En règle générale, les utilisateurs disposent d'un lecteur intégré dans leur ordinateur. Lorsque vous installez pour la première fois le système d’exploitation, celui-ci est divisé en un certain nombre de partitions. Chaque volume logique est chargé de stocker certaines informations. De plus, il peut être formaté dans différents systèmes de fichiers et dans l'une des deux structures. Ensuite, nous aimerions décrire la structure logicielle du disque dur de manière aussi détaillée que possible.

Quant aux paramètres physiques, le disque dur se compose de plusieurs parties combinées en un seul système. Si vous souhaitez recevoir des informations détaillées sur ce sujet, nous vous recommandons de vous référer à notre matériel séparé sur le lien suivant, et nous passons à l'analyse du composant logiciel.

Lors du partitionnement d'un disque dur, la lettre par défaut du volume système est définie sur C, et pour le deuxième - D. Des lettres UN Et B sont ignorés car c'est ainsi que les disquettes sont désignées différents formats. S'il n'y a pas de deuxième volume sur le disque dur, la lettre D indiquera le lecteur de DVD.

L'utilisateur divise lui-même le disque dur en partitions, en leur attribuant toutes les lettres disponibles. Découvrez comment créer une telle répartition manuellement dans notre autre article sur le lien suivant.

Structures MBR et GPT

Avec les volumes et les cloisons, tout est extrêmement simple, mais il y a aussi des structures. L'ancien modèle logique s'appelle MBR (Master Boot Record) et il a été remplacé par le GPT (GUID Partition Table) amélioré. Jetons un coup d'œil à chaque structure et examinons-les en détail.

Les disques avec la structure MBR sont progressivement remplacés par GPT, mais restent populaires et utilisés sur de nombreux ordinateurs. Le fait est que Master Boot Record est le premier secteur du disque dur d'une capacité de 512 octets ; il est réservé et n'est jamais écrasé. Cette section est responsable du lancement du système d'exploitation. Cette structure est pratique car elle vous permet de diviser facilement le disque physique en plusieurs parties. Le principe du démarrage d'un disque avec un MBR est le suivant :

Maintenant que les partitions du disque ont été accédées, vous devez déterminer la section active à partir de laquelle le système d'exploitation démarrera. Le premier octet de ce modèle de lecture détermine la partition souhaitée pour commencer. Les éléments suivants sélectionnent le numéro de tête pour commencer le chargement, le numéro de cylindre et de secteur, ainsi que le nombre de secteurs dans le volume. L'ordre de lecture est indiqué dans l'image suivante.

La technologie CHS (Cylinder Head Sector) est responsable des coordonnées de localisation du dernier enregistrement de la section de la technologie en question. Il lit le numéro de cylindre, le numéro de tête et les secteurs. La numérotation des pièces mentionnées commence par 0 , et les secteurs avec 1 . C'est en lisant toutes ces coordonnées que l'on détermine la partition logique du disque dur.

L'inconvénient d'un tel système est l'adressage limité du volume de données. Autrement dit, lors de la première version de CHS, une partition pouvait avoir un maximum de 8 Go de mémoire, ce qui, bien sûr, n'était bientôt plus suffisant. Il a été remplacé par l'adressage LBA (Logical Block Addressing), dans lequel le système de numérotation a été repensé. Les disques jusqu'à 2 To sont désormais pris en charge. LBA a encore été amélioré, mais les changements n'ont affecté que GPT.

Nous avons traité avec succès le premier secteur et les suivants. Quant à ce dernier, il est également réservé, appelé AA55 et se charge de vérifier l'intégrité du MBR et la présence des informations nécessaires.

La technologie MBR présentait un certain nombre d'inconvénients et de limitations qui ne permettaient pas de travailler avec de grandes quantités de données. Il ne servait à rien de le réparer ou de le modifier. Ainsi, avec la sortie de l'UEFI, les utilisateurs ont découvert la nouvelle structure GPT. Il a été créé en tenant compte de l'augmentation constante de la capacité de stockage et des changements dans le fonctionnement du PC, c'est donc à l'heure actuelle le plus solution avancée. Il diffère du MBR par les paramètres suivants :

• Manque de coordonnées CHS, seule version prise en charge de LBA ;
• GPT stocke deux copies de lui-même sur le lecteur : une au début du disque et l'autre à la fin. Cette solution permettra de relancer le secteur grâce à une copie stockée en cas de dommage ;
• La structure de la structure a été repensée, dont nous parlerons plus tard ;
• L'exactitude de l'en-tête est vérifiée à l'aide de l'UEFI à l'aide d'une somme de contrôle.

Je voudrais maintenant parler plus en détail du principe de fonctionnement de cette structure. Comme mentionné ci-dessus, la technologie LBA est utilisée ici, ce qui vous permettra de travailler sans problème avec des disques de n'importe quelle taille et, à l'avenir, d'élargir la gamme si nécessaire.

Il est à noter que le secteur MBR dans GPT est également présent, c'est le premier et a une taille d'un bit. Il est nécessaire que le disque dur fonctionne correctement avec les anciens composants et ne permet pas non plus aux programmes qui ne connaissent pas GPT de détruire la structure. Par conséquent, ce secteur est appelé protecteur. Vient ensuite un secteur de 32, 48 ou 64 bits, responsable du partitionnement ; il est appelé en-tête GPT principal. Après ces deux secteurs, le contenu est lu, le deuxième schéma de volume et une copie GPT clôture le tout. La structure complète est présentée dans la capture d'écran ci-dessous.

Sur ce informations générales, qui peut intéresser l'utilisateur moyen, se termine. Ensuite, il y a les subtilités du fonctionnement de chaque secteur, et ces données ne concernent plus l’utilisateur lambda. Quant au choix de GPT ou MBR, vous pouvez lire notre autre article, qui aborde le choix de structure pour Windows 7.

Je voudrais également ajouter que GPT est une option plus avancée et qu'à l'avenir, dans tous les cas, nous devrons passer à travailler avec des médias de cette structure.

Systèmes de fichiers et formatage

Parlant de la structure logique du disque dur, on ne peut manquer de mentionner les systèmes de fichiers disponibles. Bien sûr, ils sont nombreux, mais nous aimerions nous concentrer sur les variétés des deux systèmes d'exploitation avec lesquels les utilisateurs ordinaires travaillent le plus souvent. Si l'ordinateur ne parvient pas à détecter le système de fichiers, alors Disque dur acquiert Format brut et c'est dans celui-ci qu'il est affiché dans le système d'exploitation. Un correctif manuel pour ce problème est disponible. Nous vous suggérons de vous familiariser avec les détails de cette tâche ci-dessous.

1. FAT32. Microsoft a commencé à publier des systèmes de fichiers avec FAT. À l'avenir, cette technologie a subi de nombreux changements et dernière version sur ce moment est FAT32. Sa particularité est qu'il n'est pas conçu pour traiter et stocker des fichiers volumineux, et il sera également assez problématique d'y installer des programmes lourds. Cependant, FAT32 est universel et lors de la création externe dur disque, il est utilisé pour que les fichiers enregistrés puissent être lus à partir de n'importe quel téléviseur ou lecteur.
2. NTFS. Microsoft a introduit NTFS pour remplacer complètement FAT32. Désormais, ce système de fichiers est pris en charge par toutes les versions de Windows, à partir de XP, et fonctionne également très bien sous Linux, mais sous Mac OS, vous ne pouvez lire que les informations, rien ne peut être écrit. NTFS se distingue par le fait qu'il n'a aucune restriction sur la taille des fichiers enregistrés, a une prise en charge étendue de divers formats, la possibilité de compresser des partitions logiques et est facilement restauré en cas de divers dommages. Tous les autres systèmes de fichiers conviennent mieux aux petits média amovible et sont assez rarement utilisés dans les disques durs, nous ne les considérerons donc pas dans cet article.

Nous avons traité des systèmes de fichiers Windows. Je voudrais également attirer l'attention sur les types pris en charge dans le système d'exploitation Linux, car il est également populaire parmi les utilisateurs. Linux prend en charge le travail avec tous les fichiers Systèmes Windows, cependant, il est recommandé d'installer le système d'exploitation lui-même sur un système de fichiers spécialement conçu à cet effet. Il convient de noter les variétés suivantes :

1. Extfs est devenu le tout premier système de fichiers pour Linux. Il a ses limites, par exemple, la taille maximale du fichier ne peut pas dépasser 2 Go et son nom doit être compris entre 1 et 255 caractères.
2. Poste3 Et Poste4. Nous avons ignoré les deux versions précédentes d’Ext car elles ne sont plus du tout pertinentes désormais. Nous ne parlerons que de versions plus ou moins modernes. La particularité de ce FS est qu'il prend en charge des objets d'une taille allant jusqu'à un téraoctet, bien que lorsqu'il fonctionnait sur l'ancien noyau Ext3, il ne prenait pas en charge les éléments de plus de 2 Go. Une autre fonctionnalité est la prise en charge de la lecture de logiciels écrits pour Windows. Vint ensuite le nouveau FS Ext4, qui permettait de stocker des fichiers jusqu'à 16 To.
3. Le principal concurrent d'Ext4 est considéré XFS. Son avantage réside dans un algorithme d'enregistrement spécial, appelé "Attribution d'espace retardée". Lorsque les données sont envoyées en écriture, elles sont d'abord placées dans la RAM et attendent en file d'attente pour être stockées dans l'espace disque. Le déplacement vers le disque dur n'est effectué que lorsque la RAM est épuisée ou occupée par d'autres processus. Cette séquence vous permet de regrouper les petites tâches en grandes tâches et de réduire la fragmentation des médias.

Quant au choix d'un système de fichiers pour l'installation du système d'exploitation, il est préférable pour l'utilisateur moyen de choisir l'option recommandée lors de l'installation. Il s'agit généralement d'Etx4 ou de XFS. Les utilisateurs avancés utilisent déjà le FS pour répondre à leurs besoins, en l'utilisant Divers types pour accomplir les tâches assignées.

Le système de fichiers change après le formatage du disque, il s'agit donc d'un processus assez important qui permet non seulement de supprimer des fichiers, mais également de corriger les éventuels problèmes de compatibilité ou de lecture qui pourraient survenir. Nous vous invitons à lire un document spécial qui décrit de manière aussi détaillée que possible la procédure correcte de formatage d'un disque dur.

De plus, le système de fichiers regroupe des groupes de secteurs en clusters. Chaque type procède différemment et ne peut fonctionner qu’avec un certain nombre d’informations. Les clusters varient en taille, les plus petits conviennent pour travailler avec fichiers légers, et les plus grands ont l’avantage d’être moins susceptibles à la fragmentation.

La fragmentation se produit en raison de la réécriture constante des données. Au fil du temps, les fichiers divisés en blocs sont enregistrés dans des parties complètement différentes du disque et une défragmentation manuelle est nécessaire pour redistribuer leur emplacement et augmenter la vitesse du disque dur.

Il existe encore une quantité considérable d'informations sur la structure logique de l'équipement en question ; prenons les mêmes formats de fichiers et le processus de leur écriture en secteurs. Cependant, aujourd'hui, nous avons essayé de vous expliquer le plus simplement possible les choses les plus importantes qui seront utiles à savoir pour tout utilisateur de PC souhaitant explorer le monde des composants.

Le secteur initial du disque possède un enregistrement racine principal, qui est chargé en mémoire et exécuté. La dernière partie de ce secteur possède une table de partition - une table à 4 éléments avec des éléments de 16 octets. Une telle table est gérée par le programme FDISK. Lors du chargement, ROM-BIOS charge ce secteur avec une entrée sur la table. Ceci est fait afin de déterminer la partition active. Le secteur racine correct est ensuite lu en mémoire et exécuté.
Tableau 1 - Structure de l'enregistrement racine principal et de la table de partition

Tableau 2 - Structure du descripteur de section

Le code de partition est utilisé pour identifier et positionner les partitions étendues et principales sur le disque. Une fois qu'une partition est détectée, sa taille et ses coordonnées peuvent être lues à partir de certains champs. Si dans le champ code de section 0 , alors le descripteur peut être considéré comme vide, et il sera certain qu'il n'y a pas de partition sur le disque.
Tableau 3 - Codes de partition du système d'exploitation Microsoft

Code	Type de section	Taille	Type de graisse	Système d'exploitation
01h	Basique	0-15 Mo	FAT12	MS-DOS 2.0
04h	Basique	16-32 Mo	FAT16	MS-DOS 3.0
05h	Avancé	0-2 Go	—	MS-DOS 3.3
06h	Basique	32 Mo - 2 Go	FAT16	MS-DOS 4.0
0Bh	Basique	512 Mo - 2 Go	FAT32	OSR2
0Ch	Avancé	512 Mo - 2 Go	FAT32	OSR2
0Eh	Basique	32 Mo - 2 Go	FAT16	Windows 95
0Fh	Avancé	0 à 2 Go	—	Windows 95

Les codes suivants sont réservés aux systèmes d'exploitation d'autres sociétés :

• 02h — tronçon SR/M
• 03h - Tronçon Xénis
• 07h - Partition OS/2 (HPFS)

Les numéros de cylindre et de secteur occupent 10 et 6 bits :

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
c	c	c	c	c	c	c	c	c	c	s	s	s	s	s	s

Ils sont emballés de telle sorte que lorsque CX est chargé avec une valeur de 16 bits, il est prêt à appeler l'interruption INT 13h pour lire une partie spécifique du disque. Après avoir lu l'enregistrement de charge principal dans la zone mémoire secte_buf fonction:

Octet CMP ptr sect_buf , 80h

vérifiera si la première partition est active. Et l'algorithme suivant chargera CX pour appeler INT 13h pour lire le secteur racine de la partition n°1.

