однако в файловой системе более не отображаются, а место на носителе, где они располагаются, помечается как свободное и готовое к записи новой информации. В данном случае атрибуты файлов изменяются. В случае записи в данный раздел или логический диск может произойти частичное или полное замещение данных, помеченных, как удаленные.

Подобные файлы можно легко прочитать и восстановить со всеми атрибутами и информацией о расположении, прочитав служебные записи файловой системы. Существуют как программы только для восстановления удаленных данных, так и комплексные решения, где восстановление удаленных данных — лишь одна из функций.

Также существуют специальные программы — «шредеры», предназначенные для уничтожения данных. После правильного использования таких программ восстановление невозможно.

Восстановление по сигнатурамВ случае, когда реконструкция файловой системы невозможна в силу каких-либо причин, некоторые файлы все еще можно восстановить, используя восстановление по сигнатурам. При данном типе восстановления происходит посекторное сканирование накопителя на предмет наличия известных сигнатур файлов[6].

Смешанное восстановлениеБольшинство программ позволяют применить одновременно несколько способов восстановления за одно сканирование. В результате выдается максимально возможный результат при использовании данной программы.

Программно-аппаратный способ

Программно-аппаратный способ требуется при физическом повреждении накопителя. Здесь необходимо заострить внимание на типе накопителя: гибкий ли это магнитный диск (НГМД), жёсткий магнитный диск (НЖМД), флеш (накопитель NAND-Flash) или CD/DVD/BD.