40. Хранение данных на гибких дисках

В основе работы магнитных носителей — лежит такое явление, как электромагнетизм. Суть его состоит в том, что при пропускании через проводник электрического тока вокруг него образуется магнитное поле.

Головка чтения/записи в любом дисковом накопителе состоит из U-образного ферромагнитного сердечника и намотанной на него катушки (обмотки), по которой может протекать электрический ток. Гибкие магнитные диски обычно делаются на лавсановой, а жесткие — на алюминиевой или стеклянной подложке, на которую наносится слой ферромагнитного материала. Рабочий слой в основном состоит из окиси железа с различными добавками. Если участок поверхности диска при протягивании вблизи зазора головки подвергается воздействию магнитного поля, то домены выстраиваются в определенном направлении и их магнитные поля больше не компенсируют друг друга. В результате на этом участке появляется остаточная намагниченность, которую можно впоследствии обнаружить.

41.Хранение данных на жестких дисках

Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет), их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск. В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками.

Для того чтобы дать вам представление о том, насколько далеко ушли жесткие диски за прошедшие 20 с лишним лет, приведем примеры наиболее значительных изменений, происшедших с накопителями на жестких дисках.

Максимальная емкость 5,25-дюймовых накопителей увеличилась от 5 и 10 Мбайт (1982 год) до 180 Гбайт и более для 3,5-дюймовых накопителей половинной высоты (Segate Barracuda 180). Емкость 2,5-дюймовых дисководов с высотой не более 12,5 мм, которые используются в портативных компьютерах, выросла до 60 Гбайт (IBM Travelstar 60GH). Жесткие диски объемом менее 30 Гбайт в современных настольных компьютерах используются в настоящее время довольно редко.

Скорость передачи данных увеличилась от 85–102 Кбайт/с в оригинальном компьютере IBM XT (1983 год) до 60 Мбайт/с в наиболее быстродействующих системах (Seegate Cheetah Х1536LP). Среднее время поиска (т.е. время установки головки на нужную дорожку) уменьшилось от 85 мс в 10-мегабайтовых жестких дисках, используемых в компьютере IBM

РС-XT (1983 год), до 3,6 мс в наиболее быстродействующих на сегодня системах (Seegate Cheetah X15).

В 1982–1983 годах накопитель емкостью 10 Мбайт и контроллер стоили более

2000 долларов (200 долларов за мегабайт). В настоящее время стоимость жестких дисков (с интегрированным контроллером) уменьшилась до одной шестой цента за один мегабайт, что составляет примерно 100 долларов за 80 Гбайт.

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с поверхности вращающихся магнитных дисков, разбитых на дорожки и секторы (512 байт каждый), головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно.

Жесткие диски вращаются намного быстрее, чем гибкие. Частота их вращения даже в большинстве первых моделей составляла 3600 об/мин (т.е. в 10 раз больше, чем в накопителе на гибких дисках) и до последнего времени была почти стандартом для жестких дисков. Но в настоящее время частота вращения жестких дисков возросла. Например, в портативном компьютере Toshiba диск объемом 3,3 Гбайт вращается с частотой 4852 об/мин, но уже существуют модели с частотами 5400, 5600, 6400, 7200,

10000 об/мин и даже 15000 об/мин.

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются (и не должны касаться!) дисков. Но при выключении питания и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка).

Дорожка — это одно “кольцо” данных на одной стороне диска. Дорожка записи на диске слишком велика, чтобы использовать ее в качестве единицы хранения информации. Во многих накопителях ее емкость превышает 100 тыс. байт, и отводить такой блок для хранения небольшого файла крайне расточительно. Поэтому дорожки на диске разбивают на нумерованные отрезки, называемые секторами.

Утверждать, что размер любого сектора равен 512 байт, не вполне корректно. На самом деле в каждом секторе можно записать 512 байт данных, но область данных — это только часть сектора. Каждый сектор на диске обычно занимает 571 байт, из которых под данные отводится только 512 байт. В различных накопителях пространство, отводимое подзаголовки (header) и заключения (trailer), может быть разным, но, как правило, сектор имеет размер 571 байт.

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.

Организация разделов на диске

При разбивке диска на области, называемые разделами, в каждой из них может быть создана файловая система, соответствующая определенной операционной системе. Сегодня в работе операционных систем чаще других используются три файловые системы.

FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Это стандартная файловая система для DOS, Windows 9х и Windows NT. В разделах FAT под DOS допустимая длина имен файлов — 11 символов (8 символов собственно имени и 3 символа расширения), а объем тома (логического диска) — до 2 Гбайт. Под Windows 9х и Windows NT 4.0 и выше допустимая длина имен файлов — 255символов.

С помощью программы FDISK можно создать только два физических раздела FAT на жестком диске — основной и дополнительный, а в дополнительном разделе можно создать до 25 логических томов. Программа Partition Magic может создавать четыре основных раздела или три основных и один дополнительный. FAT32 (File Allocation Table, 32-bit — 32-разрядная таблица размещения файлов).

Используется с Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 и Windows 2000. В таблицах FAT 32 ячейкам размещения соответствуют 32-разрядные числа. При такой файловой структуре объем тома (логического диска) может достигать 2 Тбайт (2048 Гбайт). NTFS (Windows NT File System — файловая система Windows NT). Доступна только в операционной системе Windows NT/2000. Длина имен файлов может достигать 256 символов, а размер раздела (теоретически) — 16 Эбайт (16Ч10

18 байт). NTFS обеспечивает дополнительные возможности, не предоставляемые другими файловыми системами, например средства безопасности.

При форматировании высокого уровня операционная система создает структуры для работы с файлами и данными. В каждый раздел (логический диск) заносится загрузочный сектор тома (Volume Boot Sector — VBS), две копии таблицы размещения файлов (FAT) и корневой каталог (Root Directory). С помощью этих структур данных операционная система распределяет дисковое пространство, отслеживает расположение файлов и даже “обходит”, во избежание проблем, дефектные участки на диске. В сущности, форматирование высокого уровня — это не столько форматирование,

сколько создание оглавления диска и таблицы размещения файлов.

К основным элементам конструкции типичного накопителя на жестком диске относятся: диски;

головки чтения/записи;

механизм привода головок;

двигатель привода дисков;

печатная плата со схемами управления;

кабели и разъемы;

элементы конфигурации (перемычки и переключатели).