MOV CX, sect_buf

Possibilités secteur relatif au décalage 08h dans chaque section est égal à la tête, au secteur et au cylindre de l'adresse de départ de la section. Le nombre relatif de secteurs augmente d'abord pour chaque secteur de la tête, puis pour chaque tête et enfin pour chaque cylindre. Formule:

rel_sec = (#Cyl * sec_per_cyl * têtes) + (#Goal * sec_per_cyl) + (#Sec -1)

Les sections commencent par un numéro de cylindre pair, à l'exception de la première section.

Structure du secteur racine

Le format du secteur racine d'une disquette ou d'une partition de disque dur est illustré à la Fig. 1.

Image 1

Tableau des paramètres du disque dur

Cette structure de 16 octets est située à l'adresse du vecteur d'interruption INT 41h (adresse de 4 octets à 0:0104). Caractéristiques pour deuxième dur Le disque (s'il existe) est situé à l'adresse vectorielle INT 46h.
Tableau 5 - Format du tableau du disque dur

Biais	Longueur	Contenu
00h	2	Nombre de cylindres
02h	1	Nombre de têtes
03h	2	Non utilisé (toujours 0)
05h	2	Numéro de cylindre de démarrage de précompensation
07h	1	Longueur maximale du bloc ECC
08h	1	Contrôle informatique : bits 0-2 - non utilisés (toujours 0) ; bit 3 - défini si le nombre de têtes est supérieur à 8 ; bit 4 - non utilisé (toujours 0) ; bit 5 - défini si le fabricant a placé une carte de défauts sur le cylindre avec le numéro « cylindre de travail maximum + 1 » ; bit 6 - interdiction de revérification ECC ; bit 7 - Contrôle ECC désactivé
09h	1	Non utilisé (toujours 0)
0Ah	1	Non utilisé (toujours 0)
0Bh	1	Non utilisé (toujours 0)
0Ch	2	Numéro de cylindre de la zone de stationnement
0Eh	1	Nombre de secteurs par piste
0Fh	1	Réserve

Table d'allocation de fichiers (FAT)

La taille du fichier peut changer avec le temps. Si nous supposons que le fichier est stocké uniquement dans des secteurs adjacents, lorsque la taille du fichier augmente, le système d'exploitation doit le réécrire complètement dans un autre emplacement du disque. Pour simplifier la tâche, les systèmes d'exploitation modernes implémentent des tables de distribution de fichiers (File Allocation Table - FAT), qui permettent de stocker un fichier dans plusieurs sections distinctes.

En FAT, la zone de données d'un lecteur logique est divisée en sections de taille égale - . Le nombre de secteurs dans un cluster est un multiple de 2 N et peut prendre des valeurs de 1 à 64. Dans le répertoire de fichiers de chaque fichier se trouve le numéro de l'élément initial de la table FAT, égal au premier cluster de la chaîne de fichiers. Un exemple est présenté sur la figure 2. Sur la photo, vous pouvez voir :

• MYFILE.TXT occupe 10 clusters. Le premier cluster est 08 et le dernier est 1Bh. Chaîne de clusters - 08h, 09h, 0Ah, 0Bh, 15h, 16h, 17h, 19h, 1Ah, 1Bh. Chaque composant de la chaîne pointe vers le composant suivant de la chaîne, comme le montre le tableau 6.
• Le cluster 18h est marqué comme défectueux et n'est pas inclus dans la chaîne
• Les clusters 06h, 07h, 0Ch-14h et 1Ch-1Fh sont vides et disponibles pour d'autres chaînes

Tableau 6 - Signification des éléments FAT

FAT démarre au secteur logique 1 sur la partition DOS. En principe, il faut lire le secteur racine DX=0, et prendre le décalage 0Eh. Là, nous découvrirons déjà le nombre de secteurs racine et de réserve qui se trouvent devant FAT. Pour lire n'importe quel composant FAT dans une chaîne, vous devez lire l'intégralité du FAT et obtenir le numéro de cluster de départ à partir de la table des matières, et dans le cas de FAT12 :

• multipliez le numéro de cluster par 3
• diviser le résultat par 2
• lire un mot de 16 bits depuis FAT en utilisant le résultat du tour précédent comme adresse
• Si le numéro de l'élément est pair, mais vous devez faire AND sur le mot et le masque 0FFFh. Si c'est impair, décalez la valeur vers la droite de 4 bits.

Chacun de nous est quotidiennement confronté à divers termes informatiques dont la connaissance est superficielle, et certains termes nous sont totalement inconnus. Et pourquoi savoir quelque chose qui ne nous concerne pas ou ne nous dérange pas. N'est-ce pas? C'est une vérité bien connue : tant que certains équipements (dont un disque dur) fonctionnent normalement et sans problème, personne ne se souciera jamais des subtilités de son fonctionnement, et cela ne sert à rien.

Mais, aux moments où des dysfonctionnements commencent lors du fonctionnement de n'importe quel appareil de l'unité centrale, ou tout simplement ont soudainement besoin d'aide avec un ordinateur, de nombreux utilisateurs prennent immédiatement un tournevis et un livre « les bases de la culture informatique, ou comment réanimer un ordinateur à la maison ». » Et ils essaient de résoudre le problème par eux-mêmes, sans recourir à l'aide d'un spécialiste. Et le plus souvent cela se termine très mal pour leur ordinateur.

• Les notions de « disque dur » ou « disque dur » et leur origine

Définition et origine du concept « disque dur »

Ainsi, le sujet de notre prochain article sera cette fois-ci une pièce de rechange de l'unité centrale en tant que disque dur. Nous examinerons en détail le sens même de ce concept, rappellerons brièvement l'histoire de son développement, et nous attarderons plus en détail sur la structure interne, analyserons ses principaux types, interfaces et détails de sa connexion. De plus, regardons un peu vers l’avenir, et peut-être même presque vers le présent, et disons ce qui remplace progressivement les bonnes vieilles vis. Pour l'avenir, disons qu'il s'agit de disques SSD qui fonctionnent sur le principe des clés USB - les périphériques SSD.

Le premier disque dur au monde, du type que nous avons l'habitude de voir et d'utiliser aujourd'hui, a été inventé par Kenneth Haughton, employé d'IBM, en 1973. Ce modèle s'appelait une mystérieuse combinaison de chiffres : 30-30, tout comme le calibre du célèbre fusil Winchester. Il n'est pas difficile de deviner que c'est de là que vient l'un des noms - Winchester, qui est toujours populaire parmi Spécialistes en informatique. Ou peut-être que quelqu'un vient de le lire pour la première fois.

Passons à la définition : un disque dur (ou, si cela vous convient, un disque dur, un disque dur, un disque dur ou une vis) est un périphérique de stockage d'un ordinateur (ou ordinateur portable), sur lequel, à l'aide de fonctions de lecture/écriture spéciales chefs, les informations sont écrites, stockées et supprimées selon les besoins.

« En quoi tout cela est-il différent des simples disquettes ou CD-DVD ? » - tu demandes. Le fait est que, contrairement aux supports flexibles ou optiques, les données sont ici enregistrées sur des plaques dures (d'où le nom, même si quelqu'un l'a peut-être déjà deviné) en aluminium ou en verre, sur lesquelles est appliquée une fine couche de matériau ferromagnétique, le plus souvent du dioxyde de chrome. est utilisé à ces fins.

La surface entière de ces plaques magnétiques rotatives est divisée en pistes et secteurs de 512 octets chacun. Certains lecteurs n'ont qu'un seul disque de ce type. D'autres contiennent onze plaques ou plus et les informations sont enregistrées sur les deux faces de chacune d'elles.

Structure interne

La conception du disque dur lui-même consiste non seulement en des périphériques de stockage direct d'informations, mais également en un mécanisme qui lit toutes ces données. Dans l’ensemble, c’est la principale différence entre les disques durs, les disquettes et les lecteurs optiques. Et contrairement à mémoire vive(RAM), qui nécessite une alimentation constante, le disque dur est un périphérique non volatile. Vous pouvez le débrancher en toute sécurité et l’emporter partout avec vous. Les données y sont enregistrées. Cela devient particulièrement important lorsque vous devez récupérer des informations.

Parlons maintenant un peu de la structure interne d'un disque dur. Le disque dur lui-même est constitué d'un bloc scellé rempli d'air ordinaire sans poussière sous pression atmosphérique. Nous vous déconseillons de l'ouvrir à la maison, car... cela pourrait endommager l'appareil lui-même. Même si vous êtes soigné, il y aura toujours de la poussière dans la pièce et elle peut pénétrer à l'intérieur du boîtier. Les services professionnels spécialisés dans la récupération de données disposent d'une « salle blanche » spécialement équipée, à l'intérieur de laquelle le disque dur est ouvert.

L'appareil comprend également une carte avec circuit électrique gestion. À l'intérieur du bloc se trouvent les pièces mécaniques du variateur. Une ou plusieurs plaques magnétiques sont fixées à la broche du moteur d'entraînement en rotation du disque.

Le boîtier contient également un interrupteur-préamplificateur pour têtes magnétiques. La tête magnétique elle-même lit ou écrit des informations sur la surface de l'une des faces du disque magnétique. Dont la vitesse de rotation atteint 15 000 tours par minute - cela s'applique aux modèles modernes.

À la mise sous tension, le processeur du disque dur commence par tester l’électronique. Si tout est en ordre, le moteur de broche se met en marche. Après avoir atteint une certaine vitesse de rotation critique, la densité de la couche d'air circulant entre la surface du disque et la tête devient suffisante pour vaincre la force de pression de la tête contre la surface.

En conséquence, la tête de lecture/écriture « pend » au-dessus de la plaquette à une petite distance de seulement 5 à 10 nm. Le fonctionnement de la tête de lecture/écriture est similaire au principe de fonctionnement d'une aiguille dans un gramophone, avec une seule différence : elle n'a pas de contact physique avec la plaque, tandis que dans un gramophone, la tête de l'aiguille est en contact avec le disque. .

Lorsque l'alimentation de l'ordinateur est coupée et que les disques s'arrêtent, la tête est abaissée sur une zone non fonctionnelle de la surface du plateau, appelée zone de stationnement. Par conséquent, il n'est pas recommandé d'éteindre l'ordinateur de manière anormale - simplement en appuyant sur le bouton d'arrêt ou en débranchant le cordon d'alimentation de la prise. Cela peut entraîner une panne de l'ensemble du disque dur. Les premiers modèles avaient un spécial logiciel, qui a initié l’opération de stationnement de tête.

Dans les disques durs modernes, la tête est automatiquement amenée dans la zone de stationnement lorsque la vitesse de rotation descend en dessous de la vitesse nominale ou lorsqu'un ordre est donné pour couper l'alimentation. Les têtes ne sont ramenées dans la zone de travail que lorsque le régime nominal du moteur est atteint.

La question a sûrement déjà mûri dans votre esprit curieux : dans quelle mesure le bloc de disque lui-même est-il scellé et quelle est la probabilité que de la poussière ou d'autres petites particules puissent s'y échapper ? Comme nous l'avons déjà écrit plus haut, ils peuvent entraîner un dysfonctionnement du disque dur voire sa panne et la perte d'informations importantes.

Mais ne vous inquiétez pas. Les fabricants ont tout prévu depuis longtemps. Le bloc de disque avec le moteur et les culasses sont situés dans un boîtier scellé spécial - un bloc hermétique (chambre). Cependant, son contenu n'est pas complètement isolé de l'environnement ; il est nécessaire de déplacer l'air de la chambre vers l'extérieur et vice versa.

Ceci est nécessaire pour égaliser la pression à l'intérieur du bloc avec l'extérieur afin d'éviter toute déformation du boîtier. Cet équilibre est obtenu à l'aide d'un appareil spécial appelé filtre barométrique. Il est situé à l'intérieur du bloc hermétique.

Le filtre est capable de capturer les plus petites particules dont la taille dépasse la distance entre la tête de lecture/écriture et la surface ferromagnétique du disque. En plus du filtre mentionné ci-dessus, il en existe un autre : un filtre de recirculation. Il piège les particules présentes dans le flux d’air à l’intérieur même de l’unité. Ils peuvent y apparaître à la suite de la perte de pollinisation magnétique des disques (vous avez sûrement déjà entendu l'expression selon laquelle «le dur est tombé»). De plus, ce filtre capte les particules que son « collègue » barométrique a manquées.

Interfaces de connexion du disque dur

Aujourd'hui, pour connecter un disque dur à un ordinateur, vous pouvez utiliser l'une des trois interfaces suivantes : IDE, SCSI et SATA.

Initialement, en 1986, l'interface IDE a été développée uniquement pour connecter des disques durs. Il a ensuite été modifié en une interface ATA étendue. Vous pouvez ainsi connecter non seulement des disques durs, mais également des lecteurs CD/DVD.

L'interface SATA est plus rapide, plus moderne et plus productive que l'ATA.

