Жесткий диск

Жесткие диски связаны с центральной частью компьютера через контроллер жесