Размещение информации на магнитном диске (дорожки, сектор на дорожке, чему равен объем сектора на дорожке ?
В вычислительной технике любая информация представляется в виде числового кода, который называется двоичным. Наименьшая единица представления информации – бит. Обрабатывается информация группами по 8 бит – байтами.
Байтами кодируется и текст, и музыка, и рисунок. Компьютер должен уметь отличать один вид информации от другого. Для этого перед группой байтов ставится специальный заголовок, который объясняет, что эти байты обозначают. А чтобы компьютер мог определить, где кончаются байты заголовка и начинаются байты данных, заголовок и данные должны иметь строго определенный формат. Для разных видов информации используются разные форматы. Например, если это черно-белый рисунок, то каждый байт после заголовка определяет яркость каждой следующей точки, а если это цветной рисунок, то цвет одной точки может определять не один байт, а несколько байтов.
Ни бит, ни байт нельзя сохранить в качестве информации, поскольку непонятно, что они обозначают (буквы, ноты, цвета или др.). Сохранить любую последовательность байтов можно, добавив к ней заголовок (имя). После регистрации в компьютере эта последовательность байтов будет называться файлом.
Файл – это наименьшая единица хранения информации, содержащая последовательность байтов и имеющая уникальное имя. По имени файла компьютер определяет, где файл находится, какая информация в нем содержится, в каком формате она записана, какими программами ее можно обработать.
Данные в виде файлов хранятся на магнитных дисках – жестких или гибких. Каждый файл на диске имеет свойадрес. При открытии файла головка дисковода перемещается на нужное место диска и считывает заданный файл в оперативную память. Для однозначного определения местоположения любого файла диски должны иметь четкую физическую и логическую структуру. Эта структура создается в процессе форматирования диска.
Дорожки, в свою очередь, разбиваются на секторы. Сектор и является минимальным блоком информации, который может быть записан на диск или считан с него. В начале каждого сектора имеется служебная область, за которой следует поле данных и поле контрольного кода. В заголовке указываются номер цилиндра, головки и собственно сектора. Тут же может содержаться и пометка о дефектности сектора, служащая указанием на невозможность его использования для хранения данных. Достоверность этих показаний проверяется с помощью контрольного кода. Заголовки секторов записываются во время операции низкоуровневого форматирования сразу для всей дорожки. Стандартный размер поля данных сектора – 512 байт.
ДОРОЖКИ, СЕКТОРЫ И ЦИЛИНДРЫ:
Даже будучи вполне исправным, окажется не в состоянии найти эти данные, поскольку не будет знать, как это сделать. Информация на каждом магнитном диске должна быть разбита на порции и «разложена» по заранее определенным ячейкам, расположенным стандартным образом. Каждая сторона магнитного диска может рассматриваться как двумерное пространство, на котором определены две координаты — например, длина и ширина или радиус и позиционный угол. Данные на носителе записываются вдоль концентрических окружностей, поэтому более удобными являются полярные координаты, одной из которых является положение участка на окружности (угол, отсчитанный отточки, принятой за нуль отсчета), а второй — радиус этой окружности. Головки чтения/записи накопителя перемещаются вдоль радиусов1 вращающихся носителей при записи или считывании необходимых данных. Каждое из концентрических колец с записанными данными на рабочих поверхностях дисков называется дорожкой. У современных дисков количество дорожек составляет сотни тысяч, от чего напрямую зависит их емкость. На рис. 13.6 показан принцип организации данных на простейшей «стопке» из трех магнитных дисков. Заметим, что каждый из носителей является двусторонним, т.е. помимо показанных на рисунке верхних поверхностей, у них есть еще и нижние, на которых тоже записываются данные.
Рис. 13.6
Организация данных на жестком диске
Хотя каждая поверхность магнитного диска представляет собой двухмерное пространство, наличие в накопителе нескольких поверхностей-носителей (4,6,8 и более) позволяет ввести третью размерность размещения данных — «высоту» (номер головки). Так как
В современных приводах с подвижной катушкой головки перемешаются по дуге, что, однако, не меняет сути дела — они могут быть установлены на любом расстоянии от оси вращения дисков (естественно, в пределах рабочих участков поверхностей носителей). — Прим. ред.
