4.2.2. Память на магнитных дисках

Кустройствам для магнитной записи относятся жесткий диск и гибкая дискета. Раньше производились переносные диски емкостью от 100 Мб до нескольких гигабайт. Но потом они уступили в конкурентной борьбе дискамCD-RWи особенно флэш-картам.

Конструкция. Приведена на рис. 5.

Жесткий металлический диск или гибкий полимерный диск покрываются слоем ферромагнитного материала, который обладает свойством намагничиваться, если вблизи протекает электрический ток. Современные ферромагнитные материалы способны намагничиваться примерно в 1000 раз сильнее, чем железо.

При работе диски вращаются со скоростью 7-10 тысяч оборотов в минуту. Над поверхностью ферромагнитного диска на высоте в несколько микрон располагается головка чтения/записи данных.

При записи информации через головку протекает различный ток, в результате которого магнитное поле на одних микроучастках диска ориентируется в одном направлении, а на других – в другом. Одно магнитное поле соответствуют двоичному 0, другое – двоичной 1.

Считывание информации с магнитного диска происходит в обратном порядке. Головка двигается над поверхностью диска и под действием близко расположенного магнитного поля в ней возникает электрический ток соответствующий либо двоичному 0, либо двоичной 1. Этот ток поступает в управляющие микросхемы дисковода и далее в виде двоичного кода идет в оперативную память компьютера (или записывается на других устройствах хранения данных).

Двоичный код пишется на дорожках, расположенных на поверхности в виде концентрических окружностей. Дорожки создаются при форматировании диска. В ходе форматирования также осуществляется разделение дорожек на одинаковое количество секторов. Сектор ­– это наименьшая физическая единица хранения данных, размер сектора составляет 512 байт. Чтение и запись информации осуществляется не байтами, а сразу целым сектором. Файл размером меньше, чем 512 байт все равно будет занимать один сектор.

Таким образом, файл может занимать на диске как минимум один сектор. Максимальное количество секторов, занимаемое одним файлом, ограничено лишь размером свободной памяти на диске. Причем сектора не обязательно располагаются друг за другом. Файл может состоять из многих кусков, записанных в разных местах диска.

Данные о секторах, отведенных для записи того или иного файла, хранятся в системной области диска в таблице размещения файлов(таблицы бывают разных типов:FAT,NTFSи др.). Сектора можно однозначно определить по номерам поверхности, дорожки и сектора на дорожке.

Дисковая магнитная запись обладает несколькими интересными особенностями.

1. При стирании файла магнитная запись не уничтожается, остается такой же. Но из файловой таблицы удаляются сведения о том, в каких секторах располагался файл. В результате вызвать «стертые» данные невозможно. Магнитная запись остается до тех пор, пока в сектор не будет записано что-то другое. Тогда данные теряются безвозвратно.

2. Сохранность файловой таблицы имеет первостепенное значение для работоспособности диска и всего компьютера. Нарушения приводят к невозможности пользоваться теми или иными данными, отказ означает выход всего носителя информации из строя. Поэтому применяется ряд мер для повышения надежности и устойчивости файловой таблицы. Например, таблица файлов существует в 2-х экземплярах, идентичность которых постоянно контролируется операционной системой.

К числу самых опасных вирусов относятся те, которые разрушают файловую систему диска. История Интернета знает немало вирусных атак с массовым уничтожением данных на компьютерах десятков тысяч пользователей. Но, как сказано выше, физически запись остается. А значит, данные в принципе поддаются восстановлению.

При слабой фрагментации файлов, распространенности их форматов, при соблюдении ряда других условий файлы можно до некоторой степени восстановить (но полного восстановления вряд ли стоит ожидать). Для этого имеется специальное ПО. Данные на дискете восстановить легче, на жестком диске сложнее – здесь уже требуется помощь специалистов.

3. Часто в ходе работы размер файлов увеличивается. Часть, не поместившаяся на отведенном месте, записывается на ближайший свободный участок диска. Причем это касается не только файлов пользователя, но и системных файлов. В результате файлы на диске фрагментируются, дробятся на множество кусочков. Работа диска замедляется, в особо тяжелых случаях это может привести к отказу работы компьютера.

