Размещение информации на жестком диске

Размещение информации на дисках

Размещение информации на жестком диске

Дорожкидиска разбиты на секторы. В одномсекторе дорожки обычно размещается 512байт данных. Обмен данными между НМД иОП осуществляется последовательнокластерами, содержащими целое числосекторов.

Кластер– это минимальнаяединица размещения информации на диске,состоящая из двух или большего числасмежных секторов дорожки (кластерыназывают также единицами выделенияпамяти – allocation unit).

Поэтому, если необходиморазместить на диске маленький файл,например размером 20 байт, он все равнозаймет дисковое пространство размеромв кластер (минимум 2 × 512 = 1024 байт).

Количествосекторов в кластере должно быть равноцелой степени 2. Таблица FAT16 в 16 битахотображает значение максимальногономера кластера, количество кластеровна диске (или в разделе диска) не больше,чем 216= 65 525.

По причине выхода запределы 16-битной адресации внутрикластера его максимальный размер долженбыть меньше 64 Кбайт.

В FAT 16 размер кластера(и количество кластеров) можно определить,разделив объем памяти диска на 64 Кбайт(65525) и округлив результат до ближайшегобольшего числа, кратного степени двойки.

Так, для диска емкостью 1, 2 Гбайт размеркластера составит: 1258291, 2/65, 5 = 19, 2 Кбайт,после округления получим 32 Кбайт; длядисков емкостью 2 Гбайт размер кластерасоставит 64 Кбайт, а для 2, 5-гигабайтныхдисков – более 64 Кбайт, что недопустимо.Иными словами, FAT16 практически можетработать только с дисками емкостью неболее 2 Гбайт.

Поэтому была разработана более мощная32-разрядная файловая система FAT32. В этойсистеме количество секторов и количествокластеров могут быть одинаковыми и непревышать 232 единицы.

Хотя размер кластерас целью экономии дискового, пространстваможно было бы сделать равным одномусегменту, это не сделано по причинебольшого размера файла FAT – таблицыразмещения файлов (по имени этой таблицыназывают и всю файловую систему целиком),который для диска, например, емкостью10 Гбайт в этом случае будет иметь размер80 Мбайт (а таких файлов на диске должнобыть два, и один из них при наличиикэш-памяти для диска загружается в ОП!).Поэтому размеры кластеров в FAT32 принятыследующими (табл. 6. 3).

Таблица 6. 3. Размеры кластеров вFAT32

Емкость диска, ГбайтРазмер кластера, Кбайт
До 84
До 168
До 3215
Более 3232

ПРИМЕЧАНИЕ:На диске емкостью 20 Гбайт 10-байтовыйфайл будет занимать 16 Кбайт памяти(поскольку файл должен занимать целоечисло кластеров). Высвободить свободноепространство в кластерах для использованиядругими файлами позволяют программысжатия диска, в частности DriveSpace. Нонадежность работы файловой системы приэтом снижается.

Кластеры,выделяемые одному файлу, могут находитьсяв любом свободном месте дисковой памятии не обязательно являются смежными.Файлы, хранящиеся в разбросанных подиску кластерах, называютсяфрагментированными.

Адресация информации на диске

Используютсяследующие системы адресации информациина МД:

  • в системе BIOS – трехмерная: номер цилиндра (дорожки), магнитной головки (стороны диска), сектора;
  • в системе DOS – последовательная сквозная нумерация секторов, начиная от внешнего 0-го цилиндра (дорожки), головки 0, сектора 1.

Накаждом диске можно выделить две области:системнуюиданных. В системнойобласти диска (начинается с 0 дорожки,стороны 0, сектора 1) размещены три зоны,содержащие:

  • Главную загрузочную запись (MBR – main boot record), в которой описывается конфигурация диска: какой раздел (логический диск) является системным (из системного раздела возможна загрузка операционной системы), сколько разделов на этом диске, какого они объема.
  • Таблицу размещения файлов (FAT – file allocation table), содержащую код формата и полную карту принадлежности секторов файлам. FAT организована в виде списка кластеров (они нумеруются от 2 до N + 1, где N – полное число кластеров на диске), для каждого кластера в таблице указывается шестнадцатеричный код его признака: FFF1 – FFF7- кластер дефектный, 0002-FFFC – кластеры, используемые файлом (код соответствует номеру кластера, где продолжается текущий файл), FFF8 – FFFF – кластер содержит последнюю часть файла, 0000 – кластер свободен (все коды указаны для FAT16).
  • Для каждого файла в корневом каталоге (3-я зона системной области) указывается номер его начального кластера, а в этом начальном и следующих кластерах в FAT указываются, соответственно, следующие кластеры файла, и так до последнего, где указан код FFFF. Таблица размещения файлов крайне важна, ибо без нее последовательно читать файл на диске (особенно если кластеры файла записаны не подряд, а через промежутки, занятые другими файлами) становится невозможно. Поэтому для надежности FAT на диске дублируется. Когда файл на диске удаляется, все его кластеры маркируются как свободные, но сами данные файла не удаляются (затираются только после записи на их место других данных) – то есть удаленные файлы можно восстановить (команда UNDELETE DOS, утилита UNERASE в пакете NC).
  • Корневой каталог диска – список файлов и/или подкаталогов с их параметрами. Параметры файла, содержащиеся в корневом каталоге: имя, расширение, атрибут, размер в байтах, дата и время создания или последнего обновления, номер начального кластера. Структура записи параметров файла в корневом каталоге показана в табл. 6. 4.

