Накопитель на магнитных дисках

Основные понятия:

Головка (Head) - электромагнит, скользящий над поверхностью диска с микронным зазором. Накопитель может иметь несколько поверхностей (сторон диска). Для каждой поверхности используется своя головка. Нумерация сторон начинается с 0.

Дорожка (Track) - концентрическая окружность, которую может прочитать головка в одной позиции. Нумерация дорожек начинается с внешней (первая имеет номер - 0).

Цилиндр (Cylinder) - совокупность всех дорожек с одинаковым номером на всех дисках, т.к. дисков может быть несколько и на каждом диске запись может быть с двух сторон.

Маркер - от него начинается нумерация дорожек, есть на каждом диске.

Сектор – часть дорожки. На сектора разбивается каждая дорожка, сектор содержит минимальный блок информации. Нумерация секторов начинается от маркера.

Геометрия жесткого диска - набор параметров диска, количество головок, количество цилиндров и количество секторов.

У современных жестких дисков контроллер (электронная система управления дисковым накопителем) встроен в само устройство, и берет на себя большую часть работы, которую не видит ОС. Например, скрывает физическую геометрию диска, предоставляя пользователю виртуальную геометрию (рис.1). Контроллер работает под управлением системной программы, которая называется драйвером диска.

 

Рис. 1. Физическая и виртуальная геометрия диска

 

На внешних дорожках число секторов делают больше, а на внутренних меньше. На реальных дисках таких зон может быть несколько десятков.

 

Низкоуровневое форматирование

Низкоуровневое форматирование - разбивка диска на сектора, производится производителями дисков.

Каждый сектор состоит из:

· Заголовка (Prefix portion) - по которому определяется начало (последовательность определенных битов) сектора и его номер, и номер цилиндра.

· Область данных (как правило, 512 байт).

· Конец сектора (Suffix portion) - содержит контрольную сумму ECC (Error Correction Code - код корректировки ошибок). Позволяет обнаружить или даже исправить ошибки чтения. Размер зависит от производителя диска, и показывает, как производитель относится к надежности работы диска.

 

Рис. 2. Структура сектора диска

 

На диске могут быть запасные сектора, которые могут быть использованы для замены секторов с дефектами (они почти всегда имеются). За счет этого обеспечивается постоянная емкость диска.

При низкоуровневом форматировании часть полезного объема уменьшается, примерно до 80%.

Перекос цилиндров

Перекос цилиндров - сдвиг 0-го сектора каждой последующей дорожки, относительно предыдущей. Используется для увеличения скорости работы диска. Головка тратит, какое-то время на смену дорожки, и если 0-й сектор будет начинаться в том же месте, что и предыдущий, то головка уже проскочит его, и будет ждать целый круг.

 

 

Рис. 3. Перекос цилиндров

 

Перекос цилиндров делают разным в зависимости скоростей вращения и перемещения головок.

Перекос головок – также приходится применять, т.к. на переключение с головки на головку тратится дополнительное время.

 

Чередование секторов

Если, например, один сектор прочитан, а для второго нет в буфере места, пока данные копируются из буфера в память, второй сектор уже проскочит головку.

Чтобы этого не случилось, применяют чередование секторов (рис. 4).

 

Рис. 4. Чередование секторов

 

Если копирование очень медленное, может применяться двукратное или большее чередование.

 

Разделы диска

После низкоуровневого форматирования диск разбивается на разделы, эти разделы воспринимаются ОС как отдельные логические диски.

Разделы можно использовать для следующих целей:

· Отделить системные файлы от пользовательских (например, своп-файлы).

· Более эффективно использовать дисковое пространство (например, для администрирования).

· На разные разделы можно установить разные ОС.

Основные разделы диска (рис.5):

· Первичный (Primary partition) - некоторые ОС могут загружаться только с первичного раздела.

· Расширенный (Extended partition) - непосредственно данные не содержит, служит для создания логических дисков (создается, что бы обойти ограничение в 4-ре раздела).

· Логический (Logical partition) - может быть любое количество.

 

Информация о разделах диска записывается в 0-м секторе 0-го цилиндра, головки 0 и называется таблицей разделов.

Таблица разделов (Partition Table) - содержит информацию о разделах, номер начальных секторов и размеры разделов. На Pentium-компьютерах в таблице есть место только для четырех записей, т.е. на диске может быть создано только четыре раздела (к логическим разделам это не относится, их может быть не ограниченное количество).

Сектор, где хранится таблица разделов, называется главной загрузочной записью.

Главная загрузочная запись MBR (Master Boot Record) - содержит загрузочную программу и таблицу разделов.

Активный раздел - раздел, с которого загружается ОС, может быть и логическим. В одном сеансе загрузки может быть только один активный раздел.

Рис. 5. Пример структуры разделов ЖМД

 

В Windows разделы обычно называются устройствами (логическими дисками). Они именуются буквами латинского алфавита: C:, D:, E: и т.д.