À son tour, SCSI est une interface hautes performances capable de connecter différents types de périphériques. Cela inclut non seulement les périphériques de stockage d'informations, mais également divers périphériques. Par exemple, des scanners SCSI plus rapides. Cependant, avec l'apparition du bus USB, la nécessité de connecter des périphériques via SCSI a disparu. Donc, si vous avez la chance de le voir quelque part, considérez-vous chanceux.

Parlons maintenant un peu de la connexion à l'interface IDE. Le système peut avoir deux contrôleurs (primaire et secondaire), chacun pouvant connecter deux appareils. En conséquence, nous obtenons un maximum de 4 : maître primaire, esclave primaire et maître secondaire, esclave secondaire.

Après avoir connecté l'appareil au contrôleur, vous devez sélectionner son mode de fonctionnement. Il est sélectionné en installant un cavalier spécial (appelé cavalier) à un certain endroit du connecteur (à côté du connecteur de connexion du câble IDE).

Il ne faut pas oublier que l'équipement le plus rapide est connecté en premier au contrôleur et est appelé maître. Le second est appelé esclave. La dernière manipulation sera de connecter l'alimentation, pour cela il faut sélectionner l'un des câbles d'alimentation. Ces informations vous seront utiles si vous avez très, très vieux ordinateur. Depuis les temps modernes, la nécessité de telles manipulations a disparu.

La connexion via SATA est beaucoup plus simple. Le câble correspondant a les mêmes connecteurs aux deux extrémités. Le lecteur SATA n'a pas de cavaliers, vous n'avez donc pas besoin de sélectionner le mode de fonctionnement des appareils - même un enfant peut le gérer. L'alimentation est connectée à l'aide d'un câble spécial (3,3 V). Cependant, il est possible de se connecter via un adaptateur à un câble d'alimentation classique.

Donnons un conseil utile : si des amis viennent souvent vers vous avec leurs disques durs pour copier de nouveaux films ou de la musique (oui, vos amis sont si durs qu'ils emportent avec eux non pas un disque dur externe, mais un disque interne ordinaire), et tu en as déjà marre de tourner tout le temps unité système, nous vous recommandons d'acheter une pochette spéciale pour le disque dur (appelée Mobile Rack). Ils sont disponibles avec les interfaces IDE et SATA. Pour connecter un autre disque dur supplémentaire à votre ordinateur, insérez-le simplement dans une telle pochette et le tour est joué.

Disques SSD - une nouvelle étape de développement

Aujourd'hui déjà (et peut-être même hier), la prochaine étape du développement des dispositifs de stockage d'informations a commencé. Les disques durs sont remplacés par un nouveau type : le SSD. Ensuite, nous vous en parlerons plus en détail.

Ainsi, le SSD (Solid State Disk) est un disque SSD qui fonctionne sur le principe de la mémoire flash USB. L'un de ses plus importants caractéristiques distinctives des disques durs et lecteurs optiques conventionnels - son dispositif ne comprend aucune pièce mobile ni composant mécanique.

Comme cela arrive souvent, les disques de ce type ont été initialement développés exclusivement à des fins militaires, ainsi que pour les serveurs à grande vitesse, car les bons vieux disques durs n'étaient plus assez rapides et fiables pour de tels besoins.

Listons les avantages les plus importants du SSD :

• Premièrement, l'écriture et la lecture d'informations sur un SSD sont beaucoup plus rapides (des dizaines de fois) qu'à partir d'un disque dur. Le fonctionnement d'un disque dur classique est fortement ralenti par le mouvement de la tête de lecture/écriture. Et parce que Si le SSD ne l'a pas, il n'y a pas de problème.
• Deuxièmement, en raison de l'utilisation simultanée de tous les modules de mémoire installés dans le lecteur SSD, la vitesse de transfert des données est beaucoup plus élevée.
• Troisièmement, ils ne sont pas si sensibles aux chocs. Même si les disques durs peuvent perdre certaines données en cas de choc, voire tomber en panne, ce qui arrive le plus souvent, soyez prudent !
• Quatrièmement, ils consomment moins d'énergie, ce qui les rend pratiques à utiliser dans des appareils alimentés par batterie - ordinateurs portables, netbooks, ultrabooks.
• Cinquièmement, ce type de disque ne produit pratiquement aucun bruit pendant le fonctionnement, alors que lors du fonctionnement des disques durs, on entend la rotation des disques et le mouvement de la tête. Et quand ils tombent en panne, il y a généralement un fort bruit de craquement ou de cognement provenant des têtes.

Mais ne nous cachons pas : il y a peut-être deux inconvénients aux SSD - 1) pour sa certaine capacité, vous paierez beaucoup plus que pour un disque dur avec une quantité de mémoire identique (la différence sera plusieurs fois, même si chaque année elle diminue et moins); 2) Les disques SSD ont un nombre relativement petit et limité de cycles de lecture/écriture (c'est-à-dire une durée de vie intrinsèquement limitée).

Ainsi, nous nous sommes familiarisés avec le concept de « disque dur », avons examiné sa structure, son principe de fonctionnement et les caractéristiques des différentes interfaces de connexion. Nous espérons que les informations fournies étaient faciles à comprendre et, surtout, utiles.

Si vous avez du mal à choisir, si vous ne parvenez pas à déterminer quel type disques durs prend en charge votre carte mère, quelle interface est adaptée ou quelle capacité de disque dur répondra le mieux à vos besoins, alors vous pouvez toujours vous tourner vers le service informatique Compolife pour obtenir de l'aide dans toute notre zone de service.

Nos spécialistes vous aideront dans le choix et le remplacement d'un disque dur. De plus, vous pouvez commander chez nous l'installation d'un nouvel appareil sur votre unité centrale ou votre ordinateur portable.

Appeler un spécialiste

Les disques durs, ou, comme on les appelle aussi, les disques durs, sont l'un des composants les plus importants Système d'ordinateur. Tout le monde le sait. Mais tous les utilisateurs modernes n’ont même pas une compréhension de base du fonctionnement d’un disque dur. Le principe de fonctionnement, en général, est assez simple pour une compréhension de base, mais il existe certaines nuances qui seront discutées plus loin.

Des questions sur la fonction et la classification des disques durs ?

La question du but est bien sûr rhétorique. Tout utilisateur, même le plus débutant, répondra immédiatement qu'un disque dur (alias disque dur, alias Hard Drive ou HDD) répondra immédiatement qu'il est utilisé pour stocker des informations.

En général, c'est vrai. N'oubliez pas que sur le disque dur, en plus du système d'exploitation et des fichiers utilisateur, il existe des secteurs de démarrage créés par le système d'exploitation, grâce auxquels il démarre, ainsi que certaines étiquettes grâce auxquelles vous pouvez trouver rapidement les informations nécessaires sur le disque.

Les modèles modernes sont très divers : disques durs classiques, disques durs externes, SSD haute vitesse Disques SSD, bien qu'il ne soit pas habituel de les classer spécifiquement comme disques durs. Ensuite, nous proposons de considérer le dispositif et le principe travailler dur disque, sinon dans son intégralité, du moins suffisamment pour comprendre les termes et processus de base.

Veuillez noter qu'il existe également une classification spéciale des disques durs modernes selon certains critères de base, parmi lesquels les suivants :

• méthode de stockage d'informations;
• type de support;
• manière d’organiser l’accès à l’information.

Pourquoi un disque dur est-il appelé disque dur ?

Aujourd'hui, de nombreux utilisateurs se demandent pourquoi ils appellent les disques durs liés à petites armes. Il semblerait, qu'est-ce qui pourrait être commun entre ces deux appareils ?

Le terme lui-même est apparu en 1973, lorsque le premier disque dur au monde est apparu sur le marché, dont la conception consistait en deux compartiments séparés dans un conteneur scellé. La capacité de chaque compartiment était de 30 Mo, c'est pourquoi les ingénieurs ont donné au disque le nom de code « 30-30 », qui correspondait parfaitement à la marque du pistolet « 30-30 Winchester », populaire à l'époque. Certes, au début des années 90, ce nom est presque tombé en désuétude en Amérique et en Europe, mais il reste toujours populaire dans l'espace post-soviétique.

La structure et le principe de fonctionnement d'un disque dur

Mais nous nous éloignons. Le principe de fonctionnement d'un disque dur peut être brièvement décrit comme les processus de lecture ou d'écriture d'informations. Mais comment cela se produit-il? Afin de comprendre le principe de fonctionnement d'un disque dur magnétique, il faut d'abord étudier son fonctionnement.

Le disque dur lui-même est un ensemble de plaques dont le nombre peut aller de quatre à neuf, reliées entre elles par un arbre (axe) appelé broche. Les plaques sont situées les unes au-dessus des autres. Le plus souvent, les matériaux pour leur fabrication sont l'aluminium, le laiton, la céramique, le verre, etc. Les plaques elles-mêmes ont un revêtement magnétique spécial sous la forme d'un matériau appelé plateau, à base d'oxyde de ferrite gamma, d'oxyde de chrome, de ferrite de baryum, etc. Chacune de ces plaques a une épaisseur d'environ 2 mm.

Les têtes radiales (une pour chaque plaque) sont responsables de l'écriture et de la lecture des informations, et les deux surfaces sont utilisées dans les plaques. Pour lequel il peut aller de 3600 à 7200 tr/min, et deux moteurs électriques se chargent de faire bouger les têtes.

Dans ce cas, le principe de base de fonctionnement d'un disque dur d'ordinateur est que les informations ne sont pas enregistrées n'importe où, mais dans des emplacements strictement définis, appelés secteurs, qui sont situés sur des chemins ou des pistes concentriques. Pour éviter toute confusion, des règles uniformes s'appliquent. Cela signifie que les principes de fonctionnement des disques durs, du point de vue de leur structure logique, sont universels. Par exemple, la taille d'un secteur, adoptée comme norme uniforme dans le monde entier, est de 512 octets. À leur tour, les secteurs sont divisés en clusters, qui sont des séquences de secteurs adjacents. Et les particularités du principe de fonctionnement d'un disque dur à cet égard sont que l'échange d'informations s'effectue par des clusters entiers (un nombre entier de chaînes de secteurs).

Mais comment se déroule la lecture des informations ? Les principes de fonctionnement d'un lecteur de disque magnétique dur sont les suivants : à l'aide d'un support spécial, la tête de lecture est déplacée dans une direction radiale (en spirale) vers la piste souhaitée et, lorsqu'elle est tournée, est positionnée au-dessus d'un secteur donné, et toutes les têtes peut se déplacer simultanément, en lisant les mêmes informations non seulement à partir de différentes pistes, mais également à partir de différents disques (plaques). Toutes les pistes portant le même numéro de série sont généralement appelées cylindres.

Dans ce cas, un autre principe de fonctionnement du disque dur peut être identifié : plus la tête de lecture est proche de la surface magnétique (mais ne la touche pas), plus la densité d'enregistrement est élevée.

Comment les informations sont-elles écrites et lues ?

Les disques durs, ou disques durs, étaient appelés magnétiques car ils utilisent les lois de la physique du magnétisme, formulées par Faraday et Maxwell.

Comme déjà mentionné, les plaques en matériau sensible non magnétique sont recouvertes d'un revêtement magnétique dont l'épaisseur n'est que de quelques micromètres. Pendant le fonctionnement, un champ magnétique apparaît, qui présente une structure dite de domaine.

Un domaine magnétique est une région magnétisée d'un ferroalliage strictement limitée par des frontières. De plus, le principe de fonctionnement d'un disque dur peut être brièvement décrit comme suit : lorsqu'une influence externe se produit champ magnétique, le champ propre du disque commence à être orienté strictement le long des lignes magnétiques, et lorsque l'influence cesse, des zones de magnétisation résiduelle apparaissent sur les disques, dans lesquelles sont stockées les informations qui étaient auparavant contenues dans le champ principal.

La tête de lecture est chargée de créer un champ externe lors de l'écriture, et lors de la lecture, la zone de magnétisation résiduelle, située en face de la tête, crée une force électromotrice ou EMF. De plus, tout est simple : un changement d'EMF correspond à un en code binaire, et son absence ou sa terminaison correspond à zéro. Le moment du changement de la FEM est généralement appelé élément binaire.

De plus, la surface magnétique, pour des raisons purement informatiques, peut être associée à une certaine séquence ponctuelle de bits d'information. Mais comme l'emplacement de ces points ne peut pas être calculé avec une précision absolue, vous devez installer des marqueurs prédéfinis sur le disque qui aident à déterminer l'emplacement souhaité. La création de telles marques est appelée formatage (en gros, diviser le disque en pistes et secteurs combinés en clusters).

Structure logique et principe de fonctionnement d'un disque dur en termes de formatage

Quant à l'organisation logique du disque dur, c'est ici le formatage qui vient en premier, dans lequel on distingue deux types principaux : de bas niveau (physique) et de haut niveau (logique). Sans ces étapes, il n'est pas question de remettre le disque dur en état de fonctionnement. Comment initialiser un nouveau disque dur sera discuté séparément.