Таблица 6. 4. Структура записипараметров файла

БайтыПараметрРазмер, байт
0-7Имя файла8
8-10Расширение3
11Атрибут1
12-20Свободно10
22-23Время2
24-25Дата2
26-27Начальный кластер2
28-31Размер4

В областиданных расположены подкаталоги и самиданные. На жестких дисках системнаяобласть создается на каждом логическомдиске.

Источник: https://studfile.net/preview/3619115/page:22/

Принципы размещения данных на HDD

Размещение информации на жестком диске
При обращении клиентов в наш сервисный центр по поводу восстановления данных у них часто возникают вопросы примерно такого содержания: “почему процесс восстановления такой длительный” или “чем определяется немалая стоимость работы”, если кратко – “почему долго и дорого”.

Попробуем ответить на эти вопросы. Для этого разберёмся в принципах размещения данных на HDD.

Почему клиенту кажется, что всё просто при работе с данными? Дело в том, что пользователь видит структуру данных через интерфейс операционной системы, и у него создаётся впечатление, что всё элементарно просто: щёлкнул мышкой по значку компьютера – увидел диски, щёлкнул по диску – увидел папки с файлами. Ещё щелчок и перед глазами содержимое выбранной папки. Вот что привык видеть пользователь:

Сначала компьютер,
  потом диски,   потом папки, потом файлы

Если папка та, что мы искали, то в ней лежит нужный файл. Вроде всё просто. Но это тогда, когда в системе всё в порядке, она “видит” диск, а сам диск исправен. Заметим, кстати, что не всегда, вот так, просто, можно было добраться до файла для пользователя! Не так давно (до наступления “эры Windows”) нужно было набрать полное имя файла, включая его расширение, да и мышки вовсе не было. Постепенно, идя навстречу непрофессиональному пользователю компьютера, появился так называемый Norton-коммандер для облегчения работы с файлами, параллельно мышка, а следом и всем знакомый Windows. Теперь, не будучи программистами, с компьютером легко общаются миллионы пользователей. Но это пока система исправна. И совсем не так обстоит дело в случае, когда система не может получить доступ к диску и данным, которые хранятся на нём. Именно в таких ситуациях и приходится обращаться к специалистам по восстановлению данных. С помощью специального оборудования и программного обеспечения опытный специалист сможет прочитать данные, доступ к которым невозможен с использованием компьютера с обычной операционной системой, например Windows. Насколько сложным и трудоёмким является процесс восстановления данных с накопителя, становится понятным после ознакомления с принципами размещения данных на HDD. На жёстком диске, конечно, нет никаких значков, папок, файлов и прочего. Там есть только записанные определённым образом логические нули и единицы – биты. Огромное, просто чудовищное, количество нулей и единиц! Только в одной дорожке на жёстком диске может содержаться 100 тыс. байтов. Вот из этого множества нулей и единиц специалист лаборатории восстановления данных и извлекает нужную вам информацию. Для этого у него есть специальное оборудование, программное обеспечение и опыт такой работы. Кратко суть работы накопителей на жестких дисках состоит в том, что данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с концентрических окружностей – дорожек, находящихся на вращающихся магнитных дисках. Нули и единицы на HDD – это по-разному намагниченные участки поверхности дисков, именуемых на жаргоне компьютерщиков блинами.

Чтобы найти нужный фрагмент данных, перемещается блок магнитных головок (БМГ), а считывание происходит в момент, когда именно нужный участок дорожки пробегает под магнитной головкой. Управляет всем этим процессом специальная электронная схема – контроллер.

Дорожки на диске разбивают на нумерованные отрезки, называемые секторами. Это сделано для того, чтобы уменьшить размер минимального блока для хранения информации. Для работы контроллера тоже нужна своя память, она располагается на том же диске в специально отведённых участках. Так называемая служебная зона занимает нулевую дорожку до 150 сектора. Для наглядности можно представить себе, что секторы – это страницы в книге. На каждой странице содержится не только текст, но и служебная информация, такая как номера дорожек, секторов и проч. Это необходимо, чтобы контроллер мог дать команду на перемещение БМГ в нужное место диска и считать данные, согласно «таблице размещения файлов» – FAT (англ. File Allocation Table). В настоящее время используется так называемая линейная адресация – LBA (англ. Logical Block Addressing), позволяющая работать с HDD большой ёмкости. Углубляться в тему дальше не будем, в повседневной работе на компьютере это никак не пригодится, просто хотелось показать, что в несколько щелчков после отказа системы или HDD файл не открыть, приходится серьёзно повозиться. К сожалению, иногда напрасно – если файл был реально утрачен, например, стёрт путём новой записи на его место, или имеется “запил” на поверхности диска. У твердотельных накопителей SSD на основе флеш-памяти принципы размещения файлов немного иные. Но также присутствует адресация, и в каждой ячейке памяти тоже записывается либо ноль, либо единица, только не намагничиванием а подачей электрического потенциала. И контроллер тоже есть, но он управляет не перемещением БМГ и вращением “блинов” – ничего подобного в SSD попросту нет. Здесь у контроллера другая задача – указать координаты ячеек памяти, с которых необходимо считать данные для конкретного файла. А после отказа SSD накопителя, при считывании данных с него возникают примерно те же проблемы, что и у жёстких дисков. Независимо от типа накопителя специалист лаборатории восстановления данных должен получить сначала доступ к служебной информации, и только после этого возможна работа по восстановлению пользовательских данных. Наша лаборатория восстановления данных оснащена современным оборудованием, позволяющим профессионально выполнять данные операции. Входящие в её состав программно-аппаратные комплексы PC-3000 для восстановления данных позволяют СЦ «Кватрон» успешно решать непростую задачу восстановления данных. Дополнительное преимущество нашего СЦ состоит в том, что мы являемся зарегистрированным пользователем комплекса PC-3000 и постоянно получаем все новейшие обновления программного обеспечения. Подробнее об особенностях устройства и восстановления данных с накопителей на жёстких дисках и твердотельных накопителей можно почитать в статьях специалистов Сервисного Центра «Кватрон» на страничке, посвящённой восстановлению данных.
Получить консультацию

