De obicei, utilizatorii au un dispozitiv de stocare încorporat în computerul lor. Când instalați prima dată sistemul de operare, acesta este împărțit într-un anumit număr de partiții. Fiecare volum logic este responsabil pentru stocarea anumitor informații. În plus, poate fi formatat în diferite sisteme de fișiereși una dintre cele două structuri. În continuare, am dori să descriem structura software a hard disk-ului cât mai detaliat posibil.

În ceea ce privește parametrii fizici, HDD-ul este format din mai multe părți combinate într-un singur sistem. Dacă doriți să obțineți informații detaliate despre acest subiect, vă recomandăm să consultați materialul nostru separat de la următorul link și vom trece la analiza componentei software.

În timpul partiționării unui hard disk, volumul sistemului este setat la litera implicită a unității C, iar pentru al doilea D. Scrisori Ași B sunt omise deoarece se referă la dischete de diferite formate. Dacă nu există un al doilea volum de hard disk, litera D va fi o unitate DVD.

Utilizatorul însuși împarte HDD-ul în secțiuni, atribuindu-le orice litere disponibile. Pentru a afla cum să creați o astfel de defalcare manual, citiți celălalt articol al nostru la următorul link.

Structuri MBR și GPT

Cu volume și partiții, totul este extrem de simplu, dar există și structuri. Modelul logic mai vechi se numește MBR (Master Boot Record) și a fost înlocuit cu GPT îmbunătățit (GUID Partition Table). Să aruncăm o privire asupra fiecărei structuri și să le privim în detaliu.

Discurile MBR sunt înlocuite treptat de GPT, dar sunt încă populare și utilizate pe multe computere. Cert este că Master Boot Record este primul sector al HDD-ului cu un volum de 512 octeți, este rezervat și nu este niciodată suprascris. Această secțiune este responsabilă pentru pornirea sistemului de operare. Această structură este convenabilă prin faptul că vă permite să împărțiți cu ușurință unitatea fizică în părți. Principiul pornirii unui disc cu un MBR este următorul:

Acum că partițiile de disc au fost accesate, trebuie să determinați zona activă din care va porni sistemul de operare. Primul octet din acest model de citire specifică secțiunea dorită cu care să începeți. Următoarele selectează numărul capului pentru a începe încărcarea, numărul cilindrului și al sectorului și numărul de sectoare din volum. Ordinea de citire este prezentată în imaginea următoare.

Tehnologia CHS (Cylinder Head Sector) este responsabilă pentru coordonatele locației înregistrării extreme a secțiunii tehnologiei luate în considerare. Citește numărul cilindrului, capete și sectoare. Numerotarea părților menționate începe cu 0 , și sectoare cu 1 . Prin citirea tuturor acestor coordonate este determinată partiția logică a hard disk-ului.

Dezavantajul unui astfel de sistem este adresarea limitată a cantității de date. Adică, în timpul primei versiuni de CHS, o partiție putea avea maximum 8 GB de memorie, ceea ce, desigur, nu a mai fost suficient în curând. A fost înlocuită cu adresarea LBA (Logical Block Addressing), în care sistemul de numerotare a fost reproiectat. Unitățile de până la 2 TB sunt acum acceptate. LBA a fost dezvoltat în continuare, dar numai GPT a fost afectat.

Ne-am ocupat cu succes de primul și de sectoarele următoare. Cât despre acesta din urmă, este și rezervat, numit AA55 și este responsabil de verificarea MBR-ului pentru integritate și disponibilitatea informațiilor necesare.

Tehnologia MBR avea o serie de dezavantaje și limitări care nu puteau oferi lucru cu o cantitate mare de date. A fost inutil să-l reparăm sau să-l schimbăm, așa că odată cu lansarea UEFI, utilizatorii au aflat despre noua structură GPT. A fost creat având în vedere creșterea constantă a capacității de stocare și schimbările în funcționarea PC-ului, așa că la momentul actual acesta este cel mai solutie avansata. Diferă de MBR prin următorii parametri:

• Lipsa coordonatelor CHS, este acceptată numai lucrul cu o versiune modificată a LBA;
• GPT stochează două copii ale sale pe unitate - una la începutul discului și cealaltă la sfârșit. O astfel de soluție va permite reanimarea sectorului prin copia stocată în caz de deteriorare;
• Structura structurii a fost reproiectată, despre care vom discuta mai târziu;
• Antetul este verificat pentru corectitudine folosind UEFI folosind o sumă de verificare.

Acum aș dori să vorbesc mai detaliat despre principiul de funcționare al acestei structuri. După cum am menționat mai sus, aici este utilizată tehnologia LBA, care vă va permite să lucrați fără probleme cu discuri de orice dimensiune și, în viitor, să extindeți gama de acțiune, dacă este necesar.

Este de remarcat faptul că și sectorul MBR în GPT este prezent, este primul și are o dimensiune de un bit. Este necesar pentru funcționarea corectă a HDD-ului cu componente vechi și, de asemenea, nu permite programelor care nu cunosc GPT să distrugă structura. Prin urmare, acest sector se numește protector. Urmează un sector de 32, 48 sau 64 de biți, care este responsabil pentru partiționare, se numește antet GPT primar. După aceste două sectoare, se citește conținutul, schema al doilea volum, iar copia GPT închide toate acestea. Structura completă este prezentată în captura de ecran de mai jos.

Pe aceasta informatii generale, care poate fi de interes pentru utilizatorul obișnuit, se încheie. Mai departe - acestea sunt subtilitățile muncii fiecărui sector, iar aceste date nu privesc în niciun fel utilizatorul mediu. În ceea ce privește alegerea GPT sau MBR, puteți citi celălalt articol al nostru, care discută despre alegerea structurii în Windows 7.

De asemenea, aș dori să adaug că GPT este o opțiune mai avansată, iar pe viitor, în orice caz, va trebui să treci la lucrul cu medii cu o astfel de structură.

Sisteme de fișiere și formatare

Vorbind despre structura logică a HDD-ului, nu putem să nu menționăm sistemele de fișiere disponibile. Desigur, există multe dintre ele, dar am dori să ne oprim asupra soiurilor pentru două sisteme de operare, cu care lucrează cel mai adesea utilizatorii obișnuiți. Dacă computerul nu poate determina sistemul de fișiere, atunci HDD dobândește Format RAWși în el este afișat în sistemul de operare. Este disponibilă o remediere manuală pentru această problemă. Vă sugerăm să vă familiarizați cu detaliile acestei sarcini de mai jos.

1. FAT32. Microsoft a început să lanseze sisteme de fișiere cu FAT, în viitor această tehnologie a suferit multe modificări, iar cea mai recentă versiune în acest moment este FAT32. Particularitatea sa constă în faptul că nu este proiectat pentru procesarea și stocarea fișierelor mari și, de asemenea, va fi destul de problematic să instalați programe grele pe el. Cu toate acestea, FAT32 este universal și atunci când se creează dur extern disc, este folosit pentru ca fișierele stocate să poată fi citite de pe orice televizor sau player.
2. NTFS. Microsoft a introdus NTFS pentru a înlocui complet FAT32. Acum acest sistem de fișiere este suportat de toate versiunile de Windows, începând de la XP, funcționează bine și pe Linux, dar pe Mac OS poți citi doar informații, nu se va scrie nimic. NTFS se distinge prin faptul că nu are restricții privind dimensiunea fișierelor înregistrate, are suport extins pentru diferite formate, capacitatea de a comprima partiții logice și este ușor de recuperat din diverse daune. Toate celelalte sisteme de fișiere într-un mod mai mare sunt potrivite pentru mici suporturi amovibileși sunt rar folosite în hard disk, așa că nu le vom lua în considerare în acest articol.

Ne-am ocupat de sistemele de fișiere Windows. Aș dori să atrag atenția asupra tipurilor acceptate în Linux, deoarece este, de asemenea, popular în rândul utilizatorilor. Linux acceptă toate fișierele sisteme Windows, cu toate acestea, este recomandat să instalați sistemul de operare propriu-zis pe un FS special conceput. Este demn de remarcat următoarele soiuri:

1. extfs a devenit primul sistem de fișiere pentru Linux. Are limitările sale, de exemplu, dimensiunea maximă a fișierului nu poate depăși 2 GB, iar numele său trebuie să fie în intervalul de la 1 la 255 de caractere.
2. Ext3și Ext4. Am omis cele două versiuni anterioare ale Ext, deoarece sunt acum complet depășite. Vom vorbi doar despre versiuni mai mult sau mai puțin moderne. Particularitatea acestui FS este de a suporta obiecte de până la un terabyte, deși atunci când rulează pe vechiul nucleu Ext3, nu a suportat elemente mai mari de 2 GB. O altă caracteristică este suportul pentru citirea software-ului scris sub Windows. Urmează noul FS Ext4, care vă permitea să stocați fișiere de până la 16 TB.
3. Este considerat principalul concurent al Ext4 XFS. Avantajul său constă într-un algoritm special de înregistrare, se numește „Alocarea întârziată a spațiului”. Când datele sunt trimise pentru scriere, acestea sunt mai întâi plasate în RAM și așteaptă la coadă pentru a fi stocate în spațiul pe disc. Mutarea pe HDD se face numai când RAM se epuizează sau este ocupată de alte procese. Această secvență vă permite să grupați sarcinile mici în altele mari și să reduceți fragmentarea media.

În ceea ce privește alegerea sistemului de fișiere pentru instalarea sistemului de operare, este mai bine ca utilizatorul obișnuit să aleagă opțiunea recomandată în timpul instalării. De obicei, acesta este Etx4 sau XFS. Utilizatorii avansați folosesc deja FS pentru nevoile lor, folosindu-l Tipuri variate pentru a îndeplini sarcinile atribuite.

Sistemul de fișiere se modifică după ce unitatea este formatată, deci acesta este un proces destul de important care vă permite nu numai să ștergeți fișiere, ci și să remediați orice probleme de compatibilitate sau de citire care au apărut. Vă sugerăm să citiți un material special, care descrie procedura corectă de formatare a HDD-ului cât mai detaliat posibil.

În plus, sistemul de fișiere combină grupuri de sectoare în clustere. Fiecare tip face acest lucru diferit și poate funcționa numai cu un anumit număr de informații. Clusterele diferă ca mărime, cele mici sunt potrivite pentru lucrul cu fișiere ușoare, iar cele mari au avantajul că sunt mai puțin predispuse la fragmentare.

Fragmentarea apare din cauza suprascrierii constante a datelor. De-a lungul timpului, fișierele împărțite în blocuri sunt stocate în părți complet diferite ale discului și este necesară defragmentarea manuală pentru a le redistribui locația și a crește viteza HDD-ului.

Există încă o cantitate considerabilă de informații despre structura logică a echipamentului în cauză, luați aceleași formate de fișiere și procesul de scriere a acestora în sectoare. Cu toate acestea, astăzi am încercat să vă spunem cât mai simplu posibil despre cele mai importante lucruri care vor fi utile oricărui utilizator de PC care dorește să exploreze lumea componentelor.

Sectorul de disc inițial are o intrare principală rădăcină care este încărcată în memorie și executată. Ultima parte a acestui sector are un tabel de partiții - un tabel de 4 elemente cu elemente de 16 octeți. Un astfel de tabel este gestionat de programul FDISK. La pornire, ROM-BIOS încarcă acest sector cu o intrare despre tabel. Acest lucru se face pentru a determina partiția activă. Sectorul rădăcină corect este apoi citit în memorie și executat.
Tabelul 1 - Structura intrării principale a rădăcinii și a tabelului de partiții

Tabelul 2 - Structura descriptorului secțiunii

Codul de partiție este destinat să determine și să poziționeze partițiile extinse și primare pe disc. Odată ce o partiție este găsită, dimensiunea și coordonatele acesteia pot fi citite din anumite câmpuri. Dacă în câmpul cod secțiune 0 , atunci descriptorul poate fi considerat gol și se va determina că nu există nicio partiție pe disc.
Tabelul 3 - Coduri de partiție pentru sistemul de operare Microsoft

Codul	Vedere în secțiune	Marimea	tip FAT	OS
01h	De bază	0-15 MB	FAT12	MS-DOS 2.0
04h	De bază	16-32 MB	FAT16	MS-DOS 3.0
05h	extins	0-2 GB	—	MS-DOS 3.3
06h	De bază	32 MB - 2 GB	FAT16	MS-DOS 4.0
0bh	De bază	512 MB - 2 GB	FAT32	OSR2
0Ch	extins	512 MB - 2 GB	FAT32	OSR2
0Eh	De bază	32 MB - 2 GB	FAT16	Windows 95
0Fh	extins	0 - 2 GB	—	Windows 95

Următoarele coduri sunt rezervate sistemelor de operare terțe:

• 02h - secțiunea SR/M
• 03h - Secția Xenis
• 07h - Partiție OS/2 (HPFS)

Cilindrii și numerele sectorului iau 10 și 6 biți:

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

Ele sunt împachetate astfel încât, atunci când CX este încărcat cu o valoare de 16 biți, este gata să apeleze INT 13h pentru a citi o anumită porțiune a discului. După citirea înregistrării principale a sarcinii în zona de memorie sec_buf funcţie:

CMP octet ptr sect_buf , 80h

va verifica dacă prima partiție este activă. Și următorul algoritm va încărca CX pentru a apela INT 13h pentru a citi sectorul rădăcină al partiției #1.