Le formatage de bas niveau implique un impact physique sur la surface du disque dur, qui crée des secteurs situés le long des pistes. Il est curieux que le principe de fonctionnement d'un disque dur soit tel que chaque secteur créé a sa propre adresse unique, qui comprend le numéro du secteur lui-même, le numéro de la piste sur laquelle il se trouve et le numéro du côté du plateau. Ainsi, lors de l'organisation de l'accès direct, la même RAM accède directement à une adresse donnée, plutôt que de rechercher les informations nécessaires sur toute la surface, grâce à quoi les performances sont obtenues (même si ce n'est pas le plus important). Veuillez noter que lors d'un formatage de bas niveau, absolument toutes les informations sont effacées et, dans la plupart des cas, elles ne peuvent pas être restaurées.

Une autre chose est le formatage logique (dans les systèmes Windows, il s'agit du formatage rapide ou du formatage rapide). De plus, ces processus sont également applicables à la création de partitions logiques, qui constituent une certaine zone du disque dur principal et fonctionnent selon les mêmes principes.

Le formatage logique affecte principalement la zone système, qui comprend le secteur de démarrage et les tables de partition (Boot record), la table d'allocation de fichiers (FAT, NTFS, etc.) et le répertoire racine (Root Directory).

Les informations sont écrites dans les secteurs via le cluster en plusieurs parties, et un cluster ne peut pas contenir deux objets (fichiers) identiques. En fait, créer une partition logique, pour ainsi dire, la sépare de la partition principale partition système, de sorte que les informations qui y sont stockées ne sont pas susceptibles d'être modifiées ou supprimées en cas d'erreurs et de pannes.

Principales caractéristiques du disque dur

Il semble qu'en termes généraux, le principe de fonctionnement d'un disque dur soit un peu clair. Passons maintenant aux principales caractéristiques, qui donnent une image complète de toutes les capacités (ou défauts) des disques durs modernes.

Le principe de fonctionnement d'un disque dur et ses principales caractéristiques peuvent être complètement différents. Pour comprendre de quoi nous parlons, soulignons les paramètres les plus fondamentaux qui caractérisent tous les dispositifs de stockage d’informations connus aujourd’hui :

• capacité (volume);
• performances (vitesse d'accès aux données, lecture et écriture des informations) ;
• interface (méthode de connexion, type de contrôleur).

La capacité représente la quantité totale d'informations pouvant être écrites et stockées sur un disque dur. L'industrie de la production de disques durs se développe si rapidement qu'aujourd'hui, des disques durs d'une capacité d'environ 2 To et plus sont utilisés. Et, comme on le croit, ce n’est pas la limite.

L'interface est la caractéristique la plus significative. Il détermine exactement comment le périphérique est connecté à la carte mère, quel contrôleur est utilisé, comment la lecture et l'écriture sont effectuées, etc. Les interfaces principales et les plus courantes sont IDE, SATA et SCSI.

Les disques dotés d'une interface IDE sont peu coûteux, mais les principaux inconvénients incluent un nombre limité de périphériques connectés simultanément (maximum quatre) et de faibles vitesses de transfert de données (même s'ils prennent en charge l'accès direct à la mémoire Ultra DMA ou les protocoles Ultra ATA (Mode 2 et Mode 4). Bien que l'on pense que leur utilisation permet d'augmenter la vitesse de lecture/écriture jusqu'à 16 Mo/s, la vitesse est en réalité beaucoup plus faible. De plus, pour utiliser le mode UDMA, vous devez installer un logiciel spécial. pilote, qui, en théorie, devrait être fourni avec carte mère.

Lorsqu'on parle du principe de fonctionnement d'un disque dur et de ses caractéristiques, on ne peut ignorer quelle est le successeur de la version IDE ATA. L'avantage de cette technologie est que la vitesse de lecture/écriture peut être augmentée jusqu'à 100 Mo/s grâce à l'utilisation du bus Fireware IEEE-1394 haut débit.

Enfin, l'interface SCSI, par rapport aux deux précédentes, est la plus flexible et la plus rapide (les vitesses d'écriture/lecture atteignent 160 Mo/s et plus). Mais ces disques durs coûtent presque deux fois plus cher. Mais le nombre de périphériques de stockage d'informations connectés simultanément varie de sept à quinze, la connexion peut être établie sans éteindre l'ordinateur et la longueur du câble peut être d'environ 15 à 30 mètres. En fait, ce type de disque dur est principalement utilisé non pas sur les PC des utilisateurs, mais sur les serveurs.

Les performances, qui caractérisent la vitesse de transfert et le débit d'E/S, sont généralement exprimées en termes de temps de transfert et de quantité de données séquentielles transférées et exprimées en Mo/s.

Quelques options supplémentaires

Parlant du principe de fonctionnement d'un disque dur et des paramètres qui affectent son fonctionnement, nous ne pouvons ignorer certaines caractéristiques supplémentaires qui peuvent affecter les performances ou même la durée de vie de l'appareil.

Ici, la première place est la vitesse de rotation, qui affecte directement le temps de recherche et d'initialisation (reconnaissance) du secteur souhaité. C'est ce qu'on appelle le temps de recherche latent - l'intervalle pendant lequel le secteur requis tourne vers la tête de lecture. Aujourd'hui, plusieurs normes ont été adoptées pour la vitesse de broche, exprimée en tours par minute avec un temps de retard en millisecondes :

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Il est facile de constater que plus la vitesse est élevée, moins on passe de temps à rechercher des secteurs, et en termes physiques, par tour de disque avant de régler la tête au point de positionnement souhaité du plateau.

Un autre paramètre est la vitesse de transmission interne. Sur les pistes externes, il est minime, mais augmente avec une transition progressive vers les pistes internes. Ainsi, le même processus de défragmentation, qui déplace les données fréquemment utilisées vers les zones les plus rapides du disque, n'est rien d'autre que de les déplacer vers une piste interne avec une vitesse de lecture plus élevée. La vitesse externe a des valeurs fixes et dépend directement de l'interface utilisée.

Enfin, l'un des points importants est lié à la présence de la propre mémoire cache ou tampon du disque dur. En fait, le principe de fonctionnement d'un disque dur en termes d'utilisation du tampon est quelque peu similaire à celui de la RAM ou de la mémoire virtuelle. Plus la mémoire cache est grande (128-256 Ko), plus le disque dur fonctionnera rapidement.

Principales exigences pour le disque dur

Il n'y a pas tellement d'exigences de base imposées aux disques durs dans la plupart des cas. L'essentiel est une longue durée de vie et une fiabilité.

La norme principale pour la plupart des disques durs est une durée de vie d'environ 5 à 7 ans avec une durée de fonctionnement d'au moins cinq cent mille heures, mais pour les disques durs haute société ce chiffre est d'au moins un million d'heures.

En ce qui concerne la fiabilité, la fonction d'auto-test SMART en est responsable, qui surveille l'état des éléments individuels du disque dur, en effectuant une surveillance constante. Sur la base des données collectées, il est même possible de former une certaine prévision de l'apparition d'éventuels dysfonctionnements dans le futur.

Il va sans dire que l’utilisateur ne doit pas rester à l’écart. Par exemple, lorsque vous travaillez avec un disque dur, il est extrêmement important de maintenir un régime de température(0 - 50 ± 10 degrés Celsius), évitez les chocs, les impacts et les chutes du disque dur, la poussière ou autres petites particules qui y pénètrent, etc. D'ailleurs, beaucoup seront intéressés de savoir que les mêmes particules de fumée de tabac sont environ deux fois la distance entre la tête de lecture et la surface magnétique du disque dur, et un cheveu humain - 5 à 10 fois.

Problèmes d'initialisation dans le système lors du remplacement d'un disque dur

Quelques mots maintenant sur les actions à entreprendre si, pour une raison quelconque, l'utilisateur changeait de disque dur ou en installait un supplémentaire.

Nous ne décrirons pas entièrement ce processus, mais nous concentrerons uniquement sur les principales étapes. Tout d'abord, vous devez connecter le disque dur et regarder dans les paramètres du BIOS pour voir si un nouveau matériel a été détecté, l'initialiser dans la section d'administration du disque et créer un enregistrement de démarrage, créer un volume simple, lui attribuer un identifiant (lettre) et formatez-le en sélectionnant un système de fichiers. Ce n'est qu'après cela que la nouvelle « vis » sera complètement prête à fonctionner.

Conclusion

C’est en fait tout ce qui concerne brièvement le fonctionnement et les caractéristiques de base des disques durs modernes. Le principe de fonctionnement d'un disque dur externe n'a pas été fondamentalement pris en compte ici, puisqu'il n'est pratiquement pas différent de celui utilisé pour les disques durs fixes. La seule différence réside dans la méthode de connexion du lecteur supplémentaire à un ordinateur ou un ordinateur portable. La connexion la plus courante se fait via une interface USB, directement connectée à la carte mère. Dans le même temps, si vous souhaitez garantir des performances maximales, il est préférable d'utiliser la norme USB 3.0 (le port à l'intérieur est de couleur bleue), bien sûr, à condition que le disque dur externe lui-même le prenne en charge.

Sinon, je pense que beaucoup de gens ont au moins un peu compris comment fonctionne un disque dur de tout type. Peut-être que trop de sujets ont été évoqués ci-dessus, en particulier même dans le cadre d'un cours de physique scolaire. Cependant, sans cela, il ne sera pas possible de comprendre pleinement tous les principes et méthodes de base inhérents aux technologies de production et d'utilisation des disques durs.

ORGANISER LES DISQUES DURS

Introduction 1. Organisation des disques durs 1.1. Bloquer les appareils 1.2. Périphérique de disque dur 1.2.1. Coordonnées physiques du disque dur : cylindres, têtes et secteurs 1.2.2. Blocs logiques 1.2.3. Fonctions du BIOS pour travailler avec des disques durs 1.2.4. Problèmes de BIOS lorsque vous travaillez avec de gros disques 2.3. Schéma fonctionnel d'un disque dur 1.3.1. Schéma fonctionnel d'un périphérique physique 1.3.2. Hiérarchie des niveaux d'abstraction pour la représentation de l'information 1.4. Formatage des disques durs 1.4.1. Formatage physique (bas niveau) 1.4.2. Formatage logique 1.5. Sections 1.5.1. Partitions principales 1.5.2. Sections supplémentaires (étendues) 1.5.3. Sous-sections de la section supplémentaire 1.5.4. Redimensionner les partitions. 1.6. Systèmes de fichiers 1.6.1. FAT16 1.6.2. FAT32 1.6.3. NTFS 1.6.4. HPFS 1.6.5. Ext2fs 1.7. Montage de systèmes de fichiers 1.7.1. Ordre de dénomination des lecteurs 1.8. Ordre de démarrage du système d'exploitation 1.8.1. Enregistrement de démarrage principal (MBR) 1.8.2. Bloc de démarrage du système d'exploitation (BR) 1.9. Conclusion

Introduction

Un disque dur moderne est un appareil plutôt complexe. Les tendances modernes visant à augmenter la vitesse de lecture et d'écriture des informations, à augmenter la densité d'enregistrement et à répondre aux exigences croissantes en matière de fiabilité, de consommation d'énergie et de bruit sont obtenues en augmentant la complexité des technologies d'organisation du stockage d'informations et de la technologie de fabrication des disques durs.

1. Organisation des disques durs

1.1. Bloquer les appareils

Tout appareil permettant de stocker de grandes quantités d'informations avec possibilité d'accès aléatoire en possède uncaractéristique: le temps de recherche d'une information augmente avec l'augmentation de la capacité de son support de stockage. En raison de cette circonstance, il est pratique de diviser chaque opération d'accès aux données en deux étapes

 Rechercher l'endroit où se trouvent les informations sur le média

 Accès aux informations

Si l'étape de recherche est effectuée par entraînement mécanique, alors son temps d'exécution dépasse le temps de lecture ou d'écriture d'un octet de plusieurs ordres de grandeur.

Donc pour améliorer l'efficacité du travailles appareils sont basés sur des blocs : pour chaque opération de recherche, une donnée suffisamment volumineuse est lue ou écrite, appelée bloc. Ainsi, l'accès aux informations s'effectue dans des blocs adressables de manière aléatoire, et les appareils eux-mêmes sont appelés appareils en bloc. Les disques durs sont un type de périphérique bloc. La taille d'un bloc d'informations est devenue au fil du temps la norme pour tous les disques durs et est de 512 octets. Par exemple, le nombre de blocs sur un disque de 40 Go est d'environ 80 millions.

1.2. Périphérique de disque dur

Un disque dur moderne se compose d’un ou plusieurs disques à revêtement magnétique montés sur un axe rotatif. Les têtes magnétiques se déplacent de manière synchrone le long de chaque surface de chaque disque pour lire et écrire des informations. L'ensemble de ce système est contrôlé par une électronique intégrée qui assure un transfert efficace des informations entre la substance magnétique et la mémoire de l'ordinateur.

1.2.1. Coordonnées physiques du disque dur : cylindres, têtes et secteurs

Au niveau physique, le disque dispose de trois degrés de liberté pour indiquer l'emplacement (trois coordonnées) où les informations seront écrites ou lues :

  Cylindre. Lorsque les disques à revêtement magnétique tournent, les têtes se déplacent en cercle par rapport aux plateaux. De plus, ils sont tous situés à une certaine distance du centre du disque. L'ensemble de ces trajectoires rondes des têtes sur toutes les surfaces des disques situées à même distance du centre est appelé cylindre. Les têtes magnétiques étant reliées rigidement les unes aux autres, elles se déplacent de manière synchrone et sont simultanément situées dans le même cylindre. Pour installer les culasses sur un cylindre donné, il est nécessaire de déplacer le bloc culasse, ce qui nécessite un temps d'environ 1,20 milliseconde.