одноименные дорожки на всех носителях расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения «стопки», то их совокупность можно представить в виде цилиндра, проходящего через все магнитные диски. Количество цилиндров равно количеству дорожек на одной стороне магнитного диска.
Дорожки записи разделены на более мелкие одинаковые сегменты, которые называются секторами. В каждом секторе содержится по 512 байт данных. Кроме полезной информации, во все секторы записываются служебные данные, используемые для идентификации секторов и дорожек, а также байты результатов расчетов по методу избыточного циклического контроля (CRC— Cyclic Redundancy Check) и байты кодов коррекции ошибок (ЕСС— Error Correction Code), предназначенные для контроля правильности считывания. Информация о расположении секторов (их идентификаторы) записывается при низкоуровневом форматировании накопителя на предприятии-изготовителе. После форматирования жесткого диска подлежат изменению (перезаписи) только содержащиеся в секторе полезные данные и байты ЕСС. Если идентификатор сектора будет случайно перезаписан или поврежден, вся информация, содержащаяся в этом секторе, будет потеряна.
На рис. 13.7 показана структура сектора типичного накопителя на жестких дисках фирмы Maxtor. Нетрудно заметить, что его полный размер существенно превышает 512 байт. Начало каждого сектора отмечается специальной меткой. Метка, помечающая первый сектор дорожки, называется индексной меткой или маркером. Каждый сектор разбит на две части: зону адреса и зону данных. В зоне адреса записываются данные, необходимые для идентификации сектора. Эта информация чрезвычайно важна, так как накопитель в любой момент времени должен точно знать, на каком цилиндре, какой головкой и в каком секторе производится запись или считывание данных. Информация о расположении сектора записывается в поле адреса, за которым следуют два байта CRC. После считывания координат текущего сектора в накопителе рассчитывается код CRC, который сравнивается затем с аналогичным кодом, записанным на диске. Если эти коды соответствуют друг другу, то полученные координаты считаются истинными, и операция считывания или записи продолжается. В противном случае данные воспринимаются как ошибочные, и весь сектор рассматривается как поврежденный. В таких ситуациях на экран компьютера обычно выводится сообщение о неустранимой ошибке.
Рис. 13.7
Структура сектора типичного накопителя на жестких дисках (Maxtor Corporation)
Служебные поля сектора используются для синхронизации систем накопителя и компенсации различных задержек. Как уже говорилось выше, в поле данных может быть записано до 512 байт полезной информации. В процессе считывания эти данные обрабатываются по методу Рида-Соломона для получения 11 байтов кода ЕСС. Вычисленный результат сравнивается с кодом ЕСС, записанным на диске. В результате сравнения могут возникнуть три случая. Если коды совпадают, то данные считаны корректно. Если коды не совпадают, то в некоторых случаях данные могут быть восстановлены с использованием кода ЕСС (если количество ошибок ограничено). В самом печальном случае контроллер решает, что сектор прочесть не удалось, и фиксирует аппаратную ошибку чтения. В процессе записи старый код ЕСС заменяется новым значением, которое вычисляется на основе записываемых данных. Еше раз отметим, что после форматирования диска перезаписи подлежат только поля данных и ЕСС. Все остальные поля остаются неизменными до тех пор, пока диск не будет переформатирован заново. Эта процедура производится только в тех случаях, когда по мере старения диска и потери остаточной намагниченности перестают читаться данные в области адресов у значительного количества секторов.
Кластер (англ. cluster) — в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов. Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла. Понятие кластер используется в файловых системах FAT и NTFS. Другие файловые системы оперируют схожими понятиями (зоны в Minix, блоки в Unix).
Се́ктор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах (НЖМД, дискета, CD). Является частью дорожки диска. У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт(например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков)., известный как расширенный формат (Advanced Format).
