Тема 1.2 Накопители на магнитных дисках.

До сих пор самым важным устройствами для хранения данных в ПК остаются накопители на магнитных дисках и это, не смотря на успехи в области оптической записи информации и достижения твердотельной микроэлектроники.

Магнитная запись – самая старая технология записи данных, появившаяся еще в докомпьютерную эру. Разработчики умудрились, увеличив плотность записи на магнитных дисках за 3 года с 1Гбайта до 128 Гбайт. Единственно, что на замену гибким дискам 5,25 дюйма пришли диски 3,5 дюйма. Но развитием компакт-дисков и флэш-памяти дискеты с объемом 1,44 Мбайт в ближайший год, два будут окончательно забыты.

Гибкие диски

Гибкие диски довольно длительное время были неотъемлемой частью ПК. Сначала наибольшую популярность мели гибкие диски формата 8 дюймов потом 5,25 и под конец 3,5.

Дисководы на гибких магнитных дисках выглядят одинаково и различаются только электронными компонентами, установленными на них.

Напомним, что диск вставляется в положении, когда этикетка сверху и скользящей шторкой в дисковод. Для индикации, что процессор поводит операции ввода\вывода информации, на дисководе имеется светодиод. По углам корпуса 3,5-дюймового гибкого диска расположены два отверстия:

• Окно защиты от записи

• Отверстие идентификации дисков 1,44 Мбайт

Когда в дисководе гибких дисков выходит из строя светодиод, отвечающий за блокировку записи, на гибкий диск будет записываться информация при любом положении защитной шторки.

Сам гибкий диск сделан из лавсановой пленки, на которую с двух сторон нанесен ферромагнитный слой. В центре диска закреплена ступица, которая позволяет его вращать. Прямоугольное отверстие в ступице предназначено для поводка двигателя, а также служит для индексации начала блоков на данных на диске. Для уменьшения трения и очистки поверхности гибкого диска на внутреннюю поверхность корпуса приклеено кольцо мягкой синтетической ткани. Скорость обмена данными между диском и ПК достигает величины всего 250Кбайт\с. Время перемещения головок между соседними дорожками -3-6мс.

При включении и выключении ПК, когда в дисководе находиться гибкий диск ПК не запустится, а данные на гибком диске могут быть повреждены.

Логическая структура гибкого диска

Данные на гибкие диски записываются блоками на концентрические дорожки (tracks), Самая первая, нулевая дорожка, записывается у края гибкого диска. Количество стандартных дорожек, доступных операционной системе, на гибком диске объемом 1440байт равно 80, но следует помнить, что всегда имеются запасные дорожки, расположенные у центра диска, которые иногда используются для специальных нужд, например, защиты от копирования.

Направление

Вращения нулевая дорожка

Шаговый двигатель

Магнитная головка

Объем стандартного блока – сектора(sector) -512байт. Количество секторов равно 18. Соответственно, если умножить количество секторов на количество дорожек, две стороны и 512 байт, то получается:

18х80х2х512х=1 474 560 байт=1440Кбайт=1,44Мбайт.

Секторы на дорожке записываются последовательно. Между каждым сектором остается промежуток, предназначенный для синхронизации.

Данные в секторе претворяются служебной информацией, которая, например, информирует контроллер дисковода о размере сектора. Однако логический диск, который создается во время первоначальной разметки, разбивается уже не на сектора, а на кластеры.

Кластер (cluster) _Элемент структуры хранения информации на диске, минимальный по емкости участок жесткого диска. В зависимости от использования файловой системы содержит от нескольких десятков до нескольких сотен байт.

Величина кластера варьируется в зависимости от размеров диска и используемого вами способа размещения данных на диске (файловой системы):

Логическая структура жесткого диска аналогична гибкому, поэтому верна следующая таблица:

Объем диска, Гбайт	Число секторов в кластере	объем кластера, Кбайтах
До 512 Мб	1	512 байт
До 1	2	1
До 2	4	2
До 4	8	4
До 8	16	8
До 16	32	16
До 32	64	32
От 32	128	64

        Жесткий Диск (винчестер) представляет собой блок из нескольких дисков/блинов (Disks) по поверхностям (Sides) которых перемещаются (плавают в воздушном потоке) головки (Heads). Позиционируются головки по концентрическим дорожкам/трекам/цилиндрам (Cilinders), каждый из которых разделен на сектора (Sectors). Сектор является минимальным адресуемым блоком данных для диска и его размер равен 512 байтам.