  Tête. Plusieurs surfaces offrent opportunité supplémentaire choix. Aucun temps n'est nécessaire pour passer d'une tête à l'autre, puisque la commutation s'effectue sans l'intervention de composants mécaniques.

  Secteur. Un bloc d’informations est une donnée relativement petite qui correspond géographiquement à un petit arc de cercle. Vus du centre, ces arcs sont situés dans un secteur de coin. À proprement parler, ce n'est pas le cas sur les disques modernes, puisque les circonférences augmentent avec l'augmentation du rayon et que la taille d'un bit est la même partout. Ainsi, des pistes plus longues contiennent plus de bits, et donc plus de blocs de données. Pour sélectionner un secteur sur une piste, il n'est pas nécessaire de déplacer les têtes, mais il faut attendre que les plaques tournent pour que l'adresse du secteur se rapproche des têtes de lecture/écriture. À une vitesse de rotation du disque d'environ 5,7 mille tours par minute, le temps d'attente du secteur est d'environ 8 à 10 millisecondes. Ce temps est encore plus long que le temps nécessaire pour déplacer les têtes ; cependant, après les avoir déplacées, il faut encore rechercher le repère du secteur, le changement de cylindre est donc l'opération la plus longue lors de la recherche d'informations.

Les premiers disques durs comportaient un nombre relativement restreint de cylindres, de têtes et de secteurs et, de plus, ne disposaient pas d'un contrôleur aussi intelligent que ceux d'aujourd'hui. Leurs blocs étaient donc adressés en indiquant trois nombres, le numéro du cylindre, de la tête et du secteur, et ces nombres correspondaient à l'organisation physique des données. Avec le temps, ce n’était plus le cas. Surdifférents cylindres situé nombre différent de secteurs. Les contrôleurs de disque modernes déterminent eux-mêmes une certaine géométrie de disque virtuel, qu'ils communiquent à l'ordinateur. Par conséquent, la valeur d'une telle indication d'adresse à trois coordonnées est perdue et cette méthode disparaît progressivement, ne laissant que des problèmes de compatibilité.

Très souvent, vous pouvez entendre le terme bloc et le terme secteur . Les deux indiquent une donnée d’une taille de 512 octets, si nous parlons d’un disque dur. Cependant, alors que le mot « bloc » reflète la structure logique des données sur le disque, le mot « secteur » ne reflète qu'une partie de la structure physique des disques, qui au fil du temps nous est de plus en plus cachée dans les profondeurs du système intégré. manette. Il s'ensuit qu'il est plus correct d'utiliser le mot bloc .

1.2.2. Blocs logiques

Tous les disques durs modernes ont adopté un nouveau design plus facile à utiliseradressage - linéaire. Chaque bloc est caractérisé par un numéro unique, son numéro. Norme moderne ATA-5 alloue 28 bits pour stocker les numéros de disque, qui permet d'adresser 268435456 blocs, soit environ 137,4 Gigaoctets.

L'interprétation du numéro est cachée dans le contrôleur de disque dur intégré. Malgré cela, il existe une règle généralement acceptée pour les fabricants de disques durs, selon laquelle le numéro de bloc logique est traduit en numéros de cylindre, de tête et de secteur :

<блок> = (<цилиндр>* NOMBRE DE TÊTES +<головка>) * NUMBER_SECTORS +<сектор> - 1

NUMBER_HEADS Nombre de têtes de disque dur renvoyées par le BIOS

NUMBER_SECTORS Nombre de secteurs de disque dur renvoyés par le BIOS

<сектор> Numéro de secteur, dans la plage [ 1 . NUMBER_SECTORS ]

<головка> Numéro de tête, dans la plage [ 0 . NUMBER_HEADS-1 ]

<цилиндр> Numéro de cylindre, dans la plage [ 0 . CYLINDER_NUMBER-1 ]

Séquence de changements de coordonnéesplacement d'informations pour l'adressage linéaire: lorsque le numéro de bloc augmente, le numéro de secteur change d'abord, puis le numéro de tête, puis le numéro de cylindre. Il s’ensuit que les cylindres constituent les plus grandes zones de blocs de données contigus. Pour cette raison, les cylindres sont les limites sur lesquelles les partitions sont alignées lorsque la plupart des outils standard (fdisk) les créent.

Même si l'adressage linéaire est plus progressif, il a conduit àaux problèmes de compatibilité, qui durent depuis plusieurs années. Fondamentalement, ces problèmes concernent l'utilisation de nouveaux disques durs avec des anciens cartes mères, et diverses installations BIOS, qui sera discuté ci-dessous.

1.2.3. Fonctions du BIOS pour travailler avec des disques durs

Le BIOS (Basic Input Output System) permet aux programmes de communiquer avec les disques durs. Il existe une interruption logicielle spéciale à cet effet, INT 13h.

Le principal avantage du BIOS est que les programmes disposent d'une interface standard pour interagir avec des disques durs de tout type. Au moment où le premier Version du BIOS, les disques durs n'étaient pas encore aussi standardisés qu'aujourd'hui, de sorte que l'implémentation des fonctions d'E/S devait varier. Les systèmes d'exploitation (OS) sont chargés avec la participation directe du BIOS au stade initial et, pour cette raison, le chargement de tout système d'exploitation commence de la manière standard. Cela a également un rôle positif pour le BIOS.

Les principaux inconvénients du BIOS par rapport au travail avec des disques sont les fonctions suivantes :

1. Trop lent. La plupart des BIOS d’ordinateurs passent beaucoup de temps à effectuer des actions répétées. De plus, ils n'effectuent pas toujours des diagnostics avancés des disques durs, de sorte que le travail avec les disques durs n'est pas effectué dans les modes les plus optimaux en termes de performances. Ainsi, avec des vitesses de lecture-écriture modernes de l'ordre de 10 mégaoctets ou plus par seconde, la vitesse de lecture via le BIOS n'est que de 2 à 2,5 Mo/s.

2. Strictement cohérent. Un disque n'est accessible à l'aide du BIOS qu'après avoir accédé à un autre, même si les disques eux-mêmes peuvent fonctionner indépendamment, ce qui réduit l'efficacité du système.

3. Ils n’ont qu’un adressage mémoire de 20 bits. Les fonctionnalités du BIOS sont initialement conçues pour Processeurs Intel 8086, qui ne pouvait traiter que 1 mégaoctet de mémoire. Ainsi, le BIOS ne peut pas pleinement exploiter les capacités d'un ordinateur moderne.

4. Ils ont des restrictions sur l'adressage des blocs de disque, ce qui entraîne des problèmes de chargement des systèmes d'exploitation situés au-delà de la limite de 8 Go. Les versions modernes du BIOS disposent d'une extension qui permet de résoudre ce problème pour les systèmes d'exploitation modernes. Cependant, cette extension n'est pas compatible avec les anciennes fonctionnalités du BIOS, donc les anciennes Système d'exploitation, comme DOS, qui utilisent d'anciennes interfaces BIOS, ne pourraient pas et ne pourront pas franchir les limites de 8 Go.

Ces défauts des systèmes d'exploitation modernes sont comblés à l'aide de leurs propres pilotes pour travailler avec les disques durs. Cependant, au stade initial, lorsque le noyau du système d'exploitation n'est pas encore chargé en mémoire et ne dispose pas de pilotes permettant de travailler avec des disques, le BIOS constitue le seul moyen unifié de démarrer le système.

Les fonctionnalités du BIOS permettent d'accéder aux disques en leur attribuant des numéros uniques. Pour le numéro de disque, 1 octet est alloué, qui contient un numéro compris entre 80 et FFh (les numéros 00h à 7Fh correspondent aux disquettes). Dans ses paramètres, le BIOS nomme les lecteurs avec les lettres C, D, E., qui correspondent aux chiffres 80h, 81h, 82h, . Ces lettres correspondent aux lecteurs physiques et ne doivent pas être confondues avec les lettres de lecteurs logiques vues par les systèmes d'exploitation.

1.2.4. Problèmes de BIOS lorsque vous travaillez avec de gros disques

Les fonctions standard du BIOS fonctionnent avec un disque uniquement en termes de cylindre, de tête et de secteur. Tous les paramètres des fonctions de lecture et d'écriture sont transférés dans les registres du processeur, et

-10 bits sont attribués au numéro de cylindre (1024 cylindres).

-8 bits sont alloués pour le numéro de tête (256 têtes).

-6 bits sont alloués pour le numéro de secteur (63 secteurs).

Définition de la première norme ATA pour les contrôleurs de disque dur embarqués

Les plages suivantes de paramètres de disque dur :

-16 bits sont attribués au numéro de cylindre (65536 cylindres).

-4 bits sont alloués pour le numéro de tête (16 têtes).

-6 bits sont alloués pour le numéro de secteur (64 secteurs).

En raison de la combinaison de ces exigences, la capacité du disque adressable par le BIOS est limitée à 504 Mo. Avec l'avènement de disques plus gros, des problèmes d'utilisation de l'espace disque sont apparus. Pour résoudre ces problèmes, différents modes ont été implémentés dans le BIOSémissions adresses de disque.

Mode normal . Il s'agit en fait d'un mode dans lequel seuls 504 Mo sont visibles. Dans ce mode, tous les numéros de cylindre, de tête et de secteur sont transmis tels quels au contrôleur de disque dur. L'utilisation de ce mode n'est pas possible avec les nouveaux disques en raison de l'inaccessibilité de la plupart des informations.

Mode GRAND . Ce mode est un mode NORMAL amélioré. Le BIOS convertit les têtes et les cylindres, modifiant ainsi la géométrie logique du disque. Étant donné que le nombre de têtes disponibles pour le BIOS dépasse de 16 fois le nombre maximum possible de têtes sur le disque lui-même, le BIOS réduit le nombre de cylindres logiques de 2,4,8 fois et augmente en même temps le nombre de têtes logiques. par le même nombre de fois. Il mémorise le coefficient de conversion et à chaque accès au disque, juste avant de générer une commande au contrôleur, il effectue la conversion inverse. Ainsi, grâce à la conversion, il est possible d'adresser davantage de blocs de disque.

Mode LBA . Dans ce mode, le numéro de bloc linéaire est envoyé au contrôleur. Grâce à cela, le BIOS n'a pas besoin d'ajuster sa géométrie logique à une géométrie de disque initiale, elle n'existe tout simplement pas. Par conséquent, le BIOS attribue simplement le nombre de têtes à 255, c'est-à-dire la valeur maximale possible, ce qui permet d'adresser jusqu'à 8 Go.

Différents modes, d'une manière générale, sont incompatibles entre eux si le logiciel est lié au nombre de secteurs par piste et au nombre de têtes. Seul l'adressage linéaire reste universel. Pour ces raisons, il est fortement recommandé de ne pas modifier le mode du lecteur dans les paramètres du BIOS une fois le disque formaté. Sinon, il risque tout simplement de ne pas être lu.

2.3. Schéma fonctionnel d'un disque dur

Pour utiliser un disque dur plus efficacement, vous devez comprendre sa structure interne, dont les aspects les plus utiles sont l'organisation physique des blocs fonctionnels du disque et les couches d'abstraction dans la représentation des données.

Si vous prenez en compte les particularités de sa structure lors du placement des systèmes d'exploitation sur un disque, vous pouvez obtenir des performances plus élevées du système de fichiers et, par conséquent, de l'ensemble du système dans son ensemble.

1.3.1. Schéma fonctionnel d'un périphérique physique

Le schéma fonctionnel du disque dur est présenté dans la figure ci-dessous. Le processeur central du système communique avec le disque dur via des interfaces de connexion standard à haut débit. périphériques. Dans les disques durs modernes, tous les circuits de contrôle des processus d'écriture et de lecture des informations sont concentrés dans le contrôleur de disque dur intégré. Le processeur lui envoie des commandes pour effectuer des opérations d'E/S, et le contrôleur l'informe de leur achèvement en émettant une interruption et en renvoyant l'état d'achèvement de l'opération.

Contrôleur intégrécontrôle complètement le mouvement des têtes, leur stationnement et les processus d'enregistrement des informations directement sur des disques magnétiques. Cependant, les disques eux-mêmes ont des caractéristiques dynamiques plutôt médiocres, car les entraînements de tête et la broche sont des pièces mécaniques, c'est-à-dire très lentes par rapport à l'électronique. Avant le début du processus d'écriture ou de lecture sur une plaque magnétique, il y a un temps d'attente assez long jusqu'à ce que les têtes magnétiques soient au-dessus du site d'enregistrement. Cette durée peut être deux ou trois ordres de grandeur plus longue que la durée d'enregistrement elle-même, c'est pourquoi tous les disques modernes sont équipés d'une mémoire tampon spéciale.