MOV CX, sec_buf

Opțiuni sector relativ la offset 08h în fiecare partiție este egal cu capul, sectorul și cilindrul adresei de început a partiției. Numărul de sector relativ crește mai întâi pentru fiecare sector de pe cap, apoi pentru fiecare cap și, în final, pentru fiecare cilindru. Formulă:

rel_sec = (#cyl * sec_per_cyl * heads) + (#Goal * sec_per_cyl) + (#sec -1)

Secțiunile încep cu un număr de cilindru par, cu excepția primei secțiuni.

Structura sectorului rădăcină

Formatul sectorului rădăcină al unei partiții de dischetă sau hard disk este prezentat în Figura 1.

Poza 1

Tabelul parametrilor hard diskului

Această structură de 16 octeți este localizată la adresa vectorului de întrerupere INT 41h (adresă de 4 octeți la 0:0104). Specificații pentru secunda greu disc (dacă există) sunt situate la adresa vectorului INT 46h.
Tabelul 5 - Formatul tabelului de hard disk

Părtinire	Lungime	Conţinut
00h	2	Numărul de cilindri
02h	1	Numărul de capete
03h	2	Nefolosit (întotdeauna 0)
05h	2	Numărul inițial al cilindrului de precompensare
07h	1	Lungimea maximă a blocului ECC
08h	1	ait control: biții 0-2 - nu sunt utilizați (întotdeauna 0); bit 3 - setați dacă numărul de capete este mai mare de 8; bit 4 - neutilizat (întotdeauna 0); bit 5 - setați dacă producătorul a plasat pe cilindru o hartă cu defecțiuni cu numărul „cilindrul maxim de lucru + 1”; bit 6 - inhibare reverificare ECC; bit 7 - dezactivați controlul ECC
09h	1	Nefolosit (întotdeauna 0)
0 Ah	1	Nefolosit (întotdeauna 0)
0bh	1	Nefolosit (întotdeauna 0)
0Ch	2	Numărul cilindrului din zona de parcare
0Eh	1	Numărul de sectoare pe pistă
0Fh	1	rezervă

Tabelul de alocare a fișierelor (FAT)

Dimensiunea fișierului se poate modifica în timp. Dacă presupunem că fișierul este stocat numai în sectoare adiacente, atunci când dimensiunea fișierului crește, sistemul de operare trebuie să-l rescrie complet într-un alt loc de pe disc. Pentru a simplifica sarcina, sistemele de operare moderne implementează tabele de alocare a fișierelor (File Allocation Table - FAT), care vă permit să stocați un fișier sub forma mai multor secțiuni separate.

În FAT, zona de date a unui disc logic este împărțită în secțiuni de aceeași dimensiune - . Numărul de sectoare dintr-un cluster este un multiplu de 2 N și poate lua valori de la 1 la 64. În directorul de fișiere pentru fiecare fișier, există numărul elementului inițial din tabelul FAT, egal cu primul cluster în lanțul de fișiere. Un exemplu este prezentat în Figura 2. Se poate observa din figură:

• MYFILE.TXT ocupă 10 clustere. Primul cluster este 08, iar ultimul este 1Bh. Lanț de cluster - 08h, 09h, 0Ah, 0Bh, 15h, 16h, 17h, 19h, 1Ah, 1Bh. Fiecare componentă a lanțului indică următoarea componentă a lanțului, așa cum se arată în Tabelul 6.
• Clusterul 18h este marcat ca defect și nu se află în lanț
• Clusterele 06h, 07h, 0Ch-14h și 1Ch-1Fh sunt goale și disponibile pentru alte lanțuri

Tabelul 6 - Semnificația elementelor FAT

FAT începe la sectorul logic 1 pe partiția DOS. În principiu, trebuie să citiți sectorul rădăcină DX=0 și să luați offset-ul 0Eh. Acolo vom afla deja numărul de sectoare rădăcină și de rezervă care se confruntă cu FAT. Pentru a citi orice componentă FAT de-a lungul lanțului, trebuie să citiți întregul FAT și să obțineți numărul inițial al clusterului din cuprinsul, iar în cazul FAT12:

• înmulțiți numărul grupului cu 3
• împărțiți rezultatul la 2
• citește un cuvânt de 16 biți din FAT folosind rezultatul rundei precedente ca adresă
• Dacă numărul elementului este par, dar trebuie să faceți AND peste cuvânt și să mascați 0FFFh. Dacă este impar, atunci mutați valoarea la dreapta cu 4 biți.

Fiecare dintre noi întâlnim zilnic diverși termeni informatici, a căror cunoaștere este superficială, iar unii termeni ne sunt complet nefamiliari. Și de ce să știm ceva despre ceva care nu ne preocupă sau nu ne deranjează. Nu-i asa? Un adevăr binecunoscut: atâta timp cât unele echipamente (inclusiv un hard disk) funcționează normal și fără probleme, atunci nimeni nu se va deranja vreodată cu complexitatea muncii sale, iar acest lucru este inutil.

Dar, în momentele în care defecțiunile încep în timpul funcționării oricărui dispozitiv al unității de sistem sau pur și simplu aveți nevoie de ajutor cu un computer, mulți utilizatori iau imediat o șurubelniță și cartea „Noțiunile de bază ale alfabetizării computerului sau cum să reanimați un computer acasa". Și încearcă să rezolve singuri problema, fără a apela la ajutorul unui specialist. Și cel mai adesea se termină foarte rău pentru computerul lor.

• Conceptele de „hard disk” sau „hard disk” și apariția lor

Definiția și apariția conceptului de „hard disk”

Deci, subiectul următorului nostru articol de data aceasta va fi o astfel de piesă de schimb a unității de sistem ca un hard disk. Vom lua în considerare în detaliu sensul însuși al acestui concept, vom aminti pe scurt istoria dezvoltării sale și ne vom opri mai detaliat asupra structurii interne, vom analiza principalele tipuri, interfețe și detalii ale conexiunii sale. În plus, să aruncăm o privire în viitor, sau poate chiar aproape în prezent, și să vă spunem ce înlocuiește treptat șuruburile vechi bune. Privind în viitor, să spunem că acestea sunt unități cu stare solidă care funcționează pe principiul unităților flash USB - dispozitive SSD.

Primul hard disk din lume, de tipul pe care suntem obișnuiți să îl vedem și să folosim, a fost inventat de angajatul IBM Kenneth Haughton în 1973. Acest model a fost numit o combinație misterioasă de numere: 30-30, la fel ca calibrul binecunoscutei puști Winchester.Nu este greu de ghicit că unul dintre nume a venit de aici - Winchester, care este încă popular printre oamenii IT. . Și, poate, cineva l-a citit acum în general pentru prima dată.

Să trecem la definiție: un hard disk (și, dacă este convenabil pentru dvs., atunci un hard disk, HDD sau șurub) este un dispozitiv de stocare pentru computer (sau laptop), pe care informațiile sunt scrise, stocate și șterse folosind citirea specială. / scrie capete, după cum este necesar.

„Dar prin ce diferă toate acestea de simple dischete sau CD-DVD-uri?” tu intrebi. Și treaba este că, spre deosebire de mediile flexibile sau optice, aici datele sunt înregistrate pe plăci rigide (de unde și denumirea, deși cineva poate deja deja ghicit-o) din aluminiu sau sticlă, pe care se aplică un strat subțire de material feromagnetic, cele mai multe adesea în aceste scopuri se folosește dioxid de crom.

Întreaga suprafață a unor astfel de plăci magnetice rotative este împărțită în piste și sectoare de 512 octeți fiecare. Unele unități au doar o astfel de unitate. Altele conțin unsprezece sau mai multe plăci, iar informațiile sunt înregistrate pe ambele părți ale fiecăreia dintre ele.

Structura interna

Însuși designul hard disk-ului constă nu numai în stocarea directă a informațiilor, ci și într-un mecanism care citește toate aceste date. Toate împreună, aceasta este principala diferență între hard disk-uri și dischete și unități optice. Și spre deosebire de memorie cu acces aleator(RAM), care are nevoie de putere constantă, hard disk-ul este un dispozitiv nevolatil. Îl poți deconecta în siguranță și îl poți lua cu tine oriunde ai merge. Datele sunt stocate pe el. Acest lucru devine deosebit de important atunci când trebuie să recuperați informații.

Acum să vorbim puțin direct despre structura internă a hard disk-ului. Hard disk-ul în sine constă dintr-o unitate etanșă umplută cu aer obișnuit fără praf sub presiunea atmosferică. Nu recomandam deschiderea acasa, deoarece. acest lucru poate deteriora dispozitivul în sine. Oricât de curat ai fi, întotdeauna există praf în cameră și poate intra în carcasă. În serviciile profesionale specializate în recuperarea datelor, există o „camera curată” special echipată în interiorul căreia este deschis hard disk-ul.

Dispozitivul include si o placa cu circuit electronic management. În interiorul blocului se află părțile mecanice ale unității. Una sau mai multe plăci magnetice sunt fixate pe axul motorului de antrenare a rotației discului.

Carcasa găzduiește și un preamplificator-comutator de capete magnetice. Capul magnetic însuși citește sau scrie informații de pe suprafața uneia dintre laturile discului magnetic. A cărei viteză de rotație ajunge la 15 mii de rotații pe minut - aceasta este ceea ce privește modelele moderne.

La pornire, procesorul de hard disk începe prin testarea componentelor electronice. Dacă totul este în ordine, motorul axului este pornit. După ce se atinge o anumită viteză critică de rotație, densitatea stratului de aer care curge între suprafața discului și cap devine suficientă pentru a depăși forța de apăsare a capului la suprafață.

Ca rezultat, capul de citire/scriere „atârnă” deasupra plachetei la o distanță mică de numai 5-10 nm. Funcționarea capului de citire/scriere este similară cu principiul de funcționare a acului în gramofon, cu o singură diferență - nu are contact fizic cu placa, în timp ce la gramofon capul acului este în contact cu înregistrarea .

În momentele în care computerul este oprit și discurile se opresc, capul cade pe zona nefuncțională a suprafeței platoului, așa-numita zonă de parcare. Prin urmare, nu este recomandat să opriți computerul în caz de urgență - pur și simplu apăsând butonul de oprire sau trăgând cablul de alimentare din priză. Acest lucru poate duce la defectarea întregului HDD. Modelele timpurii aveau un software special care a inițiat operațiunea de parcare a capului.

În HDD-urile moderne, capul este adus automat în zona de parcare atunci când viteza de rotație scade sub valoarea nominală sau când este dată o comandă de oprire a alimentării. Capetele sunt readuse în zona de lucru numai când este atinsă turația nominală a motorului.

Cu siguranță, în mintea ta curios, întrebarea a ajuns deja la maturitate - cât de strâns este blocul de disc în sine și care este probabilitatea ca praful sau alte particule mici să se infiltreze acolo? După cum am scris mai sus, acestea pot duce la o defecțiune a hard disk-ului sau chiar la defectarea acestuia și la pierderea de informații importante.

Dar nu-ți face griji. Producătorii au prevăzut totul de mult timp. Blocul de discuri cu motorul și capetele sunt amplasate într-o carcasă specială închisă ermetic - o HDA ​​(camera). Cu toate acestea, conținutul său nu este complet izolat de mediu, este necesar să se deplaseze aerul din cameră spre exterior și invers.

Acest lucru este necesar pentru a egaliza presiunea din interiorul blocului cu cea externă pentru a preveni deformarea corpului. Acest echilibru se realizează folosind un dispozitiv special numit filtru barometric. Este situat în interiorul HDA.

Filtrul este capabil să capteze cele mai mici particule, a căror dimensiune depășește distanța dintre capul de citire/scriere și suprafața feromagnetică a discului. Pe lângă filtrul menționat mai sus, mai există unul - filtrul de recirculare. Captează particulele care sunt prezente în fluxul de aer din interiorul blocului însuși. Ele pot apărea acolo de la pierderea polenizării magnetice a discurilor (cu siguranță ați auzit vreodată expresia că „a căzut greu”). În plus, acest filtru captează acele particule pe care „colegul” său barometric „le-a ratat”.

interfețe de conectare HDD

Astăzi, pentru a conecta un hard disk la un computer, puteți utiliza una dintre cele trei interfețe: IDE, SCSI și SATA.

Inițial, în 1986, interfața IDE a fost dezvoltată doar pentru conectarea unui HDD. Apoi a fost modificat la o interfață ATA extinsă. Ca rezultat, nu numai hard disk-uri, ci și unități CD / DVD pot fi conectate la acesta.

Interfața SATA este mai rapidă, mai modernă și mai productivă decât ATA.