  • Потеря и восстановление данных HDD – мифы и реальные возможности

Источник: https://kvatron.ru/articles/printsipy-razmeshcheniya-dannykh-na-hdd/

Размещение данных на жестком диске

Размещение информации на жестком диске

О том, что конфигурация диска задается через количество цилиндров, головок и секторов на дорожке, все знают с начала эпохи PC. Хотя еще несколько лет тому назад точное указание в программе SETUP всех этих параметров диска было обязательным, сейчас это не так.

Строго говоря, те параметры диска, которые вы видите в разделе SETUP Standard CMOS Setup, как правило, ничего общего не имеют с реальными параметрами диска, причем вы можете заметить, что эти параметры меняются в зависимости от вида трансляции геометрии диска – Normal, LBA и Large.

Normal – геометрия в соответствии с данной производителем в документации на диск и не позволяет DOS увидеть более чем 504 Mb (1 Mb – 1048576 байт). LBA – Logical Block Address – эта установка позволяет видеть DOS диски объемом до 4 Gb. Large используется такой операционной системой, как Unix.

Параметры, установленные в SETUP, преобразуются в реальные логикой управления жестким диском. Многие современные операционные системы работают с диском через LBA, минуя BIOS.

Существует несколько способов физического сохранения данных на жестком диске. Определить способ отображения данных на диске можно, только используя различные программы определения быстродействия диска (benchmark).

В программу Winbench 98/99 включен High-end тест жесткого диска, где оцениваются не достаточно отвлеченные в настоящее время 2 параметра – скорость передачи данных и время доступа, а проверяется, для каких задач и для каких наиболее популярных программ, активно работающих с диском, диск наиболее пригоден.

Рисунок 1.1 – Вертикальное отображение размещения данных на жестком диске

Обычные жесткие диски используют “вертикальное” отображение. Данные записываются сначала на одном цилиндре сверху вниз, затем головки переходят на другой цилиндр и т.д.

Рисунок 1.2 – Горизонтальное отображение размещения данных на жестком диске

При “горизонтальном” отображении сначала данные записываются последовательно от цилиндра к цилиндру на поверхности одного диска, затем также на поверхности следующего диска и т.д. Такой способ лучше подходит для записи непрерывного высокоскоростного потока данных, например, при записи “живого” видео.

Комбинированный способ отображения, использующий как “вертикальный” так и “горизонтальный” способ.

При тестировании таких дисков видно, что чем дальше от начальных цилиндров, тем хуже параметры диска. Это связано с тем, что на внешних дорожках размещается больше секторов и считывание/запись выполняется быстрее.

В справедливости этого легко убедиться, запустив Winbench 97/98/99, выбрав сначала диск C для теста диска, а затем последний логический диск (желателен диск объемом не менее 2.5 Gb). Разница в оценке быстродействия диска для модели WD AC32500 составила 15%.

Реально диск разделен на зоны, в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Эти зоны также называются “notches”.

Чем выше плотность записи на диск, тем выше будет скорость считывания с него. Именно поэтому при оценке параметров диска следует внимательно смотреть на внутреннюю скорость передачи данных. Внутренняя скорость передачи данных прямо пропорциональна плотности записи на диск и скорости вращения шпинделя.

Так как увеличивать скорость вращения диска достаточно сложно – увеличивается энергопотребление, шум, возникают проблемы с теплоотводом, то наиболее оптимальный путь повышения производительности – это увеличение плотности записи на диск.

Именно поэтому современный жесткий диск со скоростью вращения 5400 об/мин легко опережает по производительности диск с 7200 об/мин, выпущенный двумя годами ранее. Все производители жестких дисков в первую очередь и заняты проблемой повышения плотности записи.

При прочих равных условиях, из двух накопителей равной емкости быстрее будет работать накопитель с меньшим количеством дисков, т.е. с большей плотностью записи.

Все программы так называемого низкоуровнего форматирования на самом деле не выполняют физического форматирования жесткого диска, а только полностью уничтожают содержимое диска.

Различные операционные системы же своими программами форматирования создают лишь ЛОГИЧЕСКУЮ структуру диска. В настоящее время наиболее распространены 4 файловые системы – FAT (MS-DOS, Windows 3.

X, Windows 95/98), NTFS (Windows NT/2000), FAT32 (Windows 95/98) и HPFS (OS/2).