Tâches mémoire tampon. Posséder haut débit et d'une capacité suffisante, il peut absorber instantanément les écritures soudaines et rares sur le disque. Lors du positionnement des têtes sur une nouvelle piste, les contrôleurs modernes commencent souvent à pré-lire la piste entière dans la mémoire tampon, ce qui évite d'attendre des mécanismes lents lors des lectures ultérieures, car généralement plusieurs blocs de disque adjacents sont les plus susceptibles d'être lus. En plus de ce qui précède, cette mémoire peut servir de cache disque régulier, qui est alloué à partir de la RAM pour accélérer l'accès au disque lors de l'accès plusieurs fois aux mêmes fichiers.

Riz. 1 Schéma fonctionnel d'un disque dur

Le principal facteur qui réduit considérablement les performances d'un disque dur est le positionnement des têtes. Ce processus utilise le moins de puissance CPU.

La charge du processeur pour la lecture en streaming sans positionnement est plus élevée qu'avec positionnement. L'échange d'informations est affaibli de deux à trois ordres de grandeur en raison du positionnement. Cependant, malgré le déchargement du processeur, dans la plupart des applications, cela ne fait qu'entraîner une attente supplémentaire pour les données. Par conséquent, il est logique de s'efforcer d'organiser les informations sur les disques durs de manière à ce que le positionnement soit le moins nécessaire possible.

Les pistes d'un disque magnétique ont des longueurs différentes, tandis que la taille d'un bit d'information sur un disque magnétique a une longueur constante. La vitesse linéaire de rotation des plaques magnétiques diffère également selon les pistes. Ainsi, plus de blocs pourront être placés sur les pistes initiales, situées plus loin du centre de rotation du disque, que sur les pistes finales, et la vitesse de lecture de ces blocs sera la plus élevée.

Pour la même raison, le positionnement est moins souvent nécessaire sur les traces initiales. De ce fait, les performances moyennes du disque lorsque vous travaillez avec sa zone initiale seront plus élevées qu'avec le reste, il est donc plus rentable de placer les données les plus exigeantes en termes de performances sur ces pistes, par exemple une partition à échanger. , une partition avec des programmes OS fréquemment appelés, etc.

1.3.2. Hiérarchie des niveaux d'abstraction pour la représentation de l'information

À mesure que les systèmes d'exploitation et les supports de stockage se développaient, système à plusieurs niveaux organiser les données des utilisateurs. Cela est dû à l'introduction de normes ouvertes pour les contrôleurs de disque dur et leurs protocoles d'interaction avec un ordinateur, à la complication de la structure des données elle-même, à l'émergence de la technologie RAID accessible et à d'autres raisons. DANS cette section fournit des informations sur différents niveaux d’abstraction.

Le diagramme de niveau est présenté sur la figure 2 ci-dessous.

Niveau 1 représente brut espace disque, qui contient un nombre excessif de blocs de données et permet la présence de blocs défectueux. Ce sont des blocs posés directement sur des supports magnétiques. A ce niveau, ils ne disposent que de leurs propres étiquettes d'adresse, mais leur numérotation continue n'est pas encore possible car certains blocs peuvent être défectueux. Le fonctionnement à ce niveau est complètement caché dans le contrôleur du disque dur et est inaccessible à l'utilisateur.

Niveau 2 représente un espace de bloc de données adressable. A ce niveau, la capacité du disque correspond à la capacité média déclarée dans le passeport de l'appareil. L'espace des blocs adressables ne contient plus de blocs défectueux, les blocs ont donc des numéros linéaires uniques. Ces numéros sont indiqués au contrôleur de disque dur pour les opérations de lecture-écriture. En règle générale, la capacité adressable d'un disque représente 70 à 90 % de sa capacité brute, calculée en fonction de la surface du plateau et de la densité de stockage des informations.

Niveau 3 est l'espace d'adressage d'un disque dur, divisé en sections (partitions) qui ne se chevauchent pas. Les partitions sont exactement comme un disque entier dans la mesure où elles sont constituées de blocs contigus. Grâce à cette organisation, pour décrire un tronçon, il suffit d'indiquer le début du tronçon et sa longueur en blocs.

Le partitionnement du disque en partitions s'effectue par programme et est décrit à l'aide d'une table de partition située dans le premier bloc du disque dur. Sections sur ce niveau sont des partitions physiques réelles, leurs adresses sont des adresses sur le périphérique physique.

Niveau 4 contient des partitions virtuelles. Les partitions virtuelles généralisent l'idée de partition d'un espace d'adressage contigu, mais peuvent être construites à partir de plusieurs partitions physiques d'un ou plusieurs disques physiques. Dans le système d'exploitation, de telles partitions sont facilement implémentées à l'aide d'une simple couche de filtre qui, sur la base de l'adresse logique d'un bloc dans une partition virtuelle, calcule le numéro du bloc et du disque auquel on accède réellement. Dans les systèmes de bureau simples, ce niveau est tout simplement absent (c'est-à-dire que toutes les partitions virtuelles sont toujours identiques aux partitions physiques au niveau 3), mais dans les systèmes utilisant la technologie RAID, les partitions virtuelles permettent des moyens relativement peu coûteux de surmonter les limitations des périphériques individuels en termes de termes. de la vitesse d'accès et de la fiabilité du stockage des informations.

Niveau 5 contient des systèmes de fichiers situés dans des partitions. Dans presque tous les cas, une partition contient exactement un système de fichiers. Les seules exceptions sont peut-être la partition swap, qui n'a aucun système de fichiers, et la partition étendue, qui peut contenir plusieurs systèmes de fichiers. Deux premiers niveaux. matériel, ils ne peuvent pas être modifiés par l’utilisateur. Les niveaux restants permettent la configuration logicielle.

Riz. .2 Organisation multi-niveaux des disques durs

1.4. Formatage des disques durs

Pour organiser le stockage des informations, il existe plusieurs niveaux d'abstraction - partitionnement du disque (formatage). Distinguer le formatage physique et logique.

1.4.1. Formatage physique (bas niveau)

Le formatage physique se produit aux deux premiers niveaux de la hiérarchie du disque, décrit dans la section 2.3.2, et consiste à créer des marques d'adresse de secteur sur le disque, à placer des sommes de contrôle et des éléments de remplissage de synchronisation spéciaux entre les secteurs afin que le contrôleur lui-même puisse comprendre le flux de bits. provenant du disque. Les utilisateurs n'ont généralement pas besoin d'effectuer un formatage de bas niveau puisque les fabricants se chargent de cette tâche. Le besoin d'un formatage de bas niveau ne devrait pas se produire du tout si le disque est utilisé correctement. Cependant, en raison d'un éventuel déséquilibre des têtes, une perte d'informations est possible, et un formatage de bas niveau peut alors restaurer la capacité du disque.

La capacité des disques modernes, et donc la densité d'enregistrement, est si élevée qu'il est très difficile de trouver une plaque magnétique idéale et exempte de défauts. Mais même si une telle plaque était trouvée, des défauts pourraient survenir lors de son fonctionnement. Réaliser une assiette d’une plus grande capacité est bien plus simple que réaliser une assiette sans défauts. Pour cette raison, les disques modernes disposent de tables de transfert de blocs intégrées et d'une liste spéciale de blocs de rechange. Les blocs de réserve sont formatés de la même manière que les blocs normaux, mais n'ont pas d'adresse explicite pour l'utilisateur final de l'ordinateur. Si le contrôleur intégré au disque détecte une erreur lors de l'écriture d'un certain bloc, il le redirigera vers un nouvel emplacement sélectionné dans la liste de réserve. Dans ce cas, l'unité de secours reçoit le numéro de l'unité en panne.

Prise en charge des contrôleurs de disque dur modernes Technologie SMART , dont l'essence est la suivante. Le contrôleur garde une trace du nombre de blocs transférés et du nombre de tours de disque effectués depuis son démarrage. Puisque le disque tourne à une vitesse constante, le nombre de tours est une unité de mesure du temps du disque (le disque n'a pas d'horloge intégrée). Sur la base de ces données, vous pouvez estimer la vitesse à laquelle la réserve s'épuise et faire des prédictions sur le moment où le disque tombera en panne. Ainsi, le disque permet de contrôler intelligemment le temps entre les pannes. Le système d'exploitation peut surveiller la dynamique des modifications des paramètres du disque dur et avertir l'utilisateur à l'avance d'une panne de disque, lorsque les informations peuvent encore être enregistrées.

Bien que l'utilisation de blocs de rechange améliore les performances du disque, il ne faut pas oublier que le bloc de rechange ne sera utilisé que lorsque le contrôleur indique un bloc défaillant. Dans ce cas, en cas d'écriture, aucune perte d'informations ne se produira, mais en cas de lecture, les informations manquantes ne pourront pas être restaurées à partir du bloc de sauvegarde. Cela introduira des erreurs potentielles à un niveau supérieur, entraînant des fichiers corrompus et éventuellement des pannes logicielles.

1.4.2. Formatage logique

À un niveau supérieur, le disque doit être formaté logiquement. Le formatage logique s'effectue au niveau 5 de la hiérarchie et consiste à créer un système de fichiers, permettant ainsi une organisation supérieure de l'information. Les fichiers ont des noms symboliques, permettant aux programmes et aux utilisateurs de structurer les informations et d'effectuer davantage de tâches. recherche rapide informations, ainsi que gérer la sécurité de l’accès à l’information.

En règle générale, le formatage est une opération effectuée par l'utilitaire de format sous DOS ou Windows, ou par un utilitaire tel que dinit sous UNIX. Ces utilitaires vérifient l'état de fonctionnement des blocs de disque et, sur la base de ces données, créent une carte des blocs de partition libres adaptés au stockage des informations. De plus, ils créent un répertoire racine et un superbloc, qui contient toutes les informations nécessaires pour travailler avec le système de fichiers. Le superbloc est généralement situé soit dans le tout premier bloc de la partition (avec le chargeur de démarrage du système d'exploitation), soit dans un autre bloc dont la position est fixe par rapport au début de la partition. Lorsque le système d'exploitation démarre, le pilote du système de fichiers lit le superbloc en mémoire. Sur la base des informations extraites de celui-ci, il calcule l'emplacement disque du répertoire racine et toutes les données utilisateur. Un accès ultérieur au disque est effectué par des programmes via le sous-système de fichiers du système d'exploitation.

Pendant le processus de formatage, vous pouvez attribuer un nom symbolique à une partition - une étiquette de volume. Il sert à identifier plus facilement un lecteur logique parmi le système de fichiers parmi d'autres lecteurs logiques.

Le formatage logique est appliqué à la partition de disque. Le système de fichiers créé dans une partition est généralement identifié avec la partition elle-même. Cependant, ce n’est pas tout à fait vrai. Le fait est que les informations sur l'emplacement de la partition sur le disque sont stockées dans le superbloc, quelle que soit la table de partition située dans le MBR. Lorsqu'un superbloc est créé pendant le processus de formatage, les informations de la table de partition concernant la position et la longueur de la partition en cours de formatage sont transférées au superbloc. Cela se produit parce que le système d'exploitation prend toutes les données nécessaires pour travailler avec la partition du superbloc et non de la table de partition. Par conséquent, lorsque vous modifiez les paramètres d’une partition dans une table, le système de fichiers ne détectera pas ce changement. Ainsi, le contenu de la table de partition peut ne pas correspondre au système de fichiers si vous le considérez comme un système de pointeurs pour rechercher fichiers nécessaires ou un nouvel endroit pour en enregistrer de nouveaux.

1.5. Sections

Pour organiser les systèmes d'exploitation, l'espace d'adressage disque des blocs est divisé en parties appelées sections. Les partitions sont exactement comme un disque entier dans la mesure où elles sont constituées de blocs contigus. Grâce à cette organisation, pour décrire un tronçon, il suffit d'indiquer le début du tronçon et sa longueur en blocs. Le niveau de partitions physiques (niveau 3 dans la hiérarchie) est apparu au cours du développement historique. Les premiers disques durs n'avaient pas de partitions.

Les disques durs étaient exactement les mêmes que les disquettes dans la mesure où ils ne contenaient qu'un seul système de fichiers. À cette époque, FAT12 était essentiellement le seul système de fichiers pour PC. Il a été conçu pour seulement 4 096 clusters et était capable de couvrir de 2 à 32 Mo d'espace d'adressage disque, ce qui a rapidement entraîné des problèmes car les disques durs étaient constamment améliorés. Le moyen le plus simple de sortir de cette situation était l'invention des disques pseudophysiques. sections. Chaque partition peut contenir un système de fichiers FAT12. Cependant, cela nécessitait de spécifier pour chaque partition son emplacement sur le disque et de traduire les adresses logiques des blocs au sein de la partition en adresses de bloc absolues. Nous pouvons juger du timing de cette transition par la complexité croissante de la structure des superblocs des systèmes de fichiers FAT. Cela s'est produit quelque part avec la version DOS 2.13, qui correspond apparemment à la fin de l'été 1983.

Table de partition.L'avènement des partitions a conduit à l'invention de la table de partition. Une table de partition décrit jusqu'à quatre partitions sur un disque. Nous avons placé cette table dans le tout premier bloc du disque, car c'était le seul moyen de la rendre facilement accessible lors du processus de démarrage. Après cette complication de la structure, le premier bloc du disque s'appelait le Master Boot Record ( MBR - Enregistrement de démarrage principal).

Limiter la table de partition à seulement quatre partitions s'est avéré peu pratique au fil du temps. Pour cette raison, une division des sections en sections primaires et étendues est apparue. Aujourd'hui, diviser un disque dur en partitions est une procédure standard et obligatoire. Il est impossible d'utiliser des disques sans partitionnement. La nécessité de diviser le disque en plusieurs partitions est due aux raisons suivantes :

-Installer plus d'un système d'exploitation sur un seul disque dur ;

-Augmenter l'efficacité de l'utilisation de l'espace disque ;

-Gérer la visibilité des fichiers pour différents utilisateurs. (Protection contre les utilisateurs tiers, les virus et les pannes de programmes) ;

-Isolement de différents types de données pour un archivage et une récupération plus faciles et plus rapides.

Les partitions sont créées par le programme fdisk, dont le nom est standard pour presque tous les systèmes d'exploitation. Par exemple, des services publics tels que Partition magique et SyMon contiennent leurs fonds propres créer et travailler avec des partitions qui dépassent considérablement les capacités du fdisk conventionnel.

1.5.1. Partitions principales

Les partitions primaires sont ainsi appelées car leurs handles sont situés directement dans le MBR. Les partitions principales décrivent les systèmes de fichiers, ainsi que les partitions d'échange spéciales et les partitions supplémentaires. L'ordinateur ne peut démarrer qu'à partir des partitions principales pour tous les systèmes Microsoft et pour la plupart des systèmes d'exploitation d'autres fabricants.

1.5.2. Sections supplémentaires (étendues)

Une partition supplémentaire est un type spécial de partition principale. Il ne contient pas directement le système de fichiers. Au lieu de cela, il stocke une table de partition étendue. Une topologie approximative est présentée sur la figure.

Riz. 3 Organisation interne section étendue

Le premier bloc de la partition étendue stocke une table de partition similaire à la table de partition MBR (son format est absolument le même que dans MBR, voir section 2.8.1). La première entrée de ce tableau décrit une sous-section relative à la position de cette table de partition elle-même, et la seconde ne décrit pas la partition, mais constitue un lien absolu (par rapport au début du disque entier) vers la table de partition étendue suivante. Majorité programmes système nécessite que :

-Chaque table de séparation était située dans le premier bloc-cylindres.

-Chaque table de partition étendue ne contenait qu'un seul handle de partition et un lien vers la table de partition étendue suivante.

-Chaque table de partition étendue suivante était située plus loin du début du disque que la précédente.

-La partition décrite dans la table de partition étendue se trouvait immédiatement après, généralement au début de la piste suivante.

Ainsi, une section supplémentaire décrit la chaîne de sections qui y est entièrement contenue. Cependant, cette chaîne sans la première partition peut être traitée comme une partition étendue avec moins de sous-partitions, sans nécessiter de modification des tables de partitions étendues situées immédiatement avant les sous-partitions restantes.

1.5.3. Sous-sections de la section supplémentaire

Les sous-sections de la partition supplémentaire sont complètement similaires aux partitions principales. Ils peuvent contenir des systèmes de fichiers et servir à l'échange. Ils ne peuvent pas être complètement alignés sur la limite du cylindre, car ils sont précédés d'une table de partition étendue pour laquelle la totalité de la piste est réservée. Ils commencent donc dans le premier secteur de la première piste du disque.

Il existe une confusion entre les sous-partitions de partition étendue et les lecteurs logiques. La confusion vient de l'utilitaire fdisk. Cet utilitaire crée des sous-partitions au sein d'une partition supplémentaire et les nomme lecteurs logiques. Cependant, un disque logique est une partition formatée contenant le système de fichiers FAT, NTFS ou HPFS, c'est-à-dire compréhensible par le système d'exploitation. Mais il n’est pas nécessaire que chaque sous-section contienne un tel système.

1.5.4. Redimensionner les partitions.

La taille de la partition est stockée sur la couche physique à deux endroits :

-dans la table de partition, principale (MBR) ou étendue.

-dans un superbloc du système de fichiers.

Ainsi, la principale difficulté lors du redimensionnement d’une partition est de synchroniser ces modifications. Changer la taille en un seul endroit ne suffit pas. Le système de fichiers ne s'adapte jamais à la taille de la partition une fois le disque formaté logiquement. Les fichiers sont toujours alloués à l'espace disque dont la longueur est déterminée par le superbloc du système de fichiers. Par conséquent, si l'égalité des valeurs de longueur de partition du superbloc et de la table de partition est violée, il existe un risque que différents systèmes de fichiers se croisent sur le disque, ce qui, tôt ou tard, entraînera une corruption des fichiers.

Le redimensionnement d'une partition formatée doit être effectué en utilisant programmes spéciaux. Ces programmes comprennent le système de fichiers, diagnostiquent si la partie de la partition censée être supprimée contient des fichiers, les déplacent vers un autre emplacement, raccourcissent ou allongent les structures de service telles que FAT, MFT ou inode. Ce n'est qu'après que les structures de contrôle du système de fichiers seront adaptées à la nouvelle valeur de sa taille que cette nouvelle valeur pourra être placée dans le superbloc, puis dans la table de partition.

Changer une partition non formatée est beaucoup plus simple. Comme il n'y a pas de système de fichiers, il n'y a pas de superbloc et il suffit de modifier les valeurs dans les tables de partition.

1.6. Systèmes de fichiers

Du point de vue d'un disque dur, un système de fichiers doit être compris comme un système permettant de partitionner une partition en blocs de service et utilisateur pour un stockage ordonné des informations. Les blocs de service décrivent l'état des blocs utilisateur, qui peuvent être occupés par des fichiers ou libres. Les tâches du système de fichiers comprennent :

-Gérer l'allocation de blocs libres pour les nouveaux fichiers

-Gérer les répertoires, les noms de fichiers et les liens

-Rechercher le contenu du fichier par nom.

Différents systèmes de fichiers implémentent les fonctions ci-dessus avec différents degrés d'efficacité et sont également pris en charge par différents systèmes de fichiers. Les systèmes de fichiers les plus couramment rencontrés sont répertoriés ci-dessous.

1.6.1. FAT16

Ce système de fichiers est l’un des systèmes les plus anciens encore utilisés aujourd’hui. Son support est implémenté dans la plupart des systèmes d'exploitation modernes : DOS, Windows 95/98/ME, Windows NT /2000/ XP, OS /2, Linux, QNX, FreeBSD et autres.

Le nom du système de fichiers vient du nom de son élément de contrôle principal. Table d'allocation des fichiers. L'unité de placement des données est le cluster. une collection de plusieurs blocs de disque contigus. La taille du cluster peut être de 1, 2, 4, 8, 16, 32 ou 64 blocs. Les fichiers sont des chaînes de clusters. La table d'allocation de fichiers décrit les chaînes de clusters appartenant à chaque fichier. Chaque cluster peut appartenir à au plus un fichier.

Le nombre 16 dans le nom du système de fichiers indique le nombre de chiffres binaires alloués pour stocker le numéro de cluster dans la table d'allocation de fichiers. FAT16 autorise jusqu'à 65 525 clusters sur un disque, dont la taille peut aller de 512 à 32 768 octets. Cela vous permet de créer des disques logiques d'une taille maximale de 2 Go. Plus la taille du disque est grande, plus la taille du cluster requise est grande.

De manière générale, les grands clusters réduisent l'efficacité de l'espace disque. Cela est dû au fait que de nombreux fichiers sont courts et qu'une partie de l'espace dans le cluster est gaspillée. Pour une plus grande fiabilité, deux copies de FAT sont stockées sur le disque. Chaque changement dans le placement des fichiers est reflété simultanément dans les deux tableaux. La non-concordance entre ces tables est une erreur. Si une divergence se produit, il n’existe aucun moyen éprouvé de déterminer quel tableau contient les informations les plus correctes. Par conséquent, avoir deux copies n'est justifié que dans une situation où l'une des copies ne peut tout simplement pas être physiquement lue à partir du disque. Cette situation est extrêmement improbable pour les disques durs et n'est possible que pour les disquettes. En fait, le développement des systèmes FAT a commencé avec le système FAT12, encore utilisé pour les disquettes. Dans le cas des disquettes, physiquement la défaillance d'un bloc appartenant à une copie de la FAT n'est en aucun cas liée à la défaillance d'un bloc de la deuxième copie, donc avoir deux copies est justifié. Toute erreur logicielle lors de la modification de FAT est généralement reflétée de manière synchrone dans les deux copies. Dans tous les cas, si les deux copies de FAT sont lues correctement, il y a un problème de choix de la bonne copie.

La topologie du système de fichiers FAT16 est illustrée à la Fig. 4.

Riz. 4 Topologie des partitions FAT16

Les clusters d'utilisateurs sont situés directement derrière le répertoire racine, dont la taille est définie lors du formatage et n'est pas modifiée ultérieurement par le système d'exploitation.

1.6.2. FAT32

Le système FAT32 est un développement du système FAT. Le nombre de bits codant le numéro de cluster a été augmenté à 32. En conséquence, FAT32 est capable de contenir près de 65 000 fois plus de clusters que le système FAT16. Même avec une petite taille de cluster, des partitions allant jusqu'à 2 To peuvent être formatées pour ce système de fichiers. De plus, le système FAT32 a copie de sauvegarde entrée de démarrage et permet un emplacement arbitraire du répertoire racine.

Le système FAT32 est disponible pour une utilisation à partir de Windows 95 OEM Release 2, sous Windows 98, ME, ainsi que sous Windows 2000, XP. MS-DOS, Windows 3.1, Windows NT 3.51/4.0 et les premières versions de Windows 95 ne peuvent pas utiliser FAT32.

Riz. 5 Topologie des partitions FAT32

Contrairement à FAT16, dans FAT32, le répertoire racine est situé dans des clusters, comme les autres fichiers. L'enregistrement de démarrage contient un lien vers son premier cluster.

1.6.3. NTFS

Le système de fichiers NTFS est plus complexe que les systèmes FAT. Pour travailler avec, il faut plus de RAM, son utilisation ne commence donc à se justifier que sur des systèmes relativement productifs nécessitant une grande fiabilité. NTFS est utilisé dans les systèmes d'exploitation Windows NT, Windows 2000 et Windows XP. Il n'est pas recommandé de formater des partitions inférieures à 400 Mo pour NTFS, car une partie importante de l'espace est « gaspillée » sous les structures de données de service.

Au cœur de NTFS se trouve une structure de données appelée MFT (Master File Table). MFT est également un fichier système qui stocke des enregistrements sur d'autres fichiers. Chaque entrée de fichier a une longueur fixe. L'enregistrement contient des informations fixes communes à tous les fichiers, ainsi que attributs de fichier , qui décrivent le nom du fichier, l'emplacement de ses données, l'heure et la date de création, etc. Chaque fichier est décrit par un numéro unique, qui est un index dans la table MFT.

Comme les systèmes FAT, les systèmes NTFS sont constitués de clusters. Cependant, plusieurs améliorations ont été apportées par rapport à FAT. Les clusters peuvent avoir n'importe quelle taille de secteur qui est un multiple d'une puissance de 2, quelle que soit la taille de la partition. Les clusters remplissent toute la partition, c'est-à-dire que le cluster numéro 0 commence immédiatement au début de la partition. Ainsi, en fonction du numéro de cluster et de sa taille, la position de n'importe quel cluster sur le disque est calculée de manière unique.

Le système NTFS permet de crypter des fichiers, de les stocker sous forme compressée, de consigner les opérations sur les fichiers et d'indexer les fichiers dans des répertoires par un attribut arbitraire, et pas seulement par leur nom. Trouver un fichier dans un répertoire est une opération plus simple que dans les systèmes FAT.

Riz. 6 Topologie des partitions NTFS

L'inconvénient de NTFS est que le MFT est une structure vitale, dont les dommages rendent totalement impossible la récupération des fichiers, même s'ils ne sont pas fragmentés. L'entrée de répertoire fait simplement référence à une entrée MFT qui contient l'emplacement disque du fichier en tant qu'attribut. Le système FAT, bien que plus primitif, permet la restauration d'un fichier non fragmenté à partir d'une entrée du répertoire qui indique directement le premier cluster du fichier et sa taille.

1.6.4. HPFS

Ce système de fichiers a été développé par IBM et est un parent éloigné de NTFS. Il est principalement utilisé dans le système d'exploitation OS/2, mais est également pris en charge dans les versions antérieures de Windows NT.

HPFS a meilleures caractéristiques Par rapport à FAT, les répertoires sont présentés sous la forme d'une arborescence, ce qui vous permet de rechercher rapidement les fichiers nécessaires dans de grands répertoires, ainsi que de trier les fichiers par nom. Il n'y a pas de clusters dans ce système de fichiers ; l'espace libre est alloué secteur par secteur. La section entière est divisée en sections d'une longueur de 8 Mo, place libre dans chaque section est décrit par un bitmap. Cela facilite l'allocation de l'espace pour les fichiers, puisqu'il suffit de déplacer la tête vers le bitmap le plus proche, et non vers le début du disque, comme dans le système FAT.

1.6.5. Ext2fs

Ce système de fichiers est utilisé comme système de fichiers principal pour Linux.