Время от времени необходимо проводить дефрагментацию, в ходе которой файлы собираются в компактные массивы. Современные операционные системы могут проводить автоматическую дефрагментацию, однако в ряде случаев ее может оказаться недостаточно.

Жесткий диск.

Это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ, иногда его именуют аббревиатурой HDD.

Жесткий диск представляет собой группу соосных пластин с магнитным покрытием (в современных дисках их свыше 10). Рядом с пластинами над каждой поверхностью располагаются головки для чтения и записи данных. Диск помещен в гермоблок, где находится воздух, очищенный от пыли. Управление работой жесткого диска осуществляет контроллер жесткого диска, это набор установленных на нем микросхем.

Жесткий диск – один из самых уязвимых узлов компьютера. Он постоянно находится в работе (как и процессор), но в отличие от процессора в нем имеется много механических деталей, которые подвержены износу.

Другая причина выхода из строя жесткого диска – неправильная парковка. При выключенном компьютере все головки должны быть убраны с поверхностей жесткого диска. Иначе при включении будет считываться не стартовая информация, а случайные данные, над которыми в это время находится какая-то из головок. Может также произойти стирание информации.

Поэтому, если компьютер был выключен без парковки (по незнанию, или из-за того, что завис), то в последовательность операций включения обязательно добавляется процедура диагностикижесткого диска. Надо терпеливо дождаться ее окончания. Диагностику, конечно, можно выключить, но без крайней необходимости лучше этого не делать. Потому что при систематическом отказе от диагностики жесткого диска начнутся сбои в работе ПК.

Обычно для удобства организации работы, физическийжесткий диск делят на несколькологических(виртуальных) жестких дисков, каждый из которых имеет свою файловую структуру. Количество логических дисков и их объемы памяти можно установить произвольно. Обычно они обозначаются какCиD, иногда добавляют Е. Более сложную структуру создают редко.

Бывает так, что неопытные пользователи игнорируют логическую структуру, и всю новую информацию сохраняют на диске С. При этом С может переполниться, а на других дисках останется свободное место.

Основные параметры жесткого диска.

Емкость.Первые жесткие диски имели емкость 60 Мбт, емкость современных жестких дисков превышает 512 Гбт. Произошел рост примерно в 10 000 раз, а размеры остались теми же, стандартными. Сейчас уже близок физический предел плотности дисковой магнитной записи. Но ничто не мешает установить на компьютер сколько угодно жестких дисков. Или, если потребуется, увеличить стандартные размеры.

Среднее время доступа.Это время, необходимое для поиска нужных данных, оно зависит от того, где находятся данные на диске, и составляет от 10 до 5 микросекунд. За такое время на дефрагментированном диске находится нужная информация.

Сравните это время со временем доступа к оперативной памяти, оно больше примерно в 1000 раз. Вот почему все нужные для работы программы и данные выгружаются в оперативную память.

Гибкий диск.

Гибкие магнитные диски или дискеты используются для оперативного переноса небольших объемов информации, для них имеется соответствующий дисковод, называемый также FDD.

Сейчас все дискеты имеют стандартные параметры: размер 3,5 дюйма и емкость 1,44 Мегабайта. Раньше же были еще 5-дюймовые дискеты, а емкость первых 3,5 дюймовых дискет составляла 180 Кбайт.

В принципе прогресс не очень большой, современные технологии позволяют записать на такой поверхности сотни мегабайт. Емкость, надежность, быстродействие у дискеты хуже всех остальных устройств хранения данных. Тем не менее, до недавнего ­это был самый популярный носитель – за счет стоимости и простоты использования. Только в последнее время флэш-карты вытесняют дискеты.

На дискете имеется задвижка, открыв которую можно защитить данные от стирания и записи. Можно выломать защитную задвижку, но если окно заклеить липкой лентой, то данные опять становятся доступными для изменения.

Пыль, грязь, влага, температурные перепады, электромагнитные поля часто портят данные, записанные на дискете. Из этого следует два вывода.

1. Гибкие диски целесообразно использовать для транспортировки, а не как основное средство хранения данных.

2. Иногда полезно резервировать данные, записанные на гибкий диск – одно и то же записывать дважды. Создавать на диске папку и туда все файлы дублировать. Это делается для того, чтобы избежать неприятной ситуации, когда привезенные важные данные невозможно открыть.