La rândul său, SCSI este o interfață de înaltă performanță care poate conecta diverse tipuri de dispozitive. Aceasta include nu numai mediile de stocare, ci și diverse periferice. De exemplu, scanere SCSI mai rapide. Cu toate acestea, când a apărut magistrala USB, nevoia de a conecta periferice prin SCSI a dispărut. Deci, dacă ai norocul să-l vezi undeva, atunci consideră-te norocos.

Acum să vorbim puțin despre conectarea la interfața IDE. Sistemul poate avea două controlere (primar și secundar), fiecare dintre ele putând conecta două dispozitive. În consecință, obținem maximum 4: master primar, primar slave și secundar master, secondary slave.

După conectarea dispozitivului la controler, ar trebui să selectați modul de funcționare al acestuia. Se selectează prin instalarea unui jumper special (numit jumper) într-un anumit loc al conectorului (lângă conectorul pentru conectarea cablului IDE).

Trebuie amintit că echipamentul mai rapid este conectat mai întâi la controler și se numește master. Al doilea se numește sclav (sclav). Ultima manipulare va fi conectarea la putere, pentru aceasta trebuie să selectăm unul dintre cablurile de alimentare. Aceste informații vă vor fi utile dacă aveți un foarte, foarte calculator vechi. Deoarece în timpurile moderne nevoia unor astfel de manipulări a dispărut.

Conectarea prin SATA este mult mai ușoară. Cablul pentru acesta are aceiași conectori la ambele capete. Unitatea SATA nu are jumperi, așa că nu trebuie să selectați modul de funcționare al dispozitivelor - chiar și un copil se poate descurca. Alimentarea este conectată folosind un cablu special (3,3 V). Cu toate acestea, este posibil să vă conectați printr-un adaptor la un cablu de alimentare convențional.

Să dăm un sfat util: dacă prietenii vin adesea la tine cu hard disk-urile lor pentru a rescrie noi filme sau muzică (da, prietenii tăi sunt atât de duri încât nu poartă cu ei un HDD extern, ci unul intern obișnuit), și tu ești deja obosit să învârt tot timpul unitatea de sistem, vă recomandăm să cumpărați un buzunar special pentru hard disk (se numește Mobile Rack). Sunt disponibile atât cu interfețe IDE, cât și SATA. Pentru a conecta un alt hard disk suplimentar la computer, pur și simplu introduceți-l într-un astfel de buzunar și gata.

Unități SSD - o nouă etapă în dezvoltare

Deja astăzi (sau poate chiar ieri) a început următoarea etapă în dezvoltarea dispozitivelor de stocare a informațiilor. Hard disk-urile sunt înlocuite cu un nou tip - SSD. În continuare, vom spune despre asta mai detaliat.

Deci, SSD (Solid State Disk) este o unitate cu stare solidă care funcționează pe principiul memoriei flash USB. Una dintre cele mai importante ale sale caracteristici distinctive de la hard disk-uri convenționale și unități optice - dispozitivul său nu include piese mobile și componente mecanice.

Unitățile de acest tip, așa cum se întâmplă adesea, au fost inițial dezvoltate exclusiv în scopuri militare, precum și pentru servere de mare viteză, deoarece hard disk-urile vechi bune pentru astfel de nevoi nu mai erau suficient de rapide și de fiabile.

Enumerăm cele mai importante avantaje ale SSD:

• În primul rând, scrierea informațiilor pe un SSD și citirea de pe acesta este mult mai rapidă (de zeci de ori) decât de pe un HDD. Funcționarea unui hard disk convențional este foarte încetinită de mișcarea capului de citire/scriere. Și de când Dacă SSD-ul nu îl are, atunci nu este nicio problemă.
• În al doilea rând, datorită utilizării simultane a tuturor modulelor de memorie instalate în unitatea SSD, viteza de transfer a datelor este mult mai mare.
• În al treilea rând, nu sunt atât de susceptibili la lovituri. În timp ce hard disk-urile pot pierde unele date la impact sau chiar eșuează, ceea ce se întâmplă cel mai des - aveți grijă!
• În al patrulea rând, consumă mai puțină energie, ceea ce le face convenabil de utilizat în dispozitivele alimentate cu baterii - laptopuri, netbook-uri, ultrabook-uri.
• În al cincilea rând, acest tip de unitate practic nu produce niciun zgomot în timpul funcționării, în timp ce în timpul funcționării hard disk-urilor auzim rotația discurilor și mișcarea capului. Și, atunci când eșuează, există în general o crăpătură puternică sau o lovitură în cap.

Dar să nu ne ascundem: poate că există două dezavantaje ale SSD - 1) veți plăti mult mai mult pentru capacitatea sa sigură decât pentru un hard disk de aceeași cantitate de memorie (diferența va fi de mai multe ori, deși în fiecare an devine mai puțin și Mai puțin); 2) SSD-urile au un număr limitat relativ mic de cicluri de citire/scriere (adică o durată de viață limitată în mod inerent).

Deci, ne-am familiarizat cu conceptul de „hard disk”, i-am examinat structura, principiul de funcționare și caracteristicile diferitelor interfețe de conectare. Sperăm că informațiile furnizate au fost ușor de înțeles și, cel mai important, utile.

Dacă aveți dificultăți în alegere, dacă nu puteți determina ce tip de hard disk suportă placa dvs. de bază, ce interfață este potrivită sau ce capacitate HDD se va potrivi cel mai bine nevoilor dvs., atunci puteți contacta întotdeauna serviciul de calculatoare Compolife pentru ajutor pe teritoriul nostru. serviciu.

Experții noștri vă vor ajuta cu alegerea și înlocuirea hard disk-ului. În plus, puteți comanda de la noi instalarea unui nou dispozitiv în unitatea de sistem sau laptop.

sunați pe stăpân

Hard disk-urile sau, așa cum sunt numite și hard disk-urile, sunt una dintre cele mai importante componente sistem informatic. Toată lumea știe despre asta. Dar departe de orice utilizator modern, chiar și în principiu ghicește cum funcționează un hard disk. Principiul de funcționare, în general, este destul de simplu pentru o înțelegere de bază, dar există câteva nuanțe, care vor fi discutate în continuare.

Întrebări despre scopul și clasificarea hard disk-urilor?

Întrebarea scopului este, desigur, retorică. Orice utilizator, chiar și cel mai entry-level, va răspunde imediat că hard disk-ul (aka hard disk, aka Hard Drive sau HDD) va răspunde imediat că este folosit pentru a stoca informații.

În general, este adevărat. Nu uitați că pe hard disk, pe lângă sistemul de operare și fișierele utilizator, există sectoare de boot create de sistemul de operare, datorită cărora pornește, precum și câteva semne prin care puteți găsi rapid informațiile necesare pe disc.

Modelele moderne sunt destul de diverse: HDD-uri convenționale, hard disk-uri externe, SSD de mare viteză Unități SSD, deși nu este obișnuit să le atribuim hard disk-urilor. În continuare, se propune să se ia în considerare dispozitivul și principiul muncește din greu disc, dacă nu în întregime, atunci cel puțin în așa fel încât să fie suficient să înțelegeți termenii și procesele de bază.

Vă rugăm să rețineți că există și o clasificare specială a HDD-urilor moderne în funcție de câteva criterii de bază, printre care se pot distinge următoarele:

• metoda de stocare a informatiilor;
• tipul media;
• modalitatea de organizare a accesului la informaţie.

De ce se numește un hard disk?

Astăzi, mulți utilizatori se gândesc de ce numesc hard disk-uri legate de armele de calibru mic. S-ar părea că ce poate fi comun între aceste două dispozitive?

Termenul în sine a apărut în 1973, când a apărut pe piață primul HDD din lume, al cărui design consta din două compartimente separate într-un container sigilat. Capacitatea fiecărui compartiment era de 30 MB, motiv pentru care inginerii au dat discului numele de cod „30-30”, care era pe deplin în ton cu marca popularului pistol din acea vreme „30-30 Winchester”. Adevărat, la începutul anilor 90 în America și Europa, acest nume practic a căzut în nefolosire, dar rămâne încă popular în spațiul post-sovietic.

Dispozitivul și principiul de funcționare al hard disk-ului

Dar divagam. Principiul de funcționare a unui hard disk poate fi descris pe scurt ca procese de citire sau scriere a informațiilor. Dar cum se întâmplă? Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui hard disk magnetic, este necesar mai întâi să studiem cum funcționează.

Hard disk-ul în sine este un set de platouri, al căror număr poate varia de la patru la nouă, interconectate printr-un arbore (axă) numit ax. Plăcile sunt așezate una deasupra celeilalte. Cel mai adesea, materialul pentru fabricarea lor este aluminiu, alamă, ceramică, sticlă etc. Plăcile în sine au o acoperire magnetică specială sub forma unui material numit platou, pe bază de oxid de ferită gamma, oxid de crom, ferită de bariu etc. Fiecare astfel de placă are o grosime de aproximativ 2 mm.

Capetele radiale sunt responsabile pentru scrierea și citirea informațiilor (unul pentru fiecare placă), iar ambele suprafețe sunt folosite în plăci. Pentru care poate varia de la 3600 la 7200 rpm, iar două motoare electrice sunt responsabile de mișcarea capetelor.

În același timp, principiul de bază al hard disk-ului computerului este că informațiile nu sunt înregistrate nicăieri, ci în locații strict definite, numite sectoare, care sunt situate pe piste concentrice sau piste. Pentru a evita confuzia, se aplică reguli uniforme. Aceasta înseamnă că principiile de funcționare a hard disk-urilor, din punct de vedere al structurii lor logice, sunt universale. Deci, de exemplu, dimensiunea unui sector, adoptat ca standard unic în întreaga lume, este de 512 octeți. La rândul lor, sectoarele sunt împărțite în clustere, care sunt secvențe de sectoare adiacente. Și particularitățile principiului de funcționare a unui hard disk în acest sens sunt că schimbul de informații este realizat de grupuri întregi (un număr întreg de lanțuri de sectoare).

Dar cum se citesc informațiile? Principiile de funcționare ale unei unități de hard disk sunt următoarele: folosind un suport special, capul de citire se deplasează într-o direcție radială (spirală) către pista dorită și, atunci când este rotit, este poziționat deasupra unui sector dat, iar toate capetele se pot mișca simultan, citind aceleași informații nu numai de pe piese diferite, ci și de pe diferite discuri (plate). Toate pistele cu aceleași numere de serie se numesc cilindri.

În același timp, se mai poate distinge un principiu de funcționare a hard diskului: cu cât capul de citire este mai aproape de suprafața magnetică (dar nu o atinge), cu atât densitatea de înregistrare este mai mare.

Cum se scrie și se citește informațiile?

Hard disk-urile, sau hard disk-urile, au fost numite magnetice deoarece folosesc legile fizicii magnetismului, formulate de Faraday și Maxwell.

După cum sa menționat deja, plăcile din material nesensibil magnetic sunt acoperite cu un strat magnetic, a cărui grosime este de doar câțiva micrometri. În procesul de lucru, apare un câmp magnetic, care are așa-numita structură de domeniu.

Domeniul magnetic este o regiune magnetizată a unui feroaliaj strict limitată de granițe. În plus, principiul de funcționare al unui hard disk poate fi descris pe scurt după cum urmează: atunci când se aplică un câmp magnetic extern, câmpul propriu al discului începe să se orienteze strict de-a lungul liniilor magnetice, iar când impactul se oprește, apar zone de magnetizare reziduală. pe discuri, în care sunt stocate informațiile care erau conținute anterior în câmpul principal. .

Capul de citire este responsabil pentru crearea unui câmp extern în timpul înregistrării, iar la citire, zona de magnetizare reziduală, fiind opusă capului, creează o forță electromotoare sau EMF. În plus, totul este simplu: o modificare a EMF corespunde unei unități dintr-un cod binar, iar absența sau terminarea acesteia corespunde cu zero. Timpul de schimbare a EMF este de obicei numit element bit.

În plus, suprafața magnetică, din motive pur informatice, poate fi asociată ca o anumită secvență punctată de biți de informații. Dar, deoarece locația unor astfel de puncte nu poate fi calculată cu exactitate, este necesar să se stabilească pe disc niște semne pre-furnizate care au ajutat la determinarea locației dorite. Crearea unor astfel de mărci se numește formatare (în general, ruperea discului în piste și sectoare combinate în clustere).

Structura logică și principiul de funcționare a hard disk-ului în ceea ce privește formatarea

În ceea ce privește organizarea logică a HDD-ului, formatarea este pe primul loc aici, în care se disting două tipuri principale: de nivel scăzut (fizic) și de nivel înalt (logic). Fără acești pași, nu este nevoie să vorbim despre aducerea hard disk-ului în stare de funcționare. Cum să inițializați un nou hard disk va fi discutat separat.

Formatarea la nivel scăzut implică un impact fizic asupra suprafeței HDD-ului, care creează sectoare situate de-a lungul pistelor. Este curios că principiul de funcționare al unui hard disk este de așa natură încât fiecare sector creat are propria sa adresă unică, care include numărul sectorului în sine, numărul pistei pe care se află și numărul părții laterale. a farfurii. Astfel, la organizarea accesului direct, aceeași RAM accesează direct la o anumită adresă, și nu caută informațiile necesare pe toată suprafața, datorită căreia se atinge viteza (deși acesta nu este cel mai important lucru). Vă rugăm să rețineți că atunci când efectuați formatare de nivel scăzut, absolut toate informațiile sunt șterse și, în majoritatea cazurilor, nu pot fi restaurate.

Un alt lucru este formatarea logică (în sistemele Windows, aceasta este formatarea rapidă sau formatarea rapidă). În plus, aceste procese sunt aplicabile pentru crearea de partiții logice, care sunt o zonă a hard disk-ului principal care funcționează conform acelorași principii.

Formatarea logică afectează în primul rând zona de sistem, care constă din sectorul de pornire și tabelele de partiții (înregistrarea de pornire boot record), tabelul de alocare a fișierelor (FAT, NTFS etc.) și directorul rădăcină (Director rădăcină).

Informațiile sunt scrise în sectoare prin cluster în mai multe părți, iar un cluster nu poate conține două obiecte (fișiere) identice. De fapt, crearea unei partiții logice, așa cum ar fi, o separă de partiția principală a sistemului, drept urmare informațiile stocate pe ea, atunci când apar erori și defecțiuni, nu pot fi modificate sau șterse.

Caracteristici principale HDD

Se pare că în termeni generali principiul hard disk-ului este puțin clar. Acum să trecem la principalele caracteristici, care oferă o imagine completă a tuturor posibilităților (sau dezavantajelor) hard disk-urilor moderne.

Principiul de funcționare al hard disk-ului și principalele caracteristici pot fi complet diferite. Pentru a înțelege despre ce vorbim, să evidențiem cei mai de bază parametri care caracterizează toate dispozitivele de stocare a informațiilor cunoscute astăzi:

• capacitate (volum);
• viteza (viteza de acces la date, citirea si scrierea informatiilor);
• interfață (metoda de conectare, tipul controlerului).

Capacitatea este cantitatea totală de informații care pot fi scrise și stocate pe un hard disk. Industria HDD-urilor se dezvoltă atât de rapid încât astăzi au intrat deja în uz hard disk-uri cu volume de ordinul a 2 TB și mai mult. Și, după cum se crede, aceasta nu este limita.

Interfața este cea mai importantă caracteristică. Determină exact modul în care dispozitivul este conectat la placa de bază, ce controler este utilizat, cum se realizează citirea și scrierea etc. Principalele și cele mai comune interfețe sunt IDE, SATA și SCSI.

Unitățile cu interfață IDE nu sunt costisitoare, dar principalele dezavantaje includ un număr limitat de dispozitive conectate simultan (maximum patru) și o rată scăzută de transfer de date (chiar dacă acces direct la memorie Ultra DMA sau protocoale Ultra ATA (Mod 2 și Mode 2 și Modul 2) sunt acceptate. 4).Deși, după cum se crede, utilizarea lor vă permite să creșteți viteza de citire / scriere la nivelul de 16 Mb / s, dar în realitate viteza este mult mai mică. În plus, să utilizați modul UDMA, trebuie să instalați un driver special, care, teoretic, ar trebui să fie furnizat complet cu placa de baza.

Vorbind despre care este principiul de funcționare a unui hard disk și caracteristici, nu se poate ignora și care este succesorul versiunii IDE ATA. Avantajul acestei tehnologii este că viteza de citire/scriere poate fi mărită până la 100 Mb/s prin utilizarea magistralei Fireware IEEE-1394 de mare viteză.

În cele din urmă, interfața SCSI este cea mai flexibilă și mai rapidă în comparație cu cele două anterioare (viteza de scriere/citire ajunge la 160 Mb/s și mai mult). Dar aceste hard disk-uri sunt aproape de două ori mai scumpe. Dar numărul de dispozitive de stocare conectate simultan este de la șapte la cincisprezece, conexiunea se poate face fără a deconecta computerul, iar lungimea cablului poate fi de aproximativ 15-30 de metri. De fapt, acest tip de HDD este folosit în mare parte nu pe computerele utilizatorilor, ci pe servere.

Performanța, care caracterizează rata de transfer și debitul I/O, este de obicei exprimată în termeni de timp de transfer și cantitatea de date secvențiale transferate și este exprimată în Mbps.

Câteva opțiuni suplimentare

Vorbind despre care este principiul de funcționare al unui hard disk și ce parametri afectează funcționarea acestuia, nu se pot ignora unele caracteristici suplimentare care pot afecta performanța sau chiar durata de viață a dispozitivului.

Aici, în primul rând, este viteza de rotație, care afectează direct timpul de căutare și inițializare (recunoaștere) a sectorului dorit. Acesta este așa-numitul timp de căutare ascuns - intervalul în care sectorul dorit se întoarce către capul de citire. Astăzi, au fost adoptate mai multe standarde pentru viteza axului exprimată în rotații pe minut, cu timpii de așezare în milisecunde:

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

Este ușor de observat că, cu cât viteza este mai mare, cu atât se petrece mai puțin timp pentru căutarea sectoarelor și, în termeni fizici, pentru rotirea discului până când punctul de poziționare a platoului necesar este setat pentru cap.

Un alt parametru este rata de transfer intern. Pe pistele exterioare, este minim, dar crește odată cu o tranziție treptată către pistele interioare. Astfel, același proces de defragmentare, care mută datele utilizate frecvent în cele mai rapide zone ale discului, nu este altceva decât mutarea lor pe o pistă internă cu o viteză de citire mai mare. Viteza externă are valori fixe și depinde direct de interfața utilizată.

În cele din urmă, unul dintre punctele importante este legat de faptul că hard disk-ul are propria sa memorie cache sau buffer. De fapt, principiul de funcționare al unui hard disk în ceea ce privește utilizarea bufferului este oarecum similar cu RAM sau memoria virtuală. Cu cât este mai mare cantitatea de memorie cache (128-256 KB), cu atât mai repede va funcționa hard diskul.

Cerințe principale pentru HDD

Nu există atât de multe cerințe de bază care se aplică în majoritatea cazurilor hard disk-urilor. Principalul lucru este durata lungă de viață și fiabilitatea.

Standardul principal pentru majoritatea HDD-urilor este considerat a fi o durată de viață de aproximativ 5-7 ani, cu o durată de funcționare de cel puțin cinci sute de mii de ore, dar pentru hard disk-uri de vârf, această cifră este de cel puțin un milion de ore.

În ceea ce privește fiabilitatea, este responsabilă funcția de autotest S.M.A.R.T., care monitorizează starea elementelor individuale ale hard disk-ului, efectuând o monitorizare continuă. Pe baza datelor colectate, se poate forma chiar și o anumită prognoză a apariției unor posibile defecțiuni în viitor.

Este de la sine înțeles că utilizatorul nu ar trebui să fie lăsat afară. Deci, de exemplu, atunci când lucrați cu HDD-ul, este extrem de important să respectați optimul regim de temperatură(0 - 50 ± 10 grade Celsius), evitați șocurile, loviturile și căderile de hard disk, praful sau alte particule mici care pătrund în el etc. Apropo, mulți vor fi interesați să știe că aceleași particule de fum de tutun sunt aproximativ de două ori mai mare distanța dintre capul de citire și suprafața magnetică a hard disk-ului și un păr uman - de 5-10 ori.

Probleme de inițializare în sistem la înlocuirea unui hard disk

Acum câteva cuvinte despre ce acțiuni ar trebui luate dacă, dintr-un motiv oarecare, utilizatorul a schimbat hard disk-ul sau a instalat unul suplimentar.

Nu vom descrie pe deplin acest proces, ci ne vom opri doar asupra etapelor principale. Mai întâi, trebuie să conectați unitatea de disc și să vedeți în setările BIOS dacă a fost detectat hardware nou, în secțiunea de administrare a discului, inițializați și creați o intrare de pornire, creați un volum simplu, atribuiți-i un identificator (litera) și formatați acesta cu o alegere de sistem de fișiere. Abia după aceea noul „șurub” va fi complet gata de lucru.

Concluzie

Acesta este, de fapt, tot ceea ce privește pe scurt elementele de bază ale funcționării și caracteristicilor hard disk-urilor moderne. Principiul de funcționare a unui hard disk extern nu a fost luat în considerare în mod fundamental aici, deoarece practic nu este diferit de ceea ce este folosit pentru HDD-urile staționare. Singura diferență este doar în metoda de conectare a unei unități suplimentare la un computer sau laptop. Cea mai comună este conexiunea prin intermediul unei interfețe USB, care este conectată direct la placa de bază. În același timp, dacă doriți să asigurați performanțe maxime, este mai bine să utilizați standardul USB 3.0 (portul din interior este colorat în albastru), bineînțeles, cu condiția ca HDD-ul extern însuși să îl suporte.

În rest, se pare că mulți au înțeles măcar puțin cum funcționează un hard disk de orice tip. Poate că au fost date prea multe subiecte mai sus, chiar și de la un curs de fizică școlar, cu toate acestea, fără aceasta, nu va fi posibil să înțelegem pe deplin toate principiile și metodele de bază inerente producției și aplicării HDD-urilor.

ORGANIZARE HARD DISK

Introducere 1. Organizarea hard disk-urilor 1.1. Blocați dispozitivele 1.2. Dispozitiv cu hard disk 1.2.1. Coordonate fizice HDD: cilindri, capete și sectoare 1.2.2. Blocuri logice 1.2.3. Caracteristici BIOS pentru lucrul cu hard disk-uri 1.2.4. Probleme de BIOS cu unități mari 2.3. Diagrama structurală a unui hard disk 1.3.1. Diagrama structurală a unui dispozitiv fizic 1.3.2. Ierarhia nivelurilor de abstractizare a reprezentării informaţiei 1.4. Formatarea hard disk-urilor 1.4.1. Formatare fizică (nivel scăzut) 1.4.2. Formatare booleană 1.5. Secțiuni 1.5.1. Secțiuni primare 1.5.2. Secțiuni suplimentare (extinse). 1.5.3. Subsecțiunile secțiunii suplimentare 1.5.4. Redimensionarea partițiilor. 1.6. Sisteme de fișiere 1.6.1. FAT16 1.6.2. FAT32 1.6.3. NTFS 1.6.4. HPFS 1.6.5. ext2fs 1.7. Montarea sistemelor de fișiere 1.7.1. Ordinea denumirii conducerii 1.8. Ordinea de pornire a sistemului de operare 1.8.1. Master Boot Record (MBR) 1.8.2. Bloc de pornire a sistemului de operare (BR) 1.9. Concluzie

Introducere

Un hard disk modern este un dispozitiv destul de complex. Tendințele actuale de creștere a vitezei de citire și scriere a informațiilor, creșterea densității înregistrării, precum și îndeplinirea cerințelor crescute de fiabilitate, consum de energie și zgomot sunt atinse prin complicarea tehnologiilor de organizare a stocării informațiilor și a tehnologiei de fabricație a HDD-urilor.

1. Organizarea hard disk-urilor

1.1. Blocați dispozitivele

Orice dispozitiv pentru stocarea unor cantități mari de informații cu posibilitatea de acces aleatoriu are unultrăsătură caracteristică: timpul de căutare a informațiilor crește odată cu creșterea capacității purtătorului acesteia. Datorită acestei circumstanțe, este convenabil să împărțiți fiecare operațiune de acces la dateîn două etape

 Găsirea locației în care se află informațiile pe mass-media

 Accesul la informații

Dacă pasul de căutare este prin antrenare mecanică, atunci timpul său de execuție depășește timpul de citire sau scriere a unui octet cu câteva ordine de mărime.

Prin urmare, pentru îmbunătățirea eficienței munciidispozitivele sunt făcute bloc: pentru fiecare operațiune de căutare se citește sau se scrie o porțiune suficient de mare de date, ceea ce se numește bloc. Astfel, accesul la informații se realizează prin blocuri adresabile în mod arbitrar, iar dispozitivele în sine sunt numite dispozitive bloc. Hard disk-urile sunt un tip de dispozitiv bloc. Dimensiunea blocului de informații a devenit în cele din urmă standard pentru toate hard disk-urile și este de 512 octeți. De exemplu, numărul de blocuri de pe un disc de 40 GB este de aproximativ 80 de milioane.

1.2. Dispozitiv cu hard disk

Un hard disk modern este format din unul sau mai multe discuri acoperite magnetic montate pe un ax rotativ. De-a lungul fiecărei suprafețe a fiecărui disc, capete magnetice se mișcă sincron, oferind informații de citire și scriere. Întregul sistem este controlat de electronice încorporate, care asigură transferul eficient de informații între substanța magnetică și memoria computerului.

1.2.1. Coordonate fizice HDD: cilindri, capete și sectoare

La nivel fizic, discul are trei grade de libertate pentru a indica locul (trei coordonate) unde vor fi scrise sau citite informațiile:

  Cilindru . Pe măsură ce discurile acoperite magnetic se rotesc, capetele se mișcă într-un cerc în raport cu platourile. Mai mult, toate sunt la o anumită distanță de centrul discului. Setul acestor traiectorii rotunde ale capetelor de pe toate suprafețele discurilor situate la aceeași distanță de centru se numește cilindru. Deoarece capetele magnetice sunt conectate rigid între ele, ele se mișcă sincron și sunt situate simultan în același cilindru. Pentru a instala capete pe un anumit cilindru, este necesar să puneți blocul de capete în mișcare, ceea ce necesită un timp de ordinul a 1,20 milisecunde.