FAT16

DOS, DOS 7.0 из Windows95 использует FAT для сохранения данных как на жестких дисках, так и гибких. В качестве одного элемента адресации на диске используется кластер, объединяющий несколько секторов.

FAT исторически сама старая файловая система с 16-ти разрядной адресацией и максимально возможное количество кластеров на одном логическом диске не превышает 65536. Соответственно максимальный размер одного кластера 32 Kb, так как максимальный размер логического диска 2 Gb.

Поэтому один из главных недостатков FAT – большой размер кластера. Дело в том, что при кластере 32 Kb файл с информацией в 1 байт займет на диске 32 Kb. Теоретически можно заполнить логический диск в 2 Gb 65536 файлами по 1 байту, хотя физически диск будет практически пустой.

Поэтому при работе с DOS, Windows 95 или Windows NT под FAT рекомендуется разбивать диск на разделы, не превышающие 1 GBytes. Для разбиения/переразбиения диска можно воспользоваться известной программой Partition Magic.

FAT32

Попытка отказаться от ограничений классической FAT и видоизменить ее была тихо предпринята фирмой Microsoft в версии Windows 95 OEM service Release 2 (v.4.00.1111&DOS 7.1 – также 950b). В этом варианте Windows 95 FAT стала 32-х разрядной. Из 32 бит 4 были зарезервированы.

Таким образом, максимальный размер раздела в этом варианте становится 2 Tb (2048 Gb), а раздел в 8 Gb получает кластер размером всего 4 Kb. Кроме этого, корневая директория диска не имеет фиксированного размера, что снимает ограничения на количество файлов и директорий в корневом каталоге.

При этом приложения DOS не могут работать с файлами более 2 Gb, а 32-x разрядные приложения Windows могут работать с файлами до 4 Gb.

Все это было бы замечательно, если бы не некоторые но, существенные на момент появления FAT32:- кроме как DOS 7.1 и Windows 95 v.950b или Windows 98 (даже NT 4.

0!) эту прекрасную систему никто не видит;- любые дисковые утилиты, не написанные специально под FAT32, будут “творить чудеса” с ней;- попытка работы с FAT32 программами, которые ее не понимают, может привести к гибели данных на диске;- утилиты для работы со SCSI дисками также должны быть разработаны под FAT32;- производительность дисковой подсистемы по Winbench 97 чуть меньше с FAT32 по сравнению с FAT16.

Но те преимущества, которые дает FAT32, как правило, перевешивают недостатки. В команде format OSR2 есть недокументированный ключ z, с помощью которого можно создать логический диск с кластером от 1024 байт.

Синтаксис команды: размер кластера 512 format диск: /z:n, где n – множитель для 512 (собственно 512 байт и параметр n=1 запрещены), поэтому n может быть равен 2, 4, 6 и т.д. Желательно только понимать, что при кластере в 1 Kb на диске объемом 3000 Mb будет 3 миллиона кластеров и процесс, скажем, дефрагментации диска может занять часы…

Разумно уменьшить размер кластера на том логическом диске, который используется для хранения программ и оставить его 4 Kb (размер кластера по умолчанию для Windows 95 OSR2) на остальных. В Windows 98 появилась возможность конвертировать разделы FAT16 в FAT32. С появлением Windows NT 5.

0 (или Windows NT 2000, как ее теперь называют) FAT32 стала новым фактическим стандартом файловой системы для приложений, не требующих высокой степени защиты информации, а FAT16 уйдет с рынка за ненадобностью.

NTFS (NT File System)

После выхода Windows 2000 NTFS постепенно становится все более и более популярной. Основные отличия от FAT32 – неограниченный размер файлов (до 12 TBytes) и возможность управлять правами доступа к файлам и каталогам.

Page 3

Все знают, если у человека повышается температура выше 36.6 градусов, значит он заболел. То же можно сказать и о дисках. Если температура дисков повышается, значит, что-то не так. Результатом может служить потеря всех Ваших данных. А это влечет за собой нервные срывы, дополнительные затраты на попытки восстановить данные, на покупку нового диска и многое другое.Самое главное – оптимальная температура работы жесткого диска. Посмотрев на таблицу 2.1, сразу станет все понятно.Таблица 2.1 – Работа жесткого диска в зависимости от температуры

Температура, °СКоэффициент учащения отказовТемпературный коэффициент снижения времени наработки на отказСкорректированное время наработки на отказ
251,00001,00232 140
261,05070,95220 533
301,27630,78181 069
341,54250,65150 891
381,85520,54125 356
422,22080,45104 463
462,64650,3888 123
503,14010,3274 284
543,71030,2762 678
584,36640,2353 392
625,11860,2046 428
665,97790,1739 464
706,95620,1432 500

Cамые распространенные причины перегрева дисков

Я считаю, что их всего может быть две: неправильная вентиляция корпуса компьютера и неполадки жесткого диска. Со вторым бороться можно только ремонтом или заменой диска. С первым проще – достаточно приобрести нормальный корпус или создать самому хорошо вентилируемый корпус из того, что уже есть в наличии.

Если самому сделать сложно, то можно отдать специалистам. Но лучше всего сразу купить хорошо вентилируемый корпус. Основная особенность такого корпуса в том, что в нем создается воздушный поток, который входит через переднюю панель, и выходит через заднюю. Справляются с этим, обычно, два больших вентилятора, расположенных на панелях (фронтальной и задней).