Логическое строение жесткого диска отличается от его настоящей (физической) геометрии и это необходимо учитывать при восстановлении информации. Как правило, современные диски (в режиме адресации LBA) представляют собой несколько сот цилиндров имеющих 63-254 поверхностей по 63 сектора данных на каждой.

        В самом начале диска (в секторе 0/0/1) находится PT (Partition Table) - таблица разделов и MBR (Master Boot Record) - главная загрузочная запись.

        На следующем треке в первом(ых) секторе(ах) (начиная с 0/1/1) расположена BA (Boot Area) - загрузочная область операционной системы и BR (Boot Reco rd) - загрузочная запись OC.

         Далее на этом же треке расположена 1-я копия FAT (File Allocation Table) - таблица размещения файлов. Сразу за ней - 2-я копия FAT. Размер копии FAT (в секторах) определяется размером раздела диска.

После 2-й копии FAT расположены сектора ROOT (Root directory) - корневого каталога , за которой начинается DA (Data Area) - область данных.

           

PT - состоит из 4-х строк описывающих 4-е возможных раздела диска. Описание каждого раздела диска содержит информацию о типе файловой системы, признаке того, что раздел является загрузочным, о первых и последних головках, дорожках, секторах раздела, количестве секторов смещения начала раздела от начала диска и об общем количестве секторов в разделе.

MBR - находится в том же секторе что и PT. Данные в MBR представляют собой код процессора необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы. В последних двух байтах сектора MBR находится сигнатура 55AAh, которую можно использовать как маску при поиске PT и MBR.

BR - содержит массу данных и служит для описания параметров файловой системы. В отличие от диска, минимальным адресуемым блоком данных для операционной системы служит кластер, объединяющий определенное количество секторов. В BR нам интересны такие данные как размер кластера, размер и количество копий FAT. BR для раздела FAT16 размещается в одном секторе, в случае FAT32 Boot Record состоит из нескольких секторов.

FAT - Состоит из 12, 16 или 32 битных элементов, описывающих номера кластеров или их признаки (BAD). Количество элементов соответствует количеству кластеров раздела диска. Из этих элементов образуются цепочки номеров кластеров, описывающих расположение файлов на диске.

ROOT - Корневой каталог диска. Содержит записи описывающие файлы (дескрипторы файлов) в корневом каталоге. Такая запись описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла, и т.п., а так же содержит указатель на первый кластер файла.

 

        Каталоги представляют собой сектора идентичные по структуре корневому каталогу. Каталог, кроме описаний файлов, в самом начале содержит две записи, первая из которых содержит указатель на первый кластер самого каталога, вторая на первый кластер родительского каталога.

На современных жестких дисках величина кластеров возрастает, что приводит к существенной потере дискового пространства. Так как в кластер занятый частично каким либо файлом больше нельзя поместить не чего. Такие остатки часто называют хвостами на хвосты не редко уходит значительный объем несколько сотен мегабайт. Для борьбы с хвостами необходимо применять такие файловые системы как FAT-32 или NTFS применяемую в Windows XP.

Так как гибкий диск представляет собой лавсановую поверхность, покрытую сплошным -ферромагнитным слоем, то для создания информационных дорожек производиться его форматирование. Т.е. при первом использовании гибкого диска он должен быть вставлен в дисковод с помощью программы FORMAT, размечен для работы в конкретной операционной системе.

Вы можете отформатировать диски самостоятельно с помощью программы FORMAT. Но вероятно такой диск будет не возможно прочитать без определенных усилий на другом ПК. Т.к. программа FORMAT может запускаться ключами «Т» - (количество дорожек) и “N” (числом секторов). Так для стандартного формата 1,44 Мбайта действительны следующие команды:

• Стандартная команда MS-DOS - FORMAT А:;

• Вариант с дополнительными ключами -- FORMAT А: / Т: 80/ N:18.

К форматированию дисков прибегают тогда когда необходимо удалить без следа информацию на диске или восстановить структуру старого диска, когда на нем возникли, испорчены блоки (bad-blocks).

В обозначении гибких дисков имеется информация о плотности записи на диск:

• SD (Single Density) –одинарная плотность

• DD (Double Density) – двойная плотность

• QD(Quadro Density) – двойная плотность c удвоенным количеством дорожек.

• HD(High Density)-высокая плотность

В настоящее время практически все 3,5 –дюймовые гибкие диски выпускаются с плотностью HD (1,44 Мбайта), поэтому если на корпусе диска имеется другая маркировка, то этот диск, то этот диск относится к устаревшему типу.

Форматирование диска проводится «Мой компьютер» выбрать диск - «форматировать»