Организация размещения информации на дискетах и жестких дисках

Всю информацию, хранящуюся на диске, условно делят на служебную и пользовательскую. Первая обеспечивает нормальную работу и изначально присутствует в любом HDD - ее записывает завод-изготовитель.

Поверхность диска никогда не используется для записи произвольным образом. Данные всегда записываются в виде концентрических окружностей, называемых дорожками, состоящих из нескольких меньших отрезков - секторов. Каждой дорожке и каждому сектору на каждой из сторон диска присваивается свой порядковый номер. Расположенные одна над другой несколько дорожек с одинаковыми номерами называются цилиндрами.

Такое деление дискового пространства на участки называется форматом нижнего уровня и выполняется на заводе - изготовителе винчестера.

В процессе низкоуровневого форматирования дисков может выясниться, что на поверхности пластин имеется один или несколько маленьких участков, чтение или запись в которые сопровождается ошибками (так называемые сбойные секторы, или бэд-блоки).

Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются. Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя "на лету" подменяет дефектные участки поверхности, делая их абсолютно прозрачными для операционной системы

Но не вся область диска отведена для записи данных. Часть информационной поверхности используется накопителем для собственных нужд. Это область служебной, как ее еще иногда называют, инженерной информации. Она скрыта от пользователей и становится доступной при переводе винчестера в специальный технологический режим, осуществляемый при помощи стендового оборудования и особых утилит.

Служебная информация.

Служебную информацию можно разделить на несколько типов:

1) сервометки, предназначенные для стабилизации скорости вращения дисков, поиска секторов и точной установки головок на дорожки;

2) информация, служащая для адресации секторов с данными пользователя и контроля целостности этих данных;

3) рабочие программы (микрокод), предназначенные для управления работой всех систем накопителя;

4) паспорт винчестера, в котором записана информация о количестве дисков, головок, название фирмы-производителя и модели накопителя, дата его изготовления, страна изготовитель, номер конвейера, номер рабочей смены и многое другое; здесь же хранится и уникальный серийный номер винчестера;

5) таблица дефектных секторов, служащая для аппаратной подмены сбойных участков поверхности из резерва. Эта информация используется электроникой винчестера в процессе работы и является важнейшей его частью, без которой физически полностью исправный накопитель был бы бесполезным куском железа.

Каждый HDD разделен на зоны (notches), в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Секторов может умещаться от 17 до 150 (как правило) на одной дорожке. Их нумерация начинается с 1, тогда как нумерация головок и цилиндров начинается с 0. Количество секторов на дорожке не равное. Чем дальше дорожка от центра, тем больше число секторов на диске.

Области размещения информации на диске c FATxx:

1) PT состоит из четырёх элементов описывающих разделы диска. DOS и Windows используют только первые два элемента. Описание раздела диска содержит информацию о первых и последних головках, дорожках, секторах раздела, общем количестве секторов в разделе, типе файловой системы и признак того, что раздел является загрузочным.

2) MBR находится в том же секторе что и PT. Данные в MBR представляют собой код процессора, необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы. В последних двух байтах MBR находится сигнатура 55AAh указывающая на то, что данные в MBR необходимо использовать для загрузки. Если эта сигнатура отсутствует, данные MBR не будут использованы. PT и MBR расположены на самом первом секторе HDD.

3) BR содержит массу данных и служит для описания параметров файловой системы. В отличие от диска, минимальным адресуемым блоком данных для операционной системы служит кластер, состоящий из одного или нескольких секторов. Нужны данные: размер кластера, размер и количество копий FAT.

4) FAT состоит из 12, 16 или 32 битных элементов, количество которых равно количеству кластеров на диске. Нужны эти элементы для связи кластеров в цепочки соответствующие файлам.

5) ROOT - это корневой каталог диска. Содержит записи описывающие файлы (дескрипторы файлов) в корневом каталоге. Запись описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла, а также содержит указатель на первый кластер файла. Каталоги представляют собой файлы, идентичные по структуре корневому каталогу. Каталог, кроме записей описывающих файлы, содержит 2 записи, первая из которых содержит указатель на первый кластер самого каталога, вторая - на первый кластер родительского каталога.

Методы записи инфоpмации на магнитные диски:

1) Метод MFM (Modified Frequency Modulation - модифициpованная частотная модуляция) используется для записи на гибкие диски, а также - в pанних винчестеpах для PC XT. Пpи использовании этого метода на одну доpожку винчестеpа записывается 17 сектоpов по 512 байт каждый.

2) Метод RLL (Run Length Limited - огpаниченная длина сеpии) использует более плотную упаковку данных пpи записи, повышая объем инфоpмации на доpожке пpимеpно на 50%. Кодиpование пpоизводится таким обpазом, чтобы длина сеpии нулей не выходила за пpеделы заданных паpаметpов; обычно минимум pавен двум, а максимум - семи. Соответственно, метод часто обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов.

3) Метод ARLL (Advanced RLL - улучшенный RLL) - дальнейшее развитие RLL в сторону повышения плотности упаковки. Обычно применяется с параметрами (1,7) и (3,9). На дорожку записывается 34 и более сектора. Большинство современных винчестеров использует методы RLL или ARLL.

4) ZBR (Zoned Bit Recording - зоновая запись битов) - метод упаковки данных на дорожках диска. В отличие от перечисленных выше методов физической записи, ZBR является более высокоуровневым методом и используется в комбинации с одним из них. Благодаря тому, что линейная скорость поверхности относительно головки на внешних цилиндрах выше, чем на внутренних, биты на внешних цилиндрах записываются с большей частотой (следовательно - плотностью), нежели внутри. Обычно на поверхности организуется до десятка и более зон, внутри которых плотность записи одинакова. При использовании ZBR геометрия диска становится неоднородной - внешние цилиндры содержат больше секторов, чем внутренние; поэтому на таких дисках используется так называемая условная, или логическая геометрия, когда адреса логических секторов преобразуются в физические внутренним контроллером диска при помощи специальных таблиц.