Вентилятор на передней панели должен быть направлен на блок с установленными жесткими дисками, охлаждая их прямо на входе воздушного потока. При этом желательно, чтобы на передней панели перед вентилятором был установлен фильтр, который не даст пыли забить вентилятор. Периодически этот фильтр необходимо чистить.

Вентилятор на задней панели собирает весь нагретый воздух внутри корпуса и с силой выдувает его наружу.

Очень часто встречаю самые простые корпуса, в которых установлены мощные комплектующие и не организовано совершенно никакой вентиляции. Все охлаждения – это вентилятор процессора и видео карты. Никаких вентиляторов на стенках корпуса нет, только вентиляционные отверстия.

В таких корпусах воздух “застаивается”, гоняется по кругу и нагревается еще больше. В жаркую погоду в таких корпусах температура значительно повышается.

Если корпус стоит закрытый со всех сторон компьютерным столом (вентиляционные отверстия, единственное место, откуда может поступать свежий холодный воздух) закрыты, то это еще хуже.

 

Источник: https://studbooks.net/2039747/informatika/razmeschenie_dannyh_zhestkom_diske

Адресация информации на диске

Размещение информации на жестком диске

Таблица 6.4. Размеры кластеров в FAT32

Глава 6. Запоминающие устройства ПК

Размещение информации на дисках

Дорожки диска разбиты на секторы (рис. б.б). В одном секторе дорожки обычно размещается 512 байт данных. Обмен данными между НМД и ОП осуществля­ется последовательно кластерами.

Кластер — это минимальная единица разме­щения информации на диске, состоящая из двух или большего числа смежных секторов дорожки (кластеры называют также единицами выделения памяти — allocation unit).

Поэтому, если необходимо разместить на диске маленький файл, например размером 20 байт, он все равно займет дисковое пространство разме­ром в кластер (минимум 2 х 512 = 1024 байт).

Количество секторов в кластере всегда равно целой степени 2. Таблица FAT 16 в 16-ти битах должна быть способна отображать значение максимального номера кластера, то есть количество кластеров на диске (или в разделе диска) не боль­ше, чем 21й = 65 536. По причине выхода за пределы 16-битовой адресации внут­ри кластера его максимальный размер должен быть меньше 64 Кбайт, то есть

32 Кбайт. В FAT16 размер кластера (а косвенно и количество кластеров) можно определить, разделив объем памяти диска на 64 Кбайт (65 536) и округлив ре­зультат до ближайшего большего числа, кратного степени двойки.

Так, для диска емкостью 1,2 Гбайт размер кластера составит: 1 258 291,2/65,5 = 19,2 Кбайт, по­сле округления получим 32 Кбайт; для дисков объемом 2 Гбайт размер кластера будет равен 64 Кбайт, а для 2,5-гигабайтовых дисков — более 64 Кбайт, что недо­пустимо.

Иными словами, FAT 16 практически может работать только с дисками емкостью не более 2 Гбайт.

Поэтому была разработана более мощная 32-разрядная файловая система FAT32. В ней количество секторов и количество кластеров могут быть одинаковыми и ограничено значением 232.

Хотя размер кластера с целью экономии дискового пространства можно было бы приравнять размеру сектора, это не сделано по причине большого объема самой FAT — таблицы размещения файлов (напомню, что по имени этой таблицы называют и всю файловую систему целиком), которая для диска, например, емкостью 10 Гбайт будет иметь размер 80 Мбайт (а таких файлов на диске должно быть несколько, включая страховые копии). Одна из таблиц при наличии кэш-памяти для диска загружается в ОП. Поэтому размеры кластеров в FAT32 приняты в соответствии с табл. 6.4.

Емкость, ал ска, Гбайт Размер кластера, Кбайт
До 8
До 16
До 32
Более 32

ПРИМЕЧАНИЕ —————————————————————————————————-

На диске емкостью 20 Гбайт 10-байтовый файл будет занимать 16 Кбайт памяти (поскольку под него отводится целое число кластеров). Высвободить пространство в кластерах для использования другими файлами позволяют программы сжатия диска, в частности DriveSpace. Но надежность работы файловой системы при этом снижается.

Кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящие­ся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными.

Используются следующие системы адресации информации на МД:

□ в BIOS — трехмерная: номер цилиндра (дорожки), магнитной головки (сто­роны диска), сектора;

□ в DOS — последовательная сквозная нумерация секторов, начиная от внеш­него 0-го цилиндра (дорожки), головки 0, сектора 1.

Внешние запоминающие устройства

На каждом диске можно выделить 2 области: системную и данных. Системная область диска (начинается с 0 дорожки, стороны 0, сектора 1) состоит из 3 участков.

□ Главной загрузочной записи (MBR — Master Boot Record), самого первого сектора диска, в котором описывается конфигурация диска: какой раздел (логи­ческий диск) является системным (из системного раздела возможна загрузка операционной системы), сколько разделов на этом диске, какого они объема.

□ Таблицы размещения файлов (FAT — File Allocation Table), содержащей код формата и полную карту принадлежности секторов файлам.

