3.2 Физическая и логическая организация дисков

В накопителях на жёстких магнитных дисках информация хранится в секторах. Сектором диска называют часть магнитной дорожки заключённая между идентификаторами смежных секторов. Сектор содержит 512 (1024, 2048) байтов данных. Реальный размер сектора несколько больше, так как в секторе помещается также служебная информация. Сектор диска состоит из двух основных частей (см. рис.19):

а) Идентификатор сектора;

б) Сегмент данных.

Идентификатор сектора и сегмент данных содержат:

1. Заголовок сектора (СНS): трёхмерный адрес–цилиндр (С), головка (поверхность цилиндра Н) физический номер сектора (S). Здесь же располагаются: флажок «плохого сектора», указатель заменяющего сектора и другие элементы.

2. Коды циклического контроля (CRC–CyclicalRedundancyChek).

3. Промежуток между заголовком сектора и данными (интервал для переключения головок при необходимости).

4. Сегмент данных 512 байт (1024 или 2048 байтов).

5. Коды исправления ошибок.

6. Межсекторный промежуток.

Физическое форматирование дисковпреследует присваивание каждой стороне диска дорожке и сектору числового адреса. Физическое форматирование осуществляется специальной программой или программой из ПЗУ расширенияBIOSв контроллере илиROMBIOSматеринской платы.

При физическом (низкоуровневом) форматировании для каждого цилиндра и головки контроллер записывает полную дорожку информации в том формате, который ему потребуется для считывания и записи данных.

В результате выполнения физического форматирования на дисках образуется служебная информация:

ИНДЕКС– маркер, индицирующий начало всех дорожек;

ЦИЛИНДР– образуются цилиндры, количество которых соответствует количеству дорожек на поверхности дисков с числовыми номерами от 0 и далее;

СЕКТОР– диск делится на секторы и в них записывается информация, приведённая на рис.19. На место данных в сегменте данных записываются фиктивные коды. Данные в секторах защищены с помощью кодов исправления ошибок – контрольной суммыECC(ErrorCorrectionCode) – от 4 до 7 байтов. Контрольная сумма записывается при записи данных на диск, а также образуется при чтении информации и сравнивается с записанной ранее.

ДАННЫЕзаписываются в сектор в последовательном коде старшим битом вперёд. Чтение производится в том же порядке.

Нельзя подвергать физическому форматированию ранее отформатированный диск. Это может привести к выходу из строя диска.

Логическое форматирование жёстких дисков.Это форматирование, называемое такжевысокоуровневым форматированием, позволяет создать на дискахлогическую структуру дисковой памяти – файловую систему, с помощью которой конкретная операционная система организует хранение данных.

Контроллеру диска достаточно форматирования на физическом уровне – он может найти любой сектор. Но для операционной системы этого недостаточно.

Логическое форматирование осуществляется в 2 этапа:

1. Этап организации разделов на диске;

2. Этап собственно логического форматирования.

Разработчики DOSмогли не вводить разделов в жёсткие диски, но они появились в период «молодости»MSDOS, когда диски были дороги. Разработчики «чувствовали», что нужно обеспечить пользователю возможность инсталлировать на ПК несколько ОС, включаяDOS. С тех пор разделы остались, обеспечивая тем самым совместимость новых дисков с прежними версиямиBIOSиDOS.

Организация разделов на диске означает разделение дискового пространства на части. На жёстком диске должно быть по крайней мере один раздел, но не более 4-х. На рис.20 приведена схема разделения дисковой памяти. В результате такого разделения на дисках образуется четыре секции:

1. Главная загрузочная запись (MBR–MasterBootRecord);

2. Средняя часть дисковой памяти;

3. Диагностический цилиндр;

4. «Секретный» цилиндр.

Главная загрузочная запись – «вводная» секция на диске, которая служит для того, чтобы хранитьтаблицу разделов, без которой невозможно попасть в каждый из разделов дисковой памяти. Она занимает нулевой цилиндр дисковой памяти.

Диагностический цилиндр служит для проведения тестовой проверки дисков.

Секретный (инженерный) цилиндр содержит информацию о параметрах накопителя и некоторую фирменную информацию (этого цилиндра может и не быть).

Средняя часть дисковой памяти– основная часть, в которой хранятся файлы пользователя, состоит (в качестве варианта):

1. ПЕРВИЧНЫЙ РАЗДЕЛ DOSсоздаётся любой операционной системой. Если его создаётDOS, он называетсяпервичным.

2. РАСШИРЕННЫЙ РАЗДЕЛ DOS рассматривается как отдельный диск или как совокупность дисков. При наличии в винчестере одного (физического) диска ими могут быть диски отD до I.

3. ОСТАЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ могут быть разными. В данном случае это разделы, отведённые, например, подOS/2 иUNIX.

Логическую организацию разделов (верхний уровень форматирования) рассмотрим на примере разделаDOS(остальные разделы форматируются аналогично).

В результате работы программы FORMATразделDOSбудет выглядеть так, как показано на рис.21.

Загрузочный секторсодержит:

а) Программу загрузки операционной системы;

б) Таблицу данных с информацией об этом разделе DOS.

Таблицы размещения файловсодержат информацию о состоянии всех кластеров (см. ниже) в разделеDOS(или логическом накопителе). Состояние кластеров отражается в таблицахFAT1 иFAT2 –таблицах размещения файлов, в которых содержится информация об учёте распределения дискового пространства.FAT– таблица чисел (по одному числу на кластер), которая описывает состояние этих кластеров. Таких таблиц две – одна резервная.

Корневой каталог– упорядоченная таблица сведений о файлах. Именно здесьDOSхранит информацию о каталоге файлов, связывая имя файла с его расположением на диске.

Область данных – данные, помещаемые пользователем и считываемые в оперативную память.