  Cap . Suprafețele multiple oferă oportunitate suplimentară alegere. Nu este nevoie de timp pentru trecerea de la un cap la altul, deoarece comutarea se realizează fără implicarea componentelor mecanice.

  Sector . Un bloc de informații este o bucată de date relativ mică care corespunde geografic unui mic arc de cerc. Când sunt privite din centru, astfel de arce sunt plasate într-un sector unghiular. Strict vorbind, acest lucru nu este cazul discurilor moderne, deoarece circumferințele cresc odată cu creșterea razei, iar dimensiunea unui bit este aceeași peste tot. Astfel, mai mulți biți se potrivesc pe piste lungi și, prin urmare, mai multe blocuri de date. Pentru a selecta un sector pe o pistă, nu trebuie să mutați capetele, ci trebuie să așteptați ca plăcile să se întoarcă, astfel încât marcajul de adresă al sectorului să ajungă la capetele de citire/scriere. La o viteză de rotație a discului de aproximativ 5,7 mii de rotații pe minut, timpul de așteptare a sectorului este de aproximativ 8-10 milisecunde. Acest timp este chiar mai mare decât timpul de mișcare a capetelor, totuși, după ce au fost mutate, marca sectorului mai trebuie căutată, așa că schimbarea cilindrului este cea mai lungă operațiune la căutarea informațiilor.

Primele hard disk-uri aveau un număr relativ mic de cilindri, capete și sectoare și, în plus, nu aveau un controler atât de inteligent ca cel de astăzi. Prin urmare, blocurile au fost adresate indicând trei numere, numărul cilindrului, capului și sectorului, iar aceste numere corespundeau organizării fizice a datelor. Cu timpul, acest lucru nu a mai fost cazul. Pediferiți cilindri situat număr diferit de sectoare. Controllerele discurilor moderne determină înșiși o anumită geometrie a discului virtual, care este raportată computerului. Prin urmare, valoarea unei astfel de specificații de adrese cu trei coordonate se pierde, iar această metodă dispare treptat, lăsând doar probleme de compatibilitate.

Destul de des puteți auzi termenul bloc și termen sector . Ambele indică o bucată de date de 512 octeți în cazul unui hard disk. Cu toate acestea, în timp ce cuvântul „bloc” reflectă structura logică a datelor de pe disc, cuvântul „sector” reflectă doar o parte din structura fizică a discurilor, care în timp ne este din ce în ce mai ascunsă în măruntaiele discurilor. controler integrat. De aici rezultă că este mai corect să folosim cuvântul bloc .

1.2.2. Blocuri logice

Toate hard disk-urile moderne au trecut la un aspect nou, mai ușor de utilizat.adresare – liniară. Fiecare bloc este caracterizat de un singur număr, propriul său număr. standard modern ATA-5 alocă 28 de biți pentru stocarea numerelor de disc, care vă permite să adresați 268435456 blocuri sau aproximativ 137,4 gigaocteți.

Interpretarea numărului este ascunsă în controlerul de hard disk încorporat. În ciuda acestui fapt, există o regulă general acceptată de producătorii de hard disk, conform căreia numărul blocului logic este tradus în numere de cilindru, cap și sector:

<блок> = (<цилиндр>* NUMBER_HEADS +<головка>) * NUM_SECTORS +<сектор> - 1

NUMBER_HEADS Numărul de capete de hard disk returnate de BIOS

NUM_SECTORS Numărul de sectoare de hard disk returnate de BIOS

<сектор> Număr de sector, din intervalul [ 1 . NUM_SECTORS ]

<головка> Numărul capului, din intervalul [ 0 . NUM_HEADS-1 ]

<цилиндр> Numărul cilindrului, din intervalul [ 0 . NUM_CYLINDERS-1 ]

Secvența de schimbare a coordonatelorplasarea informațiilor cu adresare liniară: atunci când numărul blocului este crescut, numărul sectorului se modifică mai întâi, apoi numărul capului, apoi numărul cilindrului. Rezultă că cilindrii sunt cele mai mari zone ale blocurilor de date învecinate. Din acest motiv, cilindrii sunt granițele pe care partițiile sunt aliniate atunci când sunt create de majoritatea instrumentelor standard (fdisk).

Deși adresarea liniară este mai avansată, a condusla probleme de compatibilitate.care se întâmplă de câțiva ani. Practic, aceste probleme se referă la utilizarea de noi hard disk-uri cu plăci de bază vechi, precum și diverse instalatii BIOS, care va fi discutat mai jos.

1.2.3. Caracteristici BIOS pentru lucrul cu hard disk-uri

Sistemul de intrare și ieșire de bază (BIOS) oferă programe cu capacitatea de a comunica cu hard disk-urile. Există o întrerupere software specială pentru aceasta, INT 13h.

Principalul avantaj al BIOS-ului este că programele sunt prevăzute cu o interfață standard pentru interacțiunea cu hard disk-uri de orice tip. Pe vremea când primul versiuni de BIOS, hard disk-urile nu erau încă la fel de bine standardizate ca în prezent, așa că implementarea funcțiilor I/O trebuia să fie diferită. Încărcarea sistemelor de operare (OS) are loc cu participarea directă a BIOS-ului în etapa inițială și, din acest motiv, încărcarea oricărui sistem de operare începe în mod standard. Acest lucru afectează și rolul pozitiv al BIOS-ului.

Principalele dezavantaje ale BIOS-ului în ceea ce privește lucrul cu discuri sunt că aceste caracteristici:

1. Prea lent. BIOS-ul majorității computerelor petrece mult timp făcând acțiuni repetate. În plus, ele nu efectuează întotdeauna diagnostice avansate ale hard disk-urilor, drept urmare lucrul cu hard disk-urile nu se realizează în cele mai optime moduri din punct de vedere al performanței. Deci, cu viteze moderne de citire de scriere de ordinul a 10 sau mai mulți megaocteți pe secundă, viteza de citire prin BIOS este de numai 2-2,5 Mb / s.

2. Strict consistent. Un disc poate fi accesat de BIOS numai după ce accesul la celălalt este complet, chiar dacă dispozitivele în sine pot funcționa independent, reducând astfel eficiența sistemului.

3. Au doar adrese de memorie pe 20 de biți. Caracteristicile BIOS-ului au fost concepute inițial pentru procesoare Intel 8086, care ar putea adresa doar 1 megaoctet de memorie. Astfel, BIOS-ul nu poate realiza pe deplin capacitățile unui computer modern.

4. Au restricții privind adresarea blocurilor de disc, ceea ce duce la probleme cu încărcarea sistemului de operare situat dincolo de limita de 8 GB. Versiunile moderne de BIOS au o extensie care ajută la rezolvarea acestei probleme pentru sistemele de operare moderne. Cu toate acestea, această extensie nu este compatibilă cu funcțiile BIOS mai vechi, astfel încât sistemele de operare mai vechi, cum ar fi DOS, care utilizează interfețe BIOS mai vechi, nu au și nu vor putea depăși 8 GB.

Depășirea acestor deficiențe în sistemele de operare moderne se realizează folosind propriile drivere pentru lucrul cu hard disk-urile. Cu toate acestea, în etapa inițială, când nucleul sistemului de operare nu este încă încărcat în memorie și nu are drivere pentru lucrul cu discuri, BIOS-ul oferă singura modalitate unificată de a porni sistemul.

Funcțiile BIOS oferă acces la discuri prin atribuirea de numere unice. Pentru numărul de disc, este alocat 1 octet, care conține un număr în intervalul 80-FFh (numerele 00h-7Fh corespund dischetelor). În cadrul setărilor sale, BIOS-ul numește unitățile cu literele C, D, E., care corespund numerelor 80h, 81h, 82h, . Aceste litere corespund unităților fizice și nu trebuie confundate cu literele unităților logice văzute din sistemele de operare.

1.2.4. Probleme de BIOS cu unități mari

Funcțiile standard ale BIOS-ului se ocupă de disc doar în termeni de cilindru, cap și sector. Toți parametrii pentru funcțiile de citire și scriere sunt trecuți în registrele procesorului și

-10 biți pe număr de cilindru (1024 cilindri).

-Există 8 biți per număr de cap (256 de capete).

- 6 biți pe număr de sector (63 de sectoare).

Primul standard ATA pentru controlere de hard disk încorporate definit

următoarele intervale de parametri de hard disk:

-16 biți pe număr de cilindru (65536 cilindri).

-Există 4 biți pe număr de cap (16 capete).

- 6 biți pe număr de sector (64 de sectoare).

Ca urmare a aplicării combinate a acestor cerințe, capacitatea discului adresată de BIOS este limitată la 504 MB. Odată cu apariția discurilor mai mari, au apărut probleme cu utilizarea spațiului pe disc. Pentru a rezolva aceste probleme, în BIOS au fost implementate diferite moduri. emisiuni adrese de disc.

Mod normal . Acesta este de fapt modul în care doar 504 MB sunt vizibili. În acest mod, toate valorile numărului cilindrului, ale capului și ale sectorului sunt transferate neschimbate controlerului de hard disk. Acest mod nu poate fi utilizat cu discuri mai noi, din cauza faptului că majoritatea informațiilor nu sunt disponibile.

Modul MARE . Acest mod este un mod NORMAL avansat. BIOS-ul convertește capetele și cilindrii, schimbând astfel geometria logică a discului. Deoarece numărul de capete disponibile pentru BIOS depășește numărul maxim posibil de capete ale discului în sine de 16 ori, BIOS-ul reduce numărul de cilindri logici de 2,4,8 ori și, în același timp, crește numărul de capete logice. de acelasi numar de ori. Își amintește coeficientul de translație și cu fiecare acces pe disc, imediat înainte de formarea comenzii către controler, face transformarea inversă. Astfel, cu ajutorul transformării pot fi abordate mai multe blocuri ale discului.

Modul LBA . În acest mod, numărul blocului liniar este trimis controlerului. Datorită acestui fapt, BIOS-ul nu trebuie să își ajusteze geometria logică la o geometrie inițială a discului, pur și simplu nu există. Prin urmare, BIOS-ul setează pur și simplu numărul de capete la 255, care este valoarea maximă posibilă, care permite adresarea până la 8GB.

Moduri diferite, în general, sunt incompatibile între ele dacă software-ul este legat de numărul de sectoare pe pistă și de numărul de capete. Doar adresarea liniară rămâne universală. Din aceste motive, este puternic descurajat să schimbați modul disc în setările BIOS după ce discul a fost formatat. În caz contrar, pur și simplu s-ar putea să nu fie citit.

2.3. Diagrama structurală a unui hard disk

Pentru a utiliza un hard disk mai eficient, trebuie să înțelegeți structura sa internă, ale cărei aspecte cele mai utile sunt organizarea fizică a blocurilor funcționale ale discului și nivelurile de abstractizare în prezentarea datelor.

Dacă, la plasarea sistemelor de operare pe un disc, sunt luate în considerare caracteristicile structurii acestuia, atunci este posibil să se obțină o performanță mai mare a sistemului de fișiere și, ca urmare, a întregului sistem în ansamblu.

1.3.1. Diagrama structurală a unui dispozitiv fizic

Diagrama bloc a unui hard disk este prezentată în figura de mai jos. Procesorul central al sistemului comunică cu hard disk-ul prin interfețe standard pentru conectarea perifericelor de mare viteză. În hard disk-urile moderne, toate schemele de control pentru procesele de scriere și citire a informațiilor sunt concentrate în controlerul de hard disk încorporat. Procesorul îi trimite comenzi pentru a efectua operațiuni I/O, iar controlorul îl informează despre execuția acestora, emitând o întrerupere și returnând starea de finalizare a operațiunii.

Controler integratgestionează pe deplin mișcarea capetelor, parcarea acestora și procesele de scriere a informațiilor direct pe discuri magnetice. Cu toate acestea, discurile în sine au caracteristici dinamice destul de slabe, deoarece unitățile și axul sunt părți mecanice, adică foarte lente în comparație cu electronicele. Înainte de a începe procesul de scriere sau citire pe un platou magnetic, trece un timp de așteptare destul de lung până când capetele magnetice se află deasupra locului de înregistrare. Acest timp poate fi cu două până la trei ordine de mărime mai mare decât timpul de înregistrare în sine, astfel încât toate discurile moderne sunt echipate cu o memorie tampon specială.

Sarcini memorie tampon. Înalt debituluiși capacitate suficientă, este capabil să absoarbă instantaneu scrierile bruște și rare pe disc. Când poziționează capete pe o pistă nouă, controlerele moderne încep adesea să citească în prealabil întreaga pistă în memoria tampon, ceea ce vă permite să nu așteptați mecanica lentă în timpul citirilor ulterioare, deoarece mai multe blocuri de disc adiacente sunt de obicei citite. În plus față de cele de mai sus, această memorie poate servi ca cache de disc obișnuită, care este alocată din cantitatea de RAM pentru a accelera accesul la disc atunci când aceleași fișiere sunt accesate de mai multe ori.

Orez. 1 Diagrama bloc pentru hard disk

Principalul factor care reduce serios performanța unui hard disk este poziționarea capetelor. Acest proces este cel mai puțin intensiv CPU.

Sarcina procesorului în timpul citirii în flux fără poziționare este mai mare decât cu poziționare. Schimbul de informații slăbește din cauza poziționării cu două sau trei ordine de mărime. Cu toate acestea, în ciuda descărcarii procesorului, în majoritatea aplicațiilor acest lucru duce doar la așteptarea suplimentară a datelor. Prin urmare, este logic să depunem eforturi pentru o astfel de organizare a informațiilor pe hard disk, astfel încât poziționarea să fie necesară cât mai puțin posibil.

Urmele unui disc magnetic au lungimi diferite, în timp ce dimensiunea unui bit de informație de pe un disc magnetic are o lungime constantă. Viteza liniară de rotație a plăcilor magnetice diferă, de asemenea, pe diferite piste. Astfel, pe pistele inițiale, situate mai departe de centrul de rotație al discului, pot fi amplasate mai multe blocuri decât pe cele de capăt și, în același timp, viteza de citire a acestor blocuri va fi cea mai mare.

Din același motiv, poziționarea este mai rar necesară pe pistele inițiale. Ca urmare, performanța medie a discului atunci când lucrați cu zona sa inițială va fi mai mare decât cu restul, deci este mai profitabil să plasați cele mai exigente date pe aceste piste, de exemplu, o partiție de schimb, o partiție cu sistemul de operare numit frecvent programe etc.

1.3.2. Ierarhia nivelurilor de abstractizare a reprezentării informaţiei

Pe măsură ce sistemele de operare și mediile de stocare au evoluat, sistem stratificat organizarea datelor utilizatorului. Acest lucru se datorează introducerii standardelor deschise pentru controlerele de hard disk și a protocoalelor acestora pentru interacțiunea cu un computer, complicației structurii datelor în sine, apariției unei tehnologii RAID la prețuri accesibile și altor motive. Această secțiune oferă informații despre diferitele niveluri de abstractizare.

Schema de nivel este prezentată în Figura 2 de mai jos.

Nivelul 1 este crudă spatiu pe disc, care conține un număr în exces de blocuri de date și permite prezența celor proaste. Acestea sunt blocuri plasate direct pe medii magnetice. La acest nivel, au doar propriile mărci de adresă, dar numerotarea lor continuă nu este încă posibilă din cauza faptului că unele dintre blocuri pot fi defecte. Lucrarea la acest nivel este complet ascunsă în controlerul de hard disk și nu este disponibilă utilizatorului.

Nivelul 2 reprezintă spațiul adresabil al blocurilor de date. La acest nivel, capacitatea discului corespunde cu capacitatea media declarată în fișa tehnică a dispozitivului. Spațiul de adrese ale blocurilor nu mai conține blocuri proaste, așa că blocurile au numere de linie unice. Aceste numere sunt atribuite controlerului de hard disk pentru operațiuni de citire/scriere. De obicei, capacitatea adresabilă a unui disc este de 70-90% din capacitatea sa brută, calculată din suprafața platoului și densitatea de stocare a informațiilor.

Nivelul 3 reprezintă spațiul de adrese al unui hard disk împărțit în partiții care nu se suprapun. Partițiile sunt exact ca un întreg disc, deoarece sunt alcătuite din blocuri învecinate. Datorită acestei organizări, pentru a descrie o secțiune, este suficient să indicați începutul secțiunii și lungimea acesteia în blocuri.

Partiționarea unui disc în secțiuni se realizează în mod programatic și este descrisă folosind tabelul de partiții situat în primul bloc al hard disk-ului. Secțiuni pe nivelul dat sunt partiții reale, fizice, adresele lor sunt adrese de pe dispozitivul fizic.

Nivelul 4 conține partiții virtuale. Partițiile virtuale generalizează ideea unei partiții de spațiu de adrese contigue, dar pot fi construite din mai multe partiții fizice pe unul sau mai multe discuri fizice. În sistemul de operare, astfel de partiții sunt ușor de implementat folosind un nivel de filtrare simplu, care, folosind adresa blocului logic din partiția virtuală, calculează numărul blocului și numărul discului care este efectiv accesat. În sistemele desktop simple, acest nivel este pur și simplu absent (adică toate partițiile virtuale sunt întotdeauna identice cu partițiile fizice de nivelul 3), dar în sistemele care utilizează tehnologia RAID, partițiile virtuale permit mijloace relativ ieftine pentru a depăși limitările dispozitivelor individuale în ceea ce privește a vitezei de acces și a fiabilității stocării informațiilor.

Nivelul 5 conține sisteme de fișiere aranjate în partiții. În aproape toate cazurile, o partiție conține exact un sistem de fișiere. Singurele excepții sunt, poate, partiția de swap, care nu are deloc un sistem de fișiere și partiția extinsă, care poate conține mai multe sisteme de fișiere. Primele două niveluri. hardware, acestea nu sunt disponibile pentru modificare de către utilizator. Restul nivelurilor sunt personalizabile programatic.

Orez. .2 Organizarea pe niveluri a hard disk-urilor

1.4. Formatarea hard disk-urilor

Pentru a organiza stocarea informațiilor, există mai multe niveluri de abstractizare - aspectul discului (formatarea). Distingeți între formatarea fizică și cea logică.

1.4.1. Formatare fizică (nivel scăzut)

Formatarea fizică are loc la primele două niveluri ale ierarhiei discului, descrise în Secțiunea 2.3.2, și constă în crearea de mărci de adrese de sector pe disc, plasarea sumelor de control și a umplerilor speciale de sincronizare între sectoare, astfel încât controlerul însuși să poată înțelege fluxul de biți care vine. de pe disc. De obicei, utilizatorii nu trebuie să se ocupe de formatarea la nivel scăzut, deoarece această sarcină este gestionată de producători. Necesitatea formatării la nivel scăzut nu ar trebui să apară deloc dacă discul este utilizat corect. Cu toate acestea, din cauza posibilului dezechilibru al capetelor, informațiile se pierd, iar apoi formatarea la nivel scăzut poate restabili capacitatea discului.

Capacitatea discurilor moderne și, în consecință, densitatea de înregistrare, este atât de mare încât este foarte dificil să găsești un platou magnetic ideal care să nu aibă defecte. Dar chiar dacă s-a găsit o astfel de placă, pot apărea defecte în timpul funcționării acesteia. Este mult mai usor sa faci o placa de capacitate mai mare decat sa faci o placa fara defecte. Din acest motiv, discurile moderne au tabele de redirecționare a blocurilor încorporate și o listă specială de blocuri de rezervă. Blocurile de rezervă sunt formatate la fel ca și blocurile obișnuite, dar nu au o adresă explicită pentru utilizatorul final al computerului. Dacă controlerul integrat în disc detectează o eroare în timpul scrierii unui anumit bloc, atunci îl redirecționează către o nouă locație selectată din lista de rezervă. În acest caz, unitatea de rezervă primește numărul unității care a eșuat.

Suport controlere moderne de hard disk Tehnologie SMART , a cărui esență este următoarea. Controlerul ține evidența numărului de blocuri redirecționate și a numărului de rotații ale discului făcute de când a fost pornit. Deoarece discul se rotește cu o viteză constantă, numărul de rotații este o unitate de timp a discului (discul nu are un ceas încorporat). Pe baza acestor date, puteți estima rata de epuizare a rezervei și puteți face predicții despre momentul defecțiunii discului. Astfel, unitatea vă permite să controlați în mod inteligent timpul dintre defecțiuni. Sistemul de operare poate monitoriza dinamica modificărilor parametrilor hard diskului și poate avertiza utilizatorul în prealabil cu privire la defecțiunea discului, când informațiile pot fi încă salvate.

În timp ce utilizarea blocurilor de rezervă îmbunătățește performanța discului, rețineți că blocul de rezervă va fi activat numai atunci când controlerul indică blocul defect. În acest caz, în cazul scrierii, nu va exista pierdere de informații, dar în cazul citirii, informațiile lipsă nu pot fi restaurate din blocul de rezervă. Acest lucru va duce la potențiale erori pentru mai multe nivel inalt, va da corupție fișierelor și, probabil, blocări software.

1.4.2. Formatare booleană

La un nivel superior, unitatea trebuie să fie formatată logic. Formatarea logică are loc la nivelul 5 al ierarhiei și constă în crearea unui sistem de fișiere, realizându-se astfel o organizare superioară a informațiilor. Fișierele au nume simbolice, permițând programelor și utilizatorilor să structureze informațiile, să caute informații mai rapid și să controleze securitatea accesului la informații.

Formatarea este denumită în mod obișnuit o operație efectuată de utilitarul de format pe DOS sau Windows sau un utilitar precum dinit pe UNIX. Aceste utilitare verifică blocurile de disc pentru funcționalitate și, pe baza acestor date, creează o hartă a blocurilor de partiții libere potrivite pentru stocarea informațiilor. În plus, creează un director rădăcină și un așa-numit superbloc, care conține toate informațiile necesare pentru a lucra cu sistemul de fișiere. Superblocul este de obicei situat fie în primul bloc al partiției (împreună cu încărcătorul OS), fie într-un alt bloc, a cărui poziție este fixă ​​față de începutul partiției. Când sistemul de operare pornește, driverul sistemului de fișiere citește superblocul în memorie. Pe baza informațiilor preluate din acesta, calculează locația discului directorului rădăcină și toate datele utilizatorului. Accesele ulterioare la disc sunt realizate de programe prin subsistemul de fișiere OS.

În timpul formatării, unei partiții i se poate atribui un nume simbolic - o etichetă de volum. Acesta servește la identificarea mai ușor a unei unități logice între sistemul de fișiere, printre alte unități logice.

Formatarea logică este aplicată partiției de disc. Sistemul de fișiere creat pe o partiție este de obicei identificat cu partiția în sine. Cu toate acestea, acest lucru nu este chiar adevărat. Faptul este că informațiile despre locația partiției de pe disc sunt stocate în superbloc, indiferent de tabelul de partiții situat în MBR. Când un superbloc este creat în timpul procesului de formatare, informațiile din tabelul de partiții despre poziția și lungimea partiției formatate sunt transferate în superbloc. Acest lucru se datorează faptului că sistemul de operare preia toate datele pentru lucrul cu partiția din superbloc și nu din tabelul de partiții. Prin urmare, atunci când se schimbă parametrii partiției din tabel, sistemul de fișiere nu va simți această schimbare. Astfel, conținutul tabelului de partiții poate să nu corespundă sistemului de fișiere, dacă te gândești la el ca la un sistem de pointeri pentru căutare. fișierele dorite sau un loc nou pentru a le înregistra altele noi.

1.5. Secțiuni

Pentru a organiza sistemele de operare, spațiul de adrese de disc al blocurilor este împărțit în părți numite partiții. Partițiile sunt exact ca un întreg disc, deoarece sunt alcătuite din blocuri învecinate. Datorită acestei organizări, pentru a descrie o secțiune, este suficient să indicați începutul secțiunii și lungimea acesteia în blocuri. Nivelul partițiilor fizice (nivelul 3 în ierarhie) a apărut în cursul dezvoltării istorice. Primele hard disk-uri nu aveau partiții.

Hard disk-urile erau identice cu dischetele prin faptul că conțineau un singur sistem de fișiere. În acele zile, acesta, de fapt, singurul sistem de fișiere pentru computere era FAT12. A fost proiectat pentru doar 4096 de clustere și a fost capabil să acopere de la 2 la 32 MB de spațiu de adresă pe disc, ceea ce a dus în curând la probleme deoarece hard disk-urile au fost îmbunătățite constant. Cea mai simplă cale de ieșire în situația actuală a fost inventarea discurilor pseudo-fizice. secțiuni. Fiecare partiție poate conține un sistem de fișiere FAT12. Totuși, aceasta a necesitat specificarea pentru fiecare partiție a poziției sale pe disc și traducerea adreselor logice ale blocurilor din cadrul partiției în adrese absolute de bloc. Putem judeca timpul acestei tranziții după complicația structurii superblocului de sisteme de fișiere FAT. Acest lucru s-a întâmplat undeva de la DOS 2.13, care pare să corespundă sfârșitului verii lui 1983.

Tabel de partiții.Apariția pereților despărțitori a dus la inventarea mesei despărțitoare. Tabelul de partiții descrie până la patru partiții de pe un disc. Am plasat acest tabel chiar în primul bloc al discului, deoarece aceasta a fost singura modalitate de a-l face ușor accesibil în timpul procesului de pornire. După această complicație a structurii, primul bloc al discului a fost numit Master Boot Record ( MBR - Master Boot Record).

Restricționarea tabelului de partiții la doar patru partiții s-a dovedit incomod de-a lungul timpului. Din acest motiv, a apărut împărțirea secțiunilor în primare și extinse. Astăzi, împărțirea unui hard disk în partiții este o procedură standard și obligatorie. Nu este posibil să utilizați discuri fără partiționare. Necesitatea de a partiționa un disc în mai multe partiții se datorează următoarelor motive:

- Instalarea a mai mult de un sistem de operare pe un hard disk;

-Îmbunătățirea eficienței utilizării spațiului pe disc;

-Gestionați vizibilitatea fișierelor pentru diferiți utilizatori. (Protecție împotriva utilizatorilor terți, a virușilor și a defecțiunilor programelor);

-Izolați diferite tipuri de date pentru arhivare și recuperare mai ușoară și mai rapidă.

Partițiile sunt create de programul fdisk, al cărui nume este standard pentru aproape toate sistemele de operare. De exemplu, utilități precum Partition Magic și SyMon conțin propriile facilități de partiționare și partiționare, cu mult peste capacitățile fdisk convenționale.

1.5.1. Secțiuni primare

Partițiile primare sunt numite astfel deoarece descriptorii lor rezidă direct în MBR. Partițiile primare descriu sisteme de fișiere, precum și partiții swap speciale și partiții extinse. Pornirea computerului poate avea loc numai din partițiile primare pentru toate sistemele Microsoft și pentru majoritatea sistemelor de operare de la alți producători.

1.5.2. Secțiuni suplimentare (extinse).

O partiție suplimentară este un tip special de partiție primară. Nu conține direct sistemul de fișiere. În schimb, stochează un tabel de partiții extins. O topologie aproximativă este prezentată în figură.

Orez. 3 Organizare internă sectiune extinsa

Primul bloc al unei partiții extinse stochează un tabel de partiții similar cu tabelul de partiții MBR (formatul acestuia este exact același ca în MBR, vezi secțiunea 2.8.1). Prima intrare din acest tabel descrie o subsecțiune referitoare la poziția acestui tabel de partiții în sine, iar a doua nu descrie partiția, ci este o legătură absolută (față de începutul întregului disc) la următorul tabel de partiții extins. Majoritate programe de sistem cere ca:

-Fiecare masă despărțitoare a fost amplasată în primul bloc cilindric.

-Fiecare tabel de partiții extins conține doar un descriptor de partiție și o referință la următorul tabel de partiții extins.

-Fiecare tabel de partiții ulterioare extins a fost situat mai departe de începutul discului decât cel anterior.

-Secțiunea descrisă în tabelul de partiții extins a fost localizată imediat după aceasta, de obicei la începutul următoarei piese.

Astfel, o secțiune extinsă descrie un lanț de secțiuni care este în întregime conținut în ea. Totuși, acest lanț fără prima partiție poate fi tratat ca o partiție extinsă cu mai puține subsecțiuni și nu sunt necesare modificări la tabelele de partiții extinse imediat înainte de subsecțiunile rămase.

1.5.3. Subsecțiunile secțiunii suplimentare

Subsecțiunile secțiunii suplimentare sunt complet similare cu secțiunile primare. Ele pot conține sisteme de fișiere și pot fi utilizate pentru schimb. Nu pot fi aliniate complet la limita cilindrului, deoarece au în față o masă despărțitoare extinsă, sub care este rezervată întreaga cale. Prin urmare, ele încep în primul sector al primei piese a discului.

Există confuzie între subsecțiunile unei partiții extinse și unitățile logice. Confuzia vine de la utilitarul fdisk. Acest utilitar creează subpartiții într-o partiție extinsă și le numește unități logice. Cu toate acestea, o unitate logică este o partiție formatată care conține sistemul de fișiere FAT, NTFS sau HPFS, adică ușor de înțeles pentru sistemul de operare. Dar nu fiecare subsecțiune trebuie să conțină doar un astfel de sistem.

1.5.4. Redimensionarea partițiilor.

Dimensiunea partiției este stocată la nivel fizic în două locuri:

-în tabelul de partiții, primar (MBR) sau orice extins.

-în superblocul sistemului de fișiere.

Astfel, principala dificultate în redimensionarea unei partiții este sincronizarea acestor modificări. Redimensionarea într-un singur loc nu este suficientă. Sistemul de fișiere nu se adaptează niciodată la dimensiunea partiției după ce discul a fost formatat logic. Fișierele sunt întotdeauna localizate pe spațiul disc, a cărui lungime este definită în superblocul sistemului de fișiere. Prin urmare, dacă egalitatea valorilor lungimii partiției din superbloc și tabelul de partiții este încălcată, există pericolul ca diferite sisteme de fișiere să se intersecteze pe disc, iar acest lucru, mai devreme sau mai târziu, va duce la coruperea fișierelor.

Redimensionarea unei partiții formatate trebuie făcută folosind programe speciale. Aceste programe înțeleg sistemul de fișiere, diagnostichează dacă partea partiției care ar trebui să fie ștearsă conține fișiere, le transferă în altă locație, scurtează sau prelungește structurile de servicii precum FAT, MFT sau inode. Numai după ce structurile de control ale sistemului de fișiere au fost adaptate la noua valoare a dimensiunii sale, această nouă valoare poate fi pusă în superbloc și apoi în tabelul de partiții.

Schimbarea unei partiții neformatate este mult mai ușoară. Deoarece nu există un sistem de fișiere acolo, nu există superbloc și este suficient să schimbați valorile în tabelele de partiții.

1.6. Sisteme de fișiere

Din punctul de vedere al unui hard disk, un sistem de fișiere ar trebui să fie înțeles ca un sistem de partiție în blocuri de servicii și utilizatori pentru stocarea ordonată a informațiilor. Blocurile de servicii descriu starea blocurilor de utilizatori, care pot fi ocupate de fișiere sau gratuite. Sarcinile sistemului de fișiere includ:

-Gestionarea alocării de blocuri gratuite pentru fișierele noi

-Gestionați directoare și nume de fișiere și link-uri

-Căutați conținutul fișierelor după nume.

Diferite sisteme de fișiere implementează funcțiile de mai sus cu diferite grade de eficiență și sunt, de asemenea, suportate de diferite sisteme de fișiere. Cele mai comune sisteme de fișiere sunt enumerate mai jos.

1.6.1. FAT16

Acest sistem de fișiere este unul dintre cele mai vechi sisteme încă utilizate astăzi. Suportul său este implementat în majoritatea sistemelor de operare moderne: DOS, Windows 95/98/ME, Windows NT /2000/XP, OS /2, Linux, QNX, FreeBSD și altele.

Numele sistemului de fișiere provine de la numele elementului său de control principal. Tabelul de alocare a fișierelor. Unitatea de alocare a datelor este un cluster, . o colecție de mai multe blocuri de discuri învecinate. Dimensiunea clusterului poate fi de 1, 2, 4, 8, 16, 32 sau 64 de blocuri. Fișierele sunt lanțuri de clustere. Tabelul de alocare a fișierelor descrie lanțurile de clustere care aparțin fiecărui fișier. Fiecare cluster poate aparține cel mult unui fișier.

Numărul 16 din numele sistemului de fișiere indică numărul de cifre binare alocate pentru stocarea numărului clusterului în tabelul de alocare a fișierelor. FAT16 permite până la 65525 clustere pe un disc, a căror dimensiune poate fi de la 512 la 32768 octeți. Acest lucru vă permite să creați unități logice de până la 2 GB. Cu cât dimensiunea discului este mai mare, cu atât dimensiunea clusterului este mai mare.

În general, clusterele mari reduc eficiența spațiului pe disc. Acest lucru se datorează faptului că multe fișiere sunt scurte și o parte din spațiul din cluster este risipită. Pentru o mai mare fiabilitate, două copii ale FAT sunt stocate pe disc. Fiecare modificare a alocării fișierelor este reflectată în ambele tabele în același timp. O nepotrivire între aceste tabele este o eroare. Dacă există o nepotrivire, atunci nu există o modalitate dovedită de a determina care dintre tabele conține informații mai corecte. Prin urmare, prezența a două copii este justificată doar în situația în care una dintre copii pur și simplu nu este citită fizic de pe disc. Această situație este extrem de puțin probabilă pentru hard disk și este probabil doar pentru dischete. Într-adevăr, dezvoltarea sistemelor FAT a început cu sistemul FAT12, care este încă folosit pentru dischete. În cazul dischetelor, defecțiunea fizică a unui bloc aparținând unei singure copii a FAT nu are nimic de-a face cu eșecul unui bloc din a doua copie, deci deținerea a două copii este justificată. Orice eroare de software în timpul modificării FAT este de obicei reflectată sincron în ambele copii. În orice caz, atunci când citiți corect ambele copii ale FAT, există o problemă de alegere a copiei corecte.

Topologia sistemului de fișiere FAT16 este prezentată în Fig. 4.

Orez. 4 Topologie de partiție FAT16

Clusterele de utilizatori sunt situate imediat după directorul rădăcină, a cărui dimensiune este setată în timpul formatării și nu este modificată ulterior de sistemul de operare.

1.6.2. FAT32

Sistemul FAT32 este o evoluție a sistemului FAT. Numărul de biți care codifică numărul clusterului a fost crescut la 32. Ca rezultat, FAT32 este capabil să conțină de aproape 65.000 de ori mai multe clustere decât sistemul FAT16. Chiar și cu o dimensiune mică a clusterului, partițiile de până la 2TB pot fi formatate pentru acest sistem de fișiere. În plus, sistemul FAT32 are o copie de rezervă a înregistrării de pornire și permite locații arbitrare ale directorului rădăcină.

Sistemul FAT32 este disponibil pentru utilizare începând cu Windows 95 OEM Release 2 pe Windows 98, ME și Windows 2000, XP. MS-DOS, Windows 3.1, Windows NT 3.51/4.0, versiunile anterioare de Windows 95 nu pot folosi FAT32.

Orez. 5 Topologie de partiție FAT32

Spre deosebire de FAT16, în FAT32 directorul rădăcină este situat în clustere, ca și alte fișiere. Înregistrarea de pornire conține un link către primul său cluster.

1.6.3. NTFS

Sistemul de fișiere NTFS este mai complex decât sistemele FAT. Pentru a lucra cu acesta, este nevoie de mai multă RAM, astfel încât utilizarea sa începe să se justifice numai pe sisteme relativ productive și de înaltă fiabilitate. NTFS este utilizat în sistemele de operare Windows NT, Windows 2000 și Windows XP. Nu se recomandă formatarea partițiilor mai mici de 400 MB pentru NTFS, deoarece o parte semnificativă a spațiului este „dispărut” pentru structurile de date de serviciu.

În centrul NTFS se află o structură de date numită MFT (Master File Table). MFT este, de asemenea, un fișier de sistem care păstrează înregistrări ale altor fișiere. Fiecare intrare de fișier are o lungime fixă. Intrarea conține câteva informații fixe comune tuturor fișierelor, precum și atributele fișierului , care descriu numele fișierului, locația datelor acestuia, ora și data creării etc. Fiecare fișier este descris printr-un singur număr, care este un index în tabelul MFT.

La fel ca sistemele FAT, NTFS este alcătuit din clustere. Cu toate acestea, au fost aduse mai multe îmbunătățiri față de FAT. Clusterele pot avea orice dimensiune în sectoare care este un multiplu al unei puteri de 2, indiferent de dimensiunea partiției. Clusterele umplu întreaga partiție, adică clusterul numărul 0 începe imediat la începutul partiției. Astfel, după numărul clusterului și dimensiunea acestuia, poziția oricărui cluster de pe disc este calculată în mod unic.

sistem NTFS permite criptarea fișierelor, stocarea lor într-o formă comprimată, înregistrarea operațiunilor de fișiere, indexarea fișierelor în directoare după un atribut arbitrar și nu doar după nume. Găsirea unui fișier într-un director este o operațiune mai simplă decât sistemele FAT.

Orez. 6 Topologie de partiție NTFS

Dezavantajul NTFS este că MFT este o structură vitală a cărei corupție face fișierele complet irecuperabile, chiar dacă nu sunt fragmentate. O intrare de director se referă doar la o intrare MFT care conține poziția fișierului pe disc ca atribut. Sistemul FAT, deși mai primitiv, permite recuperarea unui fișier nefragmentat dintr-o intrare de director care indică direct primul cluster al fișierului și dimensiunea acestuia.

1.6.4. HPFS

Acest sistem de fișiere a fost dezvoltat de IBM și este o rudă îndepărtată a NTFS. Este folosit în principal în sistemul de operare OS/2, dar este acceptat și în versiunile anterioare de Windows NT.

HPFS are cea mai bună performanțăÎn comparație cu FAT, directoarele sunt prezentate ca un arbore, ceea ce vă permite să căutați rapid fișierele necesare în directoare mari, precum și să sortați fișierele după nume. Nu există clustere în acest sistem de fișiere; spațiul liber este alocat sector cu sector. Întreaga secțiune este împărțită în secțiuni cu o lungime de 8 MB, loc liberîn fiecare secțiune este descrisă printr-un bitmap. Acest lucru simplifică alocarea spațiului pentru fișiere, deoarece este suficient să mutați capul la cea mai apropiată bitmap și nu la începutul discului, ca în sistemul FAT.

1.6.5. ext2fs

Acest sistem de fișiere este utilizat ca sistem de fișiere principal pentru Linux.

1.7. Montarea sistemelor de fișiere

Fiecare fișier stocat pe disc are propriul nume. Cunoscând numele, utilizatorii pot lucra cu datele conținute în fișier, îndreptându-l către programe. Deoarece este obișnuit ca fișierele să fie ordonate sub forma unui arbore de directoare sau foldere, fiecare fișier are un nume complet care indică poziția sa de la rădăcina arborelui. Fiecare partiție de disc, formatată pentru un anumit sistem de fișiere, conține un director rădăcină și descrie o parte a viitorului sistem de fișiere disponibil utilizatorului. Pentru ca sistemul de operare să poată găsi fișierele utilizatorului, trebuie să specifice numele exact al fișierului.

Astfel, numele unui fișier este alcătuit din numele secțiunii sale și numele acestuia în cadrul acelei secțiuni. Acest lucru este valabil pentru orice sistem de fișiere. De exemplu, pe un sistem DOS, pentru a specifica locația exactă a fișierului autoexec.bat, specificați C:\autoexec.bat. În acest caz, numele C: indică secțiunea, iar numele \autoexec.bat . nume de fișier în interiorul acestuia.

Operația de atribuire a unui nume simbolic unei partiții care conține un sistem de fișiere se numește montare. Montarea are loc la pornirea sistemului de operare, cu această operație începe lucrul cu fișierele.

Montarea sistemelor de fișiere a apărut istoric pe sistemele Unix, unde sistemul de fișiere este foarte flexibil. Întregul sistem de fișiere are un singur director rădăcină, iar numele fișierelor nu sunt legate de anumite dispozitive fizice. Pe lângă operația de montare, există o operație de demontare asociată. Ambele operațiuni sunt disponibile utilizatorului în timpul lucrului și nu numai la pornirea sistemului de operare. Utilizatorul poate defini el însuși punctele de montare, astfel încât numele fișierelor să rămână neschimbate atunci când se modifică numărul de discuri fizice din sistem. Mai mult, chiar dacă în procesul de modificare a configurației computerului fișierele se dovedesc a fi inaccesibile sau au schimbat nume, utilizatorul poate oricând să demonteze o parte a sistemului de fișiere și să o monteze în locul corect din ierarhia fișierelor.

Sistemele de operare Microsoft nu au această flexibilitate. Numele fișierelor nu pornesc de la o rădăcină comună, ci de la numele unității pe care se află. Operația de montare este efectuată de sistem o dată la pornire, iar denumirile punctelor de montare, adică denumirile discurilor, sunt atribuite de sistem în mod dur, legat de configurația dispozitivelor hardware. Acest lucru creează un inconvenient semnificativ în lucrul cu fișiere, deoarece aproape orice adăugare sau eliminare de discuri fizice duce la o modificare a punctelor de montare ale discurilor rămase fără știrea utilizatorului.

Schimbarea numelor de unități întrerupe adesea căile către programe care nu se află pe unitatea C:.

În sisteme Microsoft Windows Unitățile NT/2000/XP montează discurile când pornește computerul, dar permit redenumirea discurilor, cu excepția discului de pornire. Acest lucru evită parțial problemele asociate cu schimbarea configurației, deși în practică este destul de incomod.

1.7.1. Ordinea denumirii conducerii

Când sistemele de operare Microsoft sunt încărcate, partițiile (atât subsecțiunile primare, cât și secundare) acționează ca purtători de discuri logice, astfel încât sistemul de operare le atribuie nume literale de dispozitive. Adăugarea de noi hard disk-uri în sistem sau eliminarea celor existente afectează ordinea în care literele sunt alocate diferitelor unități logice, ceea ce duce adesea la efecte nedorite.

Setările multor programe conțin căi complete către anumite fișiere, adică sunt legate de anumite unități logice. Dacă schimbați numele literelor de unitate, setările vor fi incorecte și nu veți putea lucra cu programe.

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

Aceste sisteme de operare atribuie nume de hard disk pe baza discurilor disponibile și a tipurilor de partiții de pe acestea. Regulile de atribuire a secțiunilor sunt următoarele:

1. Numele sunt atribuite tuturor partițiilor primare active recunoscute, în ordinea discurilor fizice.

2. Numele sunt atribuite tuturor unităților recunoscute situate în interiorul partițiilor extinse. Partițiile extinse sunt parcurse în ordinea discurilor fizice.

3. Numele sunt atribuite tuturor partițiilor primare rămase, în ordinea discurilor fizice.

Astfel, modificarea numărului de discuri fizice poate schimba literele alocate discurilor logice. Schimbarea literelor poate apărea și dacă o nouă partiție care conține un sistem de fișiere recunoscut de sistemul de operare este adăugată și ștearsă. Partițiile care conțin un sistem de fișiere nerecunoscut de sistemul de operare sunt sărite de acesta, astfel încât să nu aibă loc schimbarea literelor.

Windows NT/2000/XP

Inițial, în timpul procesului de instalare, aceste sisteme de operare se comportă similar cu versiunile DOS și Windows 9x, cu diferența că Partiții NTFS sunt de asemenea recunoscute pentru ei. Cu toate acestea, pe viitor, aceste sisteme permit reatribuirea numelor tuturor discurilor, cu excepția celui de pe care este pornit sistemul. Discurile sunt remapate folosind utilitarul Disk Administrator inclus în distribuția Windows NT/2000/XP. După atribuirea numelor de disc, acestea sunt atribuite partițiilor lor și nu mai depind de aspectul sau de eliminarea altor partiții.

1.8. Ordinea de pornire a sistemului de operare

Se încarcă sistemul de operare. proces în mai multe etape. Pornește în BIOS după testarea hardware-ului și determinarea listei de dispozitive care acceptă pornirea. Astfel de dispozitive pot fi diferite unități de disc, adaptoare de rețea, benzi și alte dispozitive. Dar, în primul rând, hard disk-urile sunt dispozitive de boot.

1. Selectați unitatea de pe care să porniți. Alegerea este făcută de utilizator în configurarea BIOS-ului în timpul selecției generale a dispozitivului de pe care să pornească. În acest caz, BIOS-ul realocă numerele de disc astfel încât disc de pornire se clasează pe primul loc între toate celelalte discuri.

2. Master Boot Record (MBR) este citită de pe unitatea selectată. Se verifică semnătura responsabilă pentru corectitudinea datelor citite. Controlul este transferat la bootloader-ul, care face parte din MBR. Din acest moment, controlul de pornire părăsește BIOS-ul și este determinat de programele aflate pe hard disk.

3. Bootloader de la MBR detectează partiția de pornire a sistemului de operare. În cazul unui bootloader MBR standard, partiția de boot devine o partiție din tabelul de partiții MBR, marcată cu un steag special ca partiție activă. În cazul SyMon, partiția de pornire este specificată de utilizator în setările sistemului de operare. Sectorul de boot al sistemului de operare este citit din primul bloc al partiției de boot. Semnătura acestui bloc este verificată și, dacă reușește, controlul este transferat la încărcătorul aflat în acesta.

4. Încărcătorul sistemului de operare încarcă nucleul sistemului de operare și transferă controlul către nucleu.

5. După ce nucleul este inițializat și driverele de hard disk sunt activate, începe procesul de montare și inițializare a sistemelor de fișiere.

DOS).

Aceste mai multe etape sunt efectuate la diferite niveluri, ceea ce se manifestă, în primul rând, prin probleme de compatibilitate. Pornirea BIOS restricționează inițial toate programele de încărcare la funcțiile BIOS standard.

Având în vedere că încărcătoarele primesc mai puțin de 512 de octeți pentru propriile funcții, cu greu vă puteți aștepta ca acestea să fie foarte flexibile. Principala dificultate este că încărcătorul nu are suficient spațiu pentru a implementa un mini-driver modern de sistem de fișiere care ar putea citi întregul fișier în memorie. Prin urmare, dezvoltatorii trebuie să facă un bootloader în două etape. Pe primul, bootloader-ul, situat în primul bloc al partiției OS, citește în memoria bootloader-ului secundar, care este mai mare ca dimensiune. Deja încărcătorul secundar încarcă nucleul din fișier.

1.8.1. Master Boot Record (MBR)

Înregistrarea de pornire principală este întotdeauna situată în blocul 0 al discului fizic și este în esență sectorul de pornire al hard diskului în ansamblu. MBR-ul este încărcat întotdeauna de BIOS la adresa de memorie 0x0000:0x7C00. BIOS-ul nu face distincție între înregistrările de pornire pe hard disk și floppy disk, în ciuda faptului că primele, spre deosebire de cele din urmă, conțin o tabelă de partiții. Excepția este, probabil, că, în unele moduri, geometria logică a discului (numărul de capete și sectoare) este ajustată în funcție de valorile tabelului de partiții MBR. Sarcina principală a BIOS-ului cu MBR este de a încărca și de a transfera controlul către codul de pornire.

Mai jos este structura MBR (a) și structura unei partiții din tabelul de partiții (b) al înregistrării de pornire.

Orez. 7 Format Master Boot Record (MBR).

1.8.2. Bloc de pornire a sistemului de operare (BR)

Structura blocului de boot al sistemului de operare, numită și înregistrarea de pornire(Boot Record), poate fi arbitrar. Practic, există două afirmații despre blocurile de pornire:

 La sfârșitul blocului de pornire, există o semnătură 0xAA55, care este exact aceeași cu semnătura MBR. Acest lucru se datorează originii lor înrudite. BIOS-ul practic nu face distincție între aceste blocuri în funcție de scop. Principiul său principal. descărcați, verificați semnătura și rulați.

 Blocul de pornire a sistemului de operare este întotdeauna situat în primul bloc al partiției de pornire a sistemului de operare. Punctul de intrare în programul de încărcare este întotdeauna la adresa 0 relativ la începutul blocului. Acest lucru oferă versatilitatea pornirii oricărui sistem de operare folosind încărcătorul standard MBR.

Blocul de pornire conține un program care caută și încarcă nucleul sistemului de operare. Cu toate acestea, deoarece 512 octeți nu sunt în mod clar suficienti pentru a încadra un program serios în ei, este nevoie de un încărcător intermediar care:

1. Suficient de mic pentru a fi descărcat cu ușurință cu un bootloader de numai 400-500 de octeți.

2. Suficient de mare pentru a conține rutinele de fișiere care caută și încarcă nucleul.

În funcție de complexitatea sistemului de fișiere, există două soluții la această problemă.

Primul este că bootloader-ul încearcă să citească imediat o parte din fișierul sistemului de operare. O face, de exemplu, sistem DOSși succesorii săi - Windows 95/98/ME. Încărcătorul lor găsește fișierul IO.SYS în directorul rădăcină și citește primele trei blocuri ale acestuia. Baza acestui lucru. simplitatea sistemelor FAT, care permite, prin primul cluster al fișierului specificat în director, să prindă începutul fișierului de pe disc. Cu toate acestea, fișierele de sistem trebuie să fie defragmentate și ascunse de programele normale pentru ca acest lucru să funcționeze.

A doua soluție este că încărcătorul conține în corpul său adresele absolute ale continuării sale și, în primul rând, citește continuarea sa în memorie. La fel, de exemplu, ntldr, LILO și altele. Această soluție este incomodă prin faptul că bootloader-ul nu se adresează prin sistemul de fișiere, ci direct, astfel încât manipularea fișierelor poate duce la eșec de pornire, așa că trebuie să fie făcut un fișier nerelocabil. Dar chiar dacă se observă acest lucru, mutarea întregii partiții într-o nouă locație va da din nou un lanț de blocuri greșit, iar încărcarea va deveni imposibilă. În astfel de situații, este întotdeauna recomandat să aveți o dischetă de pornire capabilă să restabilească încărcătorul OS de pe hard disk.

1.9. Concluzie

În această secțiune au fost luate în considerare conceptele de bază legate de organizarea informațiilor de pe hard disk. Orice sistem de operare se bazează pe principiile prezentate mai sus.

Instalarea sistemului de operare începe cu partiționarea discului. În plus, partițiile sunt formatate sub unul dintre sistemele de fișiere acceptate de sistemul de operare. După formatare, spațiul pe disc devine disponibil pentru stocarea fișierelor. Programul de instalare a sistemului de operare despachetează pachetele software în spațiul liber creat. După aceea, configurează programele și creează o înregistrare de pornire a partiției care asigură că nucleul este încărcat după alegerea acestui sistem de operare.

Partiționarea unui disc în partiții se face în mod programatic, folosind o structură de date numită tabel de partiții. Este situat chiar în primul bloc al hard diskului și este numit și Master Boot Record (MBR). MBR conține intrări pentru 4 partiții, care ar putea să nu fie suficiente pentru a instala mai multe sisteme de operare dacă numărul lor depășește numărul de partiții libere. Conținutul standard al MBR vă permite să porniți sisteme de operare de la una dintre cele 4 partiții descrise în tabelul de partiții. Pentru a porni mai mult OS, este necesar un software special care să ofere un meniu de pornire și să pornească sistemul de operare ales de utilizator.