Управління файлами. Загальні концепції
23.1. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках
Схематично накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) з переміщуваними голівками зображений на рис. 23.1. Основними елементами НЖМД є круглі алюмінієві або некристалічні скловидні пластини. Ці пластини не можна зігнути і тому вони називаються жорсткими дисками. Жорсткі диски покриті шаром феромагнітного матеріалу, який дозволяє зберігати інформацію, використовуючи напрям магнітного поля. Жорсткі диски також називаються жорсткими магнітними дисками.
Рис. 23.1. Схема накопичувача на жорстких магнітних дисках
Жорсткі магнітні диски закріплені на стержні, який обертається з великою швидкістю. Дані записуються на поверхнях жорстких магнітних дисків за допомогою магнітних голівок, які розташовані над кожною дисковою поверхнею. Магнітній голівці доступні тільки ті дані, які знаходяться на ділянці дискової поверхні під або над нею. Усі магнітні голівки закріплені на одному стержні, який, здійснюючи обертальні рухи, переміщає голівки по радіусах магнітних дисків в обох напрямах. Якщо магнітна голівка не переміщається, то вона описує на дисковій поверхні коло, яке називається доріжкою. Доріжки нумеруються від 0 до n, де доріжка з індексом 0 має найбільший радіус. Група доріжок, які знаходяться під усіма магнітними голівками в якомусь конкретному положенні стержня з магнітними голівками, називається циліндром.
Тепер коротко пояснимо, як виконуються операції читання і запису даних на магнітні диски. Але раніше дамо визначення терміну доступ до даних - під ним розумітимемо операції запису даних на магнітні диски і читання даних з магнітних дисків. Щоб отримати доступ до даних на магнітному диску, потрібно виконати наступні операції:
встановити магнітні голівки на відповідний циліндр;
дочекатися, поки під магнітною голівкою виявиться точка на магнітному диску, яка обертається, з якої починаються дані;
зчитати/записати дані на магнітний диск під час його обертання.
Через те, що кожна з цих операцій пов’язана з механічним рухом, то загальний час доступу до даних на магнітному диску досить значний в порівнянні з швидкістю роботи інтегральних схем.
23.2. Сектори і кластери
Сектором називається найменша область (дуга) однієї доріжки магнітного диска, яка може бути записана або прочитана магнітною голівкою диска за його один повний поворот. Розмір сектора дорівнює 512 байт. Зазвичай щільність запису даних на диск є однаковою для всіх доріжок. Тому доріжки, які знаходяться ближче до центра диска, містять менше секторів, ніж доріжки, які знаходяться ближче до краю диска. Одна доріжка жорсткого диска може містити від 380 до 700 секторів. Сектори кожної доріжки перенумеровані, причому ця нумерація починається з 1. На початку кожного сектора зберігається заголовок або префікс, який визначає початок і номер сектора. У кінці кожного сектора зберігається підсумок або суфікс, який містить контрольну суму, потрібну для перевірки цілісності даних. Не так давно нумерація секторів однієї доріжки не була послідовною. Сектори нумерувалися через один сектор. Це було зроблено для того, щоб контроллер дискового пристрою при доступі до жорсткого магнітного диска не пропускав сектори при обертанні. Нині швидкість роботи контроллерів жорстких дисків порівнянна з швидкістю обертань диска, тому сектори кожної доріжки нумеруються послідовно.
Через те, що доріжки містять різне число секторів, то швидкість обміну даними з накопичувачем на жорстких магнітних дисках залежить від номера доріжки. Це викликано тим, що при постійній кутовій швидкості обертання стержня з дисками лінійна швидкість переміщення секторів відносно голівки розрізняється для різних доріжок. Ця швидкість тим вища, чим далі доріжка знаходиться від центру диска. Тому диск розбивають на зони. Одна зона містить декілька циліндрів диска і на кожній з доріжок, які входять в одну зону, знаходиться однакове число секторів. Тому доступ до секторів однієї зони виконується з однаковою швидкістю.
Тепер перейдемо до кластерів. Кластером називається найменша область магнітного диска, яка може бути записана або зчитана ОС на диск. Зазвичай кластер складається з декількох секторів, які мають послідовні номери.