7. Структура жорсткого диску.

Секторы, головки, цилиндры, кластеры...

Гибкий диск (ГД) - это круглая пластинка, покрытая с двух сторон магнитным материалом. Когда ГД вставляется в дисковод, с обеих сторон (сверху и снизу) к нему прижимаются магнитные головки. Они действительно прижимаются, зазора между головками и поверхностью ГД нет.

С помощью специального шагового двигателя головки могут перемещаться скачкообразно вдоль радиуса диска, как бы образуя на поверхности диска концентрические окружности. Эти окружности называются дорожками, треками или цилиндрами (совокупностями дорожек одного радиуса).

Жесткий диск состоит из нескольких жестких круглых пластинок, покрытых магнитным материалом:

Эти пластинки вращаются с огромной скоростью (5400, 7200 или 10000 оборотов в минуту) в герметичном корпусе. Как и для гибкого диска, около каждой стороны пластинки располагается по одной магнитной головке, но эти головки не соприкасаются с поверхностью диска, а плавают на воздушной подушке в непосредственной близости от диска. Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок го-ловок вдоль радиуса диска, переходя от одного цилиндра к другому. Такие команды обычно выдаются не прикладной программой, а модулями BIOS, обслуживающими дисковый нако-питель. При необходимости программа может сама управлять положением блока головок.

Перемещаясь вдоль окружности дорожки, магнитная головка может записывать или считывать информацию примерно так, как это происходит в бытовом магнитофоне. Запись производится по битам, при этом добавляется различная служебная информация и информация для контроля правильности данных.

Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера (512 байт)-секторами. Сектор – это наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером. Для сектора выполняется контроль правильности записи или чтения. При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов, находящихся в секторе, которая записывается на диск в служебную область, находящуюся после сектора. При чтении контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается со считанной из служебной области. При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке.

Дорожки нумеруются начиная от нулевой, головки тоже начиная от нулевой, а вот секторы - начиная с первого. Именно такая нумерация используется при работе с контрол-лером диска и функциями прерывания BIOS, обслуживающими дисковую подсистему.

Подведем некоторые итоги.

1.Каждый жесткий диск обслуживают несколько головок, в зависимости от количества круглых пластинок, покрытых магнитным материалом, из которых состоит диск.

2.Информация записывается и читается блоками, поэтому все дорожки как бы разбиты на секторы (обычно по 512 байт).

3.В операциях чтения или записи на физическом уровне необходимо указывать номер головки (0,1,...), дорожки или цилиндра (0,1,...), сектора (1,2,...).

Рис. Структура физического диска

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ДИСКОВОЙ ПОДСИСТЕМЫ

По уровням сложности (по убыванию):

3.9 Особливості файлових систем FAT, HPFS, NTFS.

Файловая система FAT впервые появилась вместе с DOS, поддерживается DOS, всеми версиями Windows, UNIX, Linux и OS/2. Название файловая система FAT получила из-за одноименной таблицы расположения файлов (File Allocation Table) - структуры, управляющей вы-делением памяти под файлы.

Диск, отформатированный с помощью файловой системы FAT, содержит 5 областей:

- Загрузочный сектор, содержит программу начальной загрузки операционной системы. Вид этой программы зависит от типа ОС, которая будет загружаться из этого раздела.

- Основная копия FAТ, содержит информацию о размещении файлов и катало­гов на диске

- Резервная копия FAT.

- Корневой каталог занимает фиксированную область в 32 сектора (16 Кбайт), что позволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах (каждая запись каталога состоит из 32 байт).

- Область данных предназначена для размещения всех файлов и всех катало­гов, кроме корневого каталога.

Элементы таблицы FAT:

Значение элемента	Описание
0 bad Reserved eof nnn	Кластер доступен Кластер содержит поврежденный сектор и непригоден для использования Кластер зарезервирован для использования операционной системой Специальный признак конца файла; обозначает последний кластер файла Номер следующего кластера файла

Изначально в файловой системе FAT под элементы ее таблицы выделялось по 12 бит (разрядов). 16-разрядная файловая система типа FAT под названием FAT16 впервые представлена в операционной системе DOS 4.0 и предназначалась для работы с большими кластера-ми и соответственно - с дисками большего размера. Мах кол-во кластеров которое поддерживает система FAT 16, равно 65536, что ограничивает размер томов FAT до 2 или 4 Гбайт (max. размер кластера * max. число кластеров = количество байтов).

Следом за FAT16 в Windows 95 OSR 2 представлена новая файловая система FAT32, в ко-торой под элементы таблицы размещения файлов выделялось уже по 32 бита, что позволило увеличить mах возможное число кластеров до 2³². Соответственно mах размер кластера в 32768 байт означает, что объем тома FAT32 может составлять до 8 Тбайт (1 терабайт равен 1024 Гбайт), а на данный момент текущие возможности аппаратного обеспечения (512 байт на сектор) ограничивают это число до 2 Тбайт.

Размеры кластеров в файловых системах FAT16 и FAT32, принятые по умолчанию, перечислены в таблице.

Размеры кластеров в файловой системе FAT16, принятые по умолчанию

Объем тома кластера		Размер		Секторов в кластере
Менее 32 Мбайт	512 байт		1
От 32 до 64 Мбайт	1 Кбайт		2
От 65 до 128 Мбайт	2 Кбайт		4
От 129 до 255 Мбайт	4 Кбайт		8
От 256 до 511 Мбайт	8 Кбайт		16
От 51 2 Мбайт до 1 Гбайт	16 Кбайт		32
От 1 до 2 Гбайт	32 Кбайт		64
От 2 до 4 Гбайт	64 Кбайт		128

Размеры кластеров в файловой системе FAT32, принятые по умолчанию

Объем тома	Размер кластера	Секторов в кластере
До 512 Мбайтов	Не поддерживается	Не определено
От 512 Мбайт до 8 Гбайт	4 Кбайт	8
От 8 до 16 Гбайт	8 Кбайт	16
От 16 до 32 Гбайт	16 Кбайт	32
Свыше 32 Гбайт	32 Кбайт	64