FAT организова­на в виде списка кластеров (они нумеруются от 2 до N + 1, где N — полное число кластеров на диске), для каждого кластера в таблице указывается шест-надцатеричный код: FFF1-FFF7 — кластер дефектный, 0002-FFF0 — кластеры, используемые файлом (код соответствует номеру кластера, где продолжается текущий файл), FFF8-FFFF — кластер содержит последнюю часть файла, 0000 — кластер свободен (все коды указаны для FAT16).

Для каждого файла в корневом каталоге (3-я зона системной области) указы­вается номер его начального кластера, а в этом начальном и следующих кла­стерах в FAT указываются, соответственно, следующие кластеры файла, и так до последнего, где указан код FFFF.

Таблица размещения файлов крайне важна, так как без нее последовательно читать файл на диске (особенно если кластеры файла записаны не подряд, а через промежутки, занятые другими файлами) становится невозможно. Поэтому для надежности FAT на диске дублируется.

Когда файл на диске удаляется, все его кластеры маркируются как свободные, но сами данные файла не удаляются (затираются только после записи на их место других данных) — то есть удаленные файлы можно восста­новить (команда UNDELETE DOS, утилита UNERASE в пакете Norton Utilities).

□ Корневой каталог диска — список файлов и/или подкаталогов с их параметра­ ми. Параметры файла, содержащиеся в корневом каталоге: имя, расширение, атрибут, размер в байтах, дата и время создания или последнего обновления, номер начального кластера. Структура записи параметров файла в корневом

каталоге показана в табл. 6.5 (для FAT16).

Таблица 6.5.Структура записи параметров файла

Байты Параметр Ра
0-7 Имя файла
8-10 Расширение
Атрибуты
12-20 Свободно
22-23 Время
24-25 Дата
26-27 Начальный кластер
28-31 Размер

В области данных расположены подкаталоги и сами данные. На жестких дисках системная область создается на каждом логическом диске.

Глава 6. Запоминающие устройства-ПК

Источник: https://studopedia.ru/3_207190_adresatsiya-informatsii-na-diske.html

Организация размещения информации на дискетах и жестких дисках

Размещение информации на жестком диске

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

Поверхность диска никогда не используется для записи произвольным образом.

Данные всегда записываются в виде концентрических окружностей, называемых дорожками, состоящих из нескольких меньших отрезков – секторов.

Каждой дорожке и каждому сектору на каждой из сторон диска присваивается свой порядковый номер. Расположенные одна над другой несколько дорожек с одинаковыми номерами называются цилиндрами.

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

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

Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются.

Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя “на лету” подменяет дефектные участки поверхности, делая их абсолютно прозрачными для операционной системы

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

Служебная информация.

Служебную информацию можно разделить на несколько типов:

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

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

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

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

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

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

Области размещения информации на диске c FATxx:

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

2) MBR находится в том же секторе что и PT. Данные в MBR представляют собой код процессора, необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы.

В последних двух байтах MBR находится сигнатура 55AAh указывающая на то, что данные в MBR необходимо использовать для загрузки. Если эта сигнатура отсутствует, данные MBR не будут использованы.

PT и MBR расположены на самом первом секторе HDD.

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

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

5) ROOT – это корневой каталог диска. Содержит записи описывающие файлы (дескрипторы файлов) в корневом каталоге. Запись описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла, а также содержит указатель на первый кластер файла.

Каталоги представляют собой файлы, идентичные по структуре корневому каталогу.

Каталог, кроме записей описывающих файлы, содержит 2 записи, первая из которых содержит указатель на первый кластер самого каталога, вторая – на первый кластер родительского каталога.

Методы записи инфоpмации на магнитные диски:

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

2) Метод RLL (Run Length Limited – огpаниченная длина сеpии) использует более плотную упаковку данных пpи записи, повышая объем инфоpмации на доpожке пpимеpно на 50%.

Кодиpование пpоизводится таким обpазом, чтобы длина сеpии нулей не выходила за пpеделы заданных паpаметpов; обычно минимум pавен двум, а максимум – семи. Соответственно, метод часто обозначается как RLL (2,7).

На дорожку записывается до 27 секторов.

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

4) ZBR(Zoned Bit Recording – зоновая запись битов) – метод упаковки данных на дорожках диска. В отличие от перечисленных выше методов физической записи, ZBR является более высокоуровневым методом и используется в комбинации с одним из них.

Благодаря тому, что линейная скорость поверхности относительно головки на внешних цилиндрах выше, чем на внутренних, биты на внешних цилиндрах записываются с большей частотой (следовательно – плотностью), нежели внутри.

Обычно на поверхности организуется до десятка и более зон, внутри которых плотность записи одинакова.

При использовании ZBR геометрия диска становится неоднородной – внешние цилиндры содержат больше секторов, чем внутренние; поэтому на таких дисках используется так называемая условная, или логическая геометрия, когда адреса логических секторов преобразуются в физические внутренним контроллером диска при помощи специальных таблиц.

Источник: https://cyberpedia.su/11x2947.html

Структура жёсткого диска

Размещение информации на жестком диске

Пред.НачалоСлед.
Сведения о документе

Любой жёсткий диск можно представить как огромный «чистый лист», на который можно записывать данные и откуда потом их можно считать.

Чтобы ориентироваться на диске, всё его пространство разбивают на небольшие «клеточки» — сектора. Сектор — это минимальная единица хранения данных на диске, обычно его размер составляет 512 байт.

Все сектора на диске нумеруются: каждый из n секторов получает номер от 0 до n–1. Благодаря этому любая информация, записанная на диск, получает точный адрес — номера соответствующих секторов.

Так что диск ещё можно представить как очень длинную строчку (ленточку) из секторов. Можете посчитать, сколько секторов на вашем диске размером в N гигабайт.

Разделы

Представлять жёсткий диск как единый «лист» не всегда бывает удобно: иногда полезно «разрезать» его на несколько независимых листов, на каждом из которых можно писать и стирать что угодно, не опасаясь повредить написанное на других листах. Логичнее всего записывать раздельно данные большей и меньшей важности или просто относящиеся к разным вещам.

Конечно, над жёстким диском следует производить не физическое, а логическое разрезание, для этого вводится понятие раздел (partition).

Вся последовательность (очень длинная ленточка) секторов разрезается на несколько частей, каждая часть становится отдельным разделом.

Фактически, нам не придётся ничего разрезать (да и вряд ли бы это удалось), достаточно объявить, после каких секторов на диске находятся границы разделов.

Таблица разделов

Технически разбиение диска на разделы организовано следующим образом: заранее определённая часть диска отводится под таблицу разделов, в которой и написано, как разбит диск.

Стандартная таблица разделов для диска IBM-совместимого компьютера — HDPT (Hard Disk Partition Table) — располагается в конце самого первого сектора диска, после предзагрузчика (Master Boot Record, MBR) и состоит из четырёх записей вида «тип начало конец», по одной на каждый раздел. Начало и конец — это номера тех секторов диска, где начинается и заканчивается раздел. С помощью такой таблицы диск можно поделить на четыре или меньше разделов: если раздела нет, тип устанавливается в 0.

Однако четырёх разделов редко когда бывает достаточно. Куда же помещать дополнительные поля таблицы разбиения? Создатели IBM PC предложили универсальный способ: один из четырёх основных разделов объявляется расширенным (extended partition); он, как правило, является последним и занимает всё оставшееся пространство диска.

Расширенный раздел можно разбить на подразделы тем же способом, что и весь диск: в самом начале — на этот раз не диска, а самого раздела — заводится таблица разделов, с записями для четырёх разделов, которые снова можно использовать, причём один из подразделов может быть, опять-таки, расширенным, со своими подразделами и т. д.

Разделы, упомянутые в таблице разделов диска, принято называть основными (primary partition), а все подразделы расширенных разделов — дополнительными (secondary partition). Так что основных разделов может быть не более четырёх, а дополнительных — сколько угодно.

Чтобы не усложнять эту схему, при разметке диска соблюдают два правила: во-первых, расширенных разделов в таблице разбиения диска может быть не более одного, а во-вторых, таблица разбиения расширенного раздела может содержать либо одну запись — описание дополнительного раздела, либо две — описание дополнительного раздела и описание вложенного расширенного раздела.

Тип раздела

В таблице разделов для каждого раздела указывается тип, который определяет файловую систему, которая будет содержаться в этом разделе. Каждая операционная система распознаёт определённые типы и не распознаёт другие, и, соответственно, откажется работать с разделом неизвестного типа.

Следует всегда следить за тем, чтобы тип раздела, установленный в таблице разделов, правильно указывал тип файловой системы, фактически содержащейся внутри раздела. На сведения, указанные в таблице разделов, может полагаться не только ядро операционной системы, но и любые утилиты, чьё поведение в случае неверно указанного типа может быть непредсказуемым и повредить данные на диске.

Подробнее о файловых системах см. раздел Типы файловых систем.

Логические тома (LVM)

Работая с разделами, нужно учитывать, что производимые над ними действия связаны непосредственно с разметкой жёсткого диска.

С одной стороны, разбиение на разделы — это наиболее традиционный для PC способ логической организации дискового пространства. Однако если в процессе работы появится потребность изменить логику разбиения диска или размеры областей (т.

е. когда возникает задача масштабирования), работа с разделами не очень эффективна.

Например, при необходимости создать новый раздел или увеличить размер существующего, можно столкнуться с рядом трудностей, связанных с ограничением количества дополнительных разделов или перераспределением данных. Избежать их очень просто: нужно лишь отказаться от «привязки» данных к определённой области жёсткого диска.

В Linux эта возможность реализуется при помощи менеджера логических томов (LVM — Logical Volume Manager).

LVM организует дополнительный уровень абстракции между разделами с одной стороны и хранящимися на них данными с другой, выстраивая собственную иерархическую структуру.

Дисковые разделы (в терминологии LVM — физические тома) объединяются в группу томов, внутри которой создаются логические тома. Таким образом, группа томов выстраивает соответствие между физическим и логическим пространством диска.

Технологически это организуется следующим образом. Физические тома разбиваются на отдельные блоки — физические экстенты, которые объединяются в группу томов. Логические тома разбиваются на блоки такого же размера — логические экстенты. В разных группах томов размер экстента может быть различным.

Отношения между логическими и физическими томами представлены в виде отображения логических экстентов в физические.

Возможны два способа отображения — линейное и расслоённое (striped).

В первом случае логические экстенты располагаются последовательно соответственно физическим, во втором поочерёдно распределяются между несколькими физическими томами.

В свою очередь, между логическим томом и группой томов возникают отношения, аналогичные таковым между разделом и жёстким диском, с отличием в уровне абстракции и, соответственно, колоссальной разнице в гибкости манипуляции.

Поскольку раздел — конкретная область физического диска между двумя определёнными секторами, а том — логическая категория, принимаемая для удобства использования дискового пространства, производить манипуляции со вторым значительно проще.

Можно свободно перераспределять логические тома внутри группы, изменять их размер, увеличивать размер группы томов за счёт внесения в неё нового раздела (только при линейном отображении) и многое другое.

Дисковые массивы (RAID)

Иногда обычной производительности жёсткого диска может не хватать. В случаях, когда во главу угла ставится скорость работы с данными (скорость записи и чтения) или надёжность их хранения, используется технология RAID (Redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков).

Технология RAID позволяет объединять несколько физических дисковых устройств (жёстких дисков или разделов на них) в дисковый массив. Диски, входящие в массив, управляются централизованно и представлены в системе как одно логическое устройство, подходящее для организации на нём единой файловой системы.

Существует два способа реализации RAID: аппаратный и программный. Аппаратный дисковый массив состоит из нескольких жёстких дисков, управляемых при помощи специальной платы контроллера RAID-массива.

Программный RAID в Linux-системах (Linux Software RAID) реализуется при помощи специального драйвера (Multiple Device driver — драйвер MD-устройства).

В программный массив организуются дисковые разделы, которые могут занимать как весь диск, так и его часть, а управление осуществляется посредством специальных утилит (mdadm).

Программные RAID-массивы, как правило, менее надежды, чем аппаратные, но обеспечивают более высокую скорость работы с данными (производительность процессора и системной шины обычно намного выше, чем у любого дискового контроллера).

Также их преимущество по сравнению с аппаратными массивами: независимость от форматов данных на диске и как следствие — большая совместимость с различными типами и размерами дисков и их разделов. Использование программного RAID также позволяет сэкономить на покупке дополнительного оборудования.

Однако обратной стороной медали станет увеличение нагрузки на процессор и системную шину, это следует иметь в виду, принимая решение об использовании программного RAID.

Уровни RAID

Существует несколько разновидностей RAID-массивов, так называемых уровней. В Linux поддерживаются следующие уровни программных RAID-массивов.

RAID0

Для создания массива этого уровня понадобится как минимум два диска одинакового размера.

Запись осуществляется по принципу чередования: данные делятся на чанки (chunk) — порции данных одинакового размера, и поочерёдно распределяются по всем дискам, входящим в массив.

Поскольку запись ведётся на все диски, при отказе одного из них будут утрачены все хранившиеся на массиве данные. Это цена выбора в пользу увеличения скорости работы с данными: запись и чтение на разных дисках происходит параллельно и, соответственно, быстрее.

RAID1

Массивы этого уровня построены по принципу зеркалирования, при котором все данные, записанные на одном диске, дублируются на другом. Для создания такого массива потребуется два или более дисков одинакового размера.

Избыточность обеспечивает отказоустойчивость массива: в случае выхода из строя одного из дисков, данные на другом остаются неповреждёнными. Расплата за надёжность — фактическое сокращение дискового пространства вдвое.

Скорость чтения и записи остаются на уровне обычного жёсткого диска.

RAID4

В массивах RAID4 реализован принцип чётности, объединяющий технологии чередования и зеркалирования.

Один из трёх (или из большего числа) дисков задействуется для хранения информации о чётности в виде суперблоков с контрольными суммами блоков данных, последовательно распределённых на остальных дисках (как в RAID0).

Достоинства этого уровня — отказоустойчивость уровня RAID1 при меньшей избыточности (из скольких бы дисков не состоял массив, под контрольную информацию задействуется лишь один из них).

При отказе одного из дисков утраченные данные можно будет восстановить из контрольных суперблоков, причём, если в составе массива есть резервный диск, реконструкция данных начнётся автоматически. Очевидным недостатком, однако, является снижение скорости записи, поскольку информацию о чётности приходится высчитывать при каждой новой записи на диск.

RAID5

Этот уровень аналогичен RAID4, за тем исключением, что суперблоки с информацией о чётности располагаются не на отдельном диске, а равномерно распределяются по всем дискам массива вместе с блоками данных. Как результат — повышение скорости работы с данными и высокая отказоустойчивость.

Массивы всех уровней помимо блоков данных и суперблоков с контрольными суммами могут также содержать специальный суперблок (persistent superblock), который располагается в начале всех дисков массива и содержит информацию о конфигурации MD-устройства.

Наличие отдельного суперблока позволяет ядру операционной системы получать информацию о конфигурации устройства RAID прямо с дисков, а не из конфигурационного файла, что может быть полезным, если файл по каким-то причинам перестанет быть доступным.

Кроме того, наличие отдельного суперблока — необходимое условие автоопределения RAID-устройств при загрузке системы.

Более подробная информация о RAID

Более подробную информацию можно найти в документации и статьях, посвящённых RAID:

  • mdadm(8)
  • http://opennet.ru/docs/HOWTO/Software-RAID-HOWTO.html

(русский перевод: http://www.opennet.ru/docs/HOWTO-RU/Software-RAID-HOWTO.html)

Пред.НачалоСлед.
Сведения о документе

Источник: https://mirror.yandex.ru/altlinux/4.1/Desktop/4.1.1/docs/hd_structure/index.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.