Организация внешней памяти на магнитных дисках [1, тема 2].
Для организации внешней памяти используются недорогие, но достаточно быстродействующие и емкие устройства с прямым доступом к данным – накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) или просто диски.
Из оперативной памяти в НЖМД и обратно данные передаются байтами, а вот записываются непосредственно на диск и считываются с него они уже последовательно (побитно). Из-за того, что запись и считывание бита данных не является абсолютно надежными операциями, данные перед записью кодируется с достаточно большой избыточностью. Для этой цели применяют коды Рида-Соломона.
Избыточное кодирование информационных данных позволяет не только обнаруживать ошибки, но и автоматически исправлять их. Следовательно, перед тем как данные, считанные с поверхности диска, будут переданы в оперативную память, их нужно предварительно обработать – декодировать. На эту операцию необходимо некоторое время, за которое диск успевает повернуться на некоторый угол.
Поэтому на диске данные хранятся порциями – кодовыми блоками, имеющими информационную часть и некоторую проверочную часть. Эти блоки называют секторами (sectors), имеющими стандартизованный размер информационной части 512 байт.
При фиксированном положении головки секторы образуют дорожку (трек – track). Дорожки и секторы создаются в результате выполнения процедурыфизическогоилинизкоуровневого форматирования диска, предшествующего использованию диска (при производстве диска).
Группы дорожек одного радиуса, расположенные на поверхностях дисков образуют цилиндры (cylinders). Выбор конкретной дорожки в цилиндре осуществляется указанием головки (head) записи-считывания. Таким образом, адрес конкретного блока данных ранее указывался с помощью трех координатC-H-S – номеров цилиндра, головки и сектора (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Структура размещения данных на диске
Сейчас применяют другой метод адресации, при котором все секторы просто пронумерованы – спецификация LBA(LogicalBlockAddressing).
Для структуризации данных на магнитном диске полезно поделить все дисковое пространство на разделы (partitions). Такое деление позволяет организовать на одном физическом устройстве несколько логических устройств (логических дисков). Причем на каждом разделе может быть организована своя файловая система.
Современные файловые системы faTиNtfs[1, тема 2].
В настоящее время существует большое количество файловых систем, но наибольшее распространение в персональных компьютерах получили FATиNTFSблагодаря их применению в семействе операционных системWindows.
Файловая система fat
FileAllocationTable– таблица размещения файлов
Структура логического диска состоит из следующих областей:
загрузочный секторсодержит программу начальной загрузки ОС; вид этой программы зависит от типа ОС, которая будет загружаться с этого раздела;
основная копия FAT содержит информацию о размещении файлов и каталогов по кластерам на диске в области данных;
резервная копия FAT;
корневой каталогзанимает фиксированную область размером в 32 сектора (16 Кбайт), что позволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах, так как каждая запись каталога состоит из 32 байт;
область данных измеряется в кластерах и предназначена для размещения всех файлов и всех каталогов, кроме корневого каталога.
В таблице FATколичествоиндексных указателейсоответствует количеству кластеров в области данных, а номер индексного указателя равен номеру соответствующего кластера.
Индексный указатель имеет ограниченный размер (в частности: 12 бит в FAT12, 16 бит вFAT16 и 32 бит вFAT32) и может принимать значения, представленные дляFAT16 в табл. 2.2.
Таблица 2.2
При размещении на диске файла операционная система просматривает таблицу FATи ищет первый свободный индексный указатель. После его обнаружения в поле записи каталога «номер первого кластера» фиксируется номер этого указателя. В кластер с этим номером записываются данные файла, и он становится первым кластером файла. Если файл умещается в одном кластере, то в указатель, соответствующий данному кластеру, заносится значение «последний кластер в цепочке».
Если же размер файла превышает один кластер, то операционная система продолжает просмотр таблицы FATи ищет следующий указатель на свободный кластер. После его обнаружения в предыдущий указатель заносится номер этого кластера, который теперь становится следующим кластером файла. Процесс продолжается до тех пор, пока не будут размещены все данные файла. Таким образом, создается цепочка связанных кластеров файла.
Размер индексных указателей определяет количество кластеров. Например, в FAT12 используются 12-ти битные указатели, поэтому возможно иметь только 212 = 4096 кластеров в области данных диска и.т.д.
Так как количество кластеров ограничено, то размер кластера зависит от объема логического диска и обычно выбирается из диапазона от 1 до 128 секторов (от 512 байт до 64 Кбайт).
Понятие «файл» для файловой системы включает не только имя и хранимые в выделенных кластерах данные, но и атрибуты – свойства файла. Поэтому в каталогах файловой системы для каждого файла выделяется запись (строка) размером 32 байта, в которой в FAT16 иFAT12 указываются следующие данные о файле : имя, резерв, атрибуты, размер и т.д.