6.4 Форматирование дисков

Различают два вида форматирования диска:

• физическое, или форматирование низкого уровня;

• логическое, или форматирование высокого уровня.

При форматировании гибких дисков с помощью программы Explorer Windows 9x или ко-манды DOS FORMAT выполняются обе операции, но для жестких дисков эти операции следует выполнять отдельно. Более того, для жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, — разбивка диска на разделы. Соз-дание разделов абсолютно необходимо в том случае, если вы предполагаете использовать на одном компьютере несколько операционных систем. Физическое форматирование всегда вы-полняется одинаково, независимо от свойств операционной системы и параметров формати-рования высокого уровня (которые могут быть различными для разных операционных сис-тем). Это позволяет совмещать несколько операционных систем на одном жестком диске. При организации нескольких разделов на одном накопителе каждый из них может использо-ваться для работы под управлением своей операционной системы либо представлять отдель-ный том (volume), или логический диск (logical drive). Том, или логический диск, — это то, чему система присваивает буквенное обозначение.

Таким образом, форматирование жесткого диска выполняется в три этапа.

1. Форматирование низкого уровня.

2. Организация разделов на диске.

3. Форматирование высокого уровня.

6.4.1 Форматирование низкого уровня

В процессе форматирования низкого уровня дорожки диска разбиваются на секторы. При этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а также формируются интервалы между секторами и дорожками. Область данных каждого сектора заполняется фиктивными значениями или специальными тестовыми наборами данных. В накопителях на гибких дисках количество секторов на дорожке определяется типом дискеты и дисковода; количество секторов на дорожке жесткого диска зависит от интерфейса накопителя и контроллера.

В первых контроллерах ST-506/412 при записи по методу MFM дорожки разбивались на 17 секторов, а в контроллерах этого же типа, но с RLL-кодированием количество секторов увеличилось до 26. В накопителях ESDI на дорожке содержится 32 и более секторов. В накопителях IDE контроллеры встроенные, и, в зависимости от их типа, количество секторов колеблется в пределах 17–700 и более. Накопители SCSI — это накопители IDE со встроенным адаптером шины SCSI (контроллер тоже встроенный), поэтому количество секторов на дорожке может быть совершенно произвольным и зависит только от типа установленного контроллера.

Практически во всех накопителях IDE и SCSI используется так называемая зонная запись с переменным количеством секторов на дорожке. Дорожки, более удаленные от центра, а значит, и более длинные, содержат большее число секторов, чем близкие к центру. Один из способов повышения емкости жесткого диска заключается в разделении внешних цилиндров на большее количество секторов по сравнению с внутренними цилиндрами. Теоретически внешние цилиндры могут содержать больше данных, так как имеют большую длину окружности. Однако в накопителях, не использующих метод зонной записи, все цилиндры содержат одинаковое количество данных, несмотря на то что длина окружности внешних цилиндров может быть вдвое больше, чем внутренних. В результате теряется пространство внешних дорожек, так как оно используется крайне неэффективно (рис. 4).

При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем по мере продвижения к внешнему краю диска дорожки разбиваются на все большее число секторов. Во всех цилиндрах, относящихся к одной зоне, количество секторов на дорожках одинаковое. Возможное количество зон зависит от типа и записи данных на внешних дорожках оказывается выше, чем на внутренних).

Приведем в качестве примера организацию зон в жестком диске IBM Travelstar 32GH емкостью 32 Гбайт и размером 2,5 дюйма для портативных компьютеров.

Этот накопитель имеет 21 664 дорожек на каждой поверхности диска; дорожки разделены на 15 зон по 1 354 в каждой. В нулевой зоне содержится наибольшее количество секторов —617 на каждую дорожку. Каждая дорожка в этой зоне имеет размер 315 904 байт, а дорожка в 15-й зоне содержит только 167 424 байт. При использовании метода зонной записи каждая поверхность диска уже содержит 10 225 408 секторов (5 235 байт на сторону). Если не ис­пользовать метод зонной записи, то каждая дорожка будет ограничена 327-ю секторами и, таким образом, каждая поверхность диска будет содержать 7 084 128 секторов, или 3 627 Мбайт. Выигрыш при использовании метода зонной записи составляет около 44%.

Рис. 4. Стандартная запись: количество Рис. 5. Зонная: количество секторов одинаково на всех на дорожках изменяется по мере дорожках перемещения от центра диска

количество секторов —617 на каждую дорожку. Каждая дорожка в этой зоне имеет размер 315 904 байт, а дорожка в 15-й зоне содержит только 167 424 байт. При использовании метода зонной записи каждая поверхность диска уже содержит 10 225 408 секторов (5 235 байт на сторону). Если не ис­пользовать метод зонной записи, то каждая дорожка будет ограничена 327-ю секторами и, таким образом, каждая поверхность диска будет содержать 7 084 128 секторов, или 3 627 Мбайт. Выигрыш при использовании метода зонной записи составляет около 44%.

Обратите внимание на различия в скорости передачи данных для каждой зоны. Дорожки во внешней зоне (нулевой) имеют скорость передачи данных 28,49 Мбайт/с, что на 89% больше, чем 15,10 Мбайт/с во внутренней зоне (15-й). Именно это свойство диска объясняет различие в результатах измерения параметров диска с помощью программ тестовых пакетов, т.е. каждая программа измеряет скорость передачи данных в различных зонах.

Последняя спецификация ATA-5 (Ultra-ATA/66) поддерживает теоретическую скорость передачи данных 66 Мбайт/с, т.е. скорость интерфейса. Сравните ее с реальной скоростью носителя 15-28 Мбайт/с (средняя 21,8 Мбайт/с).

Метод зонной записи был принят производителями жестких дисков, что позволило повы­сить емкость устройств на 20-50% по сравнению с накопителями, в которых число секторов на дорожке является фиксированным. На сегодняшний день зонная запись используется поч­ти во всех накопителях IDE и SCSI.