1.7. Montage de systèmes de fichiers

Chaque fichier stocké sur le disque a son propre nom. Connaissant le nom, les utilisateurs peuvent travailler avec les données contenues dans le fichier en le pointant vers des programmes. Étant donné que les fichiers sont généralement organisés de manière ordonnée sous la forme d'une arborescence de répertoires ou de dossiers, chaque fichier porte un nom complet indiquant son emplacement à la racine de l'arborescence. Chaque partition de disque, formatée sous un certain système de fichiers, contient un répertoire racine et décrit une partie futur système fichiers à la disposition de l'utilisateur. Pour que le système d'exploitation puisse trouver les fichiers de l'utilisateur, il a besoin du nom exact du fichier.

Ainsi, le nom du fichier est constitué du nom de sa section, et de son nom au sein de cette section. Cela est vrai pour tous les systèmes de fichiers. Par exemple, sur un système DOS, pour spécifier l'emplacement exact du fichier autoexec.bat, vous devez spécifier C:\autoexec.bat. Dans ce cas, le nom C: indique la section et le nom est \autoexec.bat . le nom du fichier qu'il contient.

L'opération consistant à attribuer un nom symbolique à une partition contenant un système de fichiers est appelée montage. Le montage a lieu au démarrage du système d'exploitation et le travail avec les fichiers commence par cette opération.

Historiquement, le montage de systèmes de fichiers est apparu dans les systèmes Unix, où le système de fichiers est très flexible. L'ensemble du système de fichiers possède un seul répertoire racine et les noms de fichiers ne sont pas strictement liés à des périphériques physiques spécifiques. En plus de l'opération de montage, il existe une opération de démontage couplée. Les deux opérations sont disponibles pour l'utilisateur pendant le fonctionnement, et pas seulement au démarrage du système d'exploitation. L'utilisateur peut définir indépendamment des points de montage, de sorte que les noms de fichiers restent inchangés lorsque le nombre de disques physiques dans le système change. De plus, même si lors du processus de modification de la configuration de l'ordinateur, les fichiers s'avèrent inaccessibles ou ont changé de nom, l'utilisateur peut toujours démonter une partie du système de fichiers et la monter au bon endroit dans la hiérarchie des fichiers.

Les systèmes d'exploitation Microsoft n'ont pas une telle flexibilité. Les noms de fichiers ne partent pas d'une racine commune, mais du nom du lecteur sur lequel ils se trouvent. L'opération de montage est effectuée par le système une fois au démarrage, et les noms des points de montage, c'est-à-dire les noms des disques, sont attribués par le système de manière rigide, liée à la configuration des périphériques matériels. Cela crée des inconvénients importants lors du travail avec des fichiers, car presque tout ajout ou suppression de disques physiques entraîne des modifications des points de montage des disques restants à l'insu de l'utilisateur.

La modification des noms de lecteur interrompt souvent les chemins des programmes non situés sur le lecteur C:.

Dans les systèmes Microsoft Windows Les disques NT/2000/XP sont montés au démarrage de l'ordinateur, mais ils permettent la réattribution des noms de disque, à l'exception du disque de démarrage. Cela permet d'éviter en partie les problèmes liés au changement de configuration, même si en pratique cela est assez gênant.

1.7.1. Ordre de dénomination des lecteurs

Lors du chargement des systèmes d'exploitation Microsoft, les partitions (sous-partitions principales et supplémentaires) agissent comme supports de disques logiques, de sorte que le système d'exploitation leur attribue des noms de périphérique alphabétiques. L'ajout de nouveaux disques durs au système ou la suppression de disques existants affecte l'ordre dans lequel les lettres sont attribuées aux différents disques logiques, ce qui entraîne souvent des effets indésirables.

Les paramètres de nombreux programmes contiennent des chemins complets vers certains fichiers, c'est-à-dire qu'ils sont liés à certains lecteurs logiques. Lors de la modification des noms de lettre de lecteur, les paramètres sont incorrects, ce qui rend impossible l'utilisation de programmes.

DOS, Windows 3.x, Windows 95/98/ME, OS/2

Ces systèmes d'exploitation attribuent des noms de lecteurs de manière rigide en fonction des lecteurs existants et des types de partitions qu'ils contiennent. Les règles d'attribution des partitions sont les suivantes :

1. Des noms sont attribués à toutes les partitions principales actives reconnues, dans l'ordre des disques physiques.

2. Des noms sont attribués à tous les disques reconnus situés à l'intérieur des partitions étendues. Les partitions étendues sont triées dans l'ordre des disques physiques.

3. Des noms sont attribués à toutes les partitions principales restantes, dans l'ordre des disques physiques.

Par conséquent, la modification du nombre de disques physiques peut entraîner le décalage des lettres attribuées aux disques logiques. Le décalage des lettres peut également se produire si une nouvelle partition est ajoutée ou supprimée, contenant un système de fichiers reconnu par un système d'exploitation donné. Les partitions contenant un système de fichiers qui n'est pas reconnu par le système d'exploitation sont ignorées par celui-ci, de sorte que le décalage des lettres ne se produit pas.

Windows NT/2000/XP

Initialement, pendant le processus d'installation, ces systèmes d'exploitation se comportent de manière similaire aux versions DOS et Windows 9x, à la différence que Partitions NTFS leur sont également reconnaissables. Cependant, à l'avenir, ces systèmes permettront de réattribuer les noms de tous les disques à l'exception de celui à partir duquel le système est démarré. La réaffectation du disque est effectuée à l'aide de l'utilitaire Administrateur de disque inclus avec Windows NT/2000/XP. Après avoir attribué des noms de disque, ils sont attribués à leurs partitions et ne dépendent plus de l'apparition ou de la suppression d'autres partitions.

1.8. Ordre de démarrage du système d'exploitation

Chargement du système d'exploitation. processus en plusieurs étapes. Il démarre dans le BIOS après avoir testé le matériel et déterminé la liste des périphériques prenant en charge le démarrage. Ces appareils peuvent être divers lecteurs de disque, adaptateurs réseau, cassettes et autres appareils. Mais les principaux périphériques de démarrage sont les disques durs.

1. Sélectionnez le disque à partir duquel démarrer. Le choix est fait par l'utilisateur dans le setup du BIOS lors de la sélection générale du périphérique à partir duquel démarrer. Dans le même temps, le BIOS réaffecte les numéros de disque afin que disque de démarrage arrive en première place parmi tous les autres disques.

2. L'enregistrement de démarrage principal (MBR) est lu à partir du disque sélectionné. La signature responsable de l'exactitude des données lues est vérifiée. Le contrôle est transféré au chargeur de démarrage, qui fait partie du MBR. À partir de ce moment, le contrôle de démarrage quitte le BIOS et est déterminé par les programmes situés sur le disque dur.

3. Le chargeur de démarrage du MBR identifie la partition de démarrage du système d'exploitation. Dans le cas d'un chargeur de démarrage MBR standard, la partition de démarrage devient une partition de la table de partition MBR, marquée d'un indicateur spécial comme partition active. Dans le cas de SyMon, la partition de démarrage est spécifiée par l'utilisateur dans les paramètres du système d'exploitation. Dès le premier bloc partition de démarrage Le secteur de démarrage du système d'exploitation est lu. La signature de ce bloc est vérifiée et, en cas de succès, le contrôle est transféré au chargeur qui s'y trouve.

4. Le chargeur du système d'exploitation charge le noyau du système d'exploitation et transfère le contrôle au noyau.

5. Une fois le noyau initialisé et les pilotes de disque dur activés, le processus de montage et d'initialisation des systèmes de fichiers commence.

DOS).

Ces différentes étapes sont réalisées à différents niveaux, ce qui se manifeste principalement par des problèmes de compatibilité. Le démarrage avec le BIOS limite initialement tous les logiciels du chargeur de démarrage aux fonctionnalités standard du BIOS.

Étant donné que les chargeurs disposent de moins de 512 octets pour leurs propres fonctions, on ne peut guère s'attendre à une grande flexibilité de leur part. La principale difficulté est que le chargeur ne dispose pas de suffisamment d'espace pour implémenter un mini-pilote de système de fichiers moderne capable de lire l'intégralité du fichier en mémoire. Par conséquent, les développeurs doivent créer le chargeur de démarrage en deux étapes. Dans le premier d'entre eux, le chargeur de démarrage, situé dans le premier bloc de la partition du système d'exploitation, lit dans la mémoire un chargeur de démarrage secondaire, de plus grande taille. Le chargeur de démarrage secondaire charge déjà le noyau à partir du fichier.

1.8.1. Enregistrement de démarrage principal (MBR)

L'enregistrement de démarrage principal est toujours situé dans le bloc 0 du disque physique et constitue essentiellement le secteur de démarrage du disque dur dans son ensemble. Le MBR est toujours chargé par le BIOS à l'adresse mémoire 0x0000:0x7C00. Le BIOS ne fait pas de distinction entre les enregistrements de démarrage des disques durs et des disquettes, malgré le fait que les premiers, contrairement aux seconds, contiennent une table de partition. L'exception est peut-être que dans certains modes, la géométrie logique du disque (le nombre de têtes et de secteurs) est ajustée en fonction des valeurs de la table de partition MBR. La tâche principale d'un BIOS avec un MBR est de démarrer et de transférer le contrôle au code de démarrage.

Vous trouverez ci-dessous la structure du MBR (a) et la structure d'une partition dans la table de partition (b) de l'enregistrement de démarrage.

Riz. 7 Format d'enregistrement de démarrage principal (MBR)

1.8.2. Bloc de démarrage du système d'exploitation (BR)

La structure du bloc de démarrage du système d'exploitation, également appelée enregistrement de démarrage(Boot Record), peut être arbitraire. Fondamentalement, deux instructions s'appliquent aux blocs de démarrage :

 À la fin du bloc de démarrage se trouve une signature 0xAA55, complètement similaire à la signature MBR. Cela est dû à leur origine connexe. Le BIOS ne fait pratiquement pas de distinction entre ces blocs selon leur objectif. Son grand principe. téléchargez, vérifiez la signature et exécutez.

 Le bloc de démarrage du système d'exploitation est toujours situé dans le tout premier bloc de la partition de démarrage du système d'exploitation. Le point d'entrée du programme bootloader est toujours à l'adresse 0 par rapport au début du bloc. Cela vous donne la possibilité de démarrer n'importe quel système d'exploitation à l'aide d'un chargeur de démarrage MBR standard.

Le bloc de démarrage contient un programme qui recherche et charge le noyau du système d'exploitation. Cependant, comme 512 octets ne suffisent clairement pas pour y insérer un programme sérieux, il existe un besoin pour un chargeur intermédiaire qui :

1. Assez petit pour être facilement chargé avec un chargeur de démarrage d’une taille de seulement 400 à 500 octets.

2. Assez grand pour accueillir les procédures de gestion de fichiers qui recherchent et chargent le noyau.

Selon la complexité du système de fichiers, il existe deux solutions à ce problème.

La première est que le chargeur de démarrage essaie de lire immédiatement une partie du fichier du système d'exploitation. Cela se fait par exemple Système DOS et ses successeurs - Windows 95/98/ME. Leur chargeur trouve le fichier IO.SYS dans le répertoire racine et lit ses trois premiers blocs. La base de ceci. la simplicité des systèmes FAT, qui permet de retrouver le début du fichier à partir du disque en utilisant le premier cluster d'un fichier spécifié dans le répertoire. Néanmoins, fichiers système Pour ce faire, ils doivent être défragmentés et masqués des programmes normaux.

La deuxième solution est que le chargeur contienne les adresses absolues de sa suite dans son corps et lise tout d'abord sa suite en mémoire. Ceci est fait, par exemple, par ntldr, LILO et d'autres. Cette solution n'est pas pratique car le chargeur de démarrage ne s'adresse pas via le système de fichiers, mais directement, donc la manipulation des fichiers peut entraîner un échec de démarrage, il doit donc être transformé en fichier non déplaçable. Mais même si cela est observé, déplacer la partition entière vers un nouvel emplacement produira à nouveau une chaîne de blocs incorrecte et le chargement deviendra impossible. Dans de telles situations, il est toujours recommandé de disposer d'une disquette amorçable capable de restaurer le chargeur de démarrage du système d'exploitation sur le disque dur.

1.9. Conclusion

Cette section aborde les concepts de base liés à l'organisation des informations sur les disques durs. Tout système d'exploitation est basé sur les principes décrits ci-dessus.

L'installation du système d'exploitation commence par le partitionnement du disque. Ensuite, les partitions sont formatées pour l'un des systèmes de fichiers pris en charge par le système d'exploitation. Après le formatage, l'espace disque devient disponible pour stocker les fichiers. Le programme d'installation du système d'exploitation décompresse les packages logiciels dans l'espace libre créé. Après cela, il configure les programmes et crée un enregistrement de démarrage de partition qui garantit que le noyau est chargé après la sélection d'un système d'exploitation donné.

Le partitionnement d'un disque s'effectue par programme, à l'aide d'une structure de données appelée table de partition. Il se trouve dans le tout premier bloc du disque dur et est également appelé master boot record (MBR). Le MBR contient des entrées pour 4 partitions, ce qui peut ne pas suffire pour installer plusieurs systèmes d'exploitation si leur nombre dépasse le nombre de partitions libres. Le contenu MBR standard vous permet de démarrer les systèmes d'exploitation à partir de l'une des 4 partitions décrites dans la table de partition. Pour le chargement plus Le système d'exploitation nécessite un logiciel spécial pour fournir un menu de démarrage et charger le système d'exploitation sélectionné par l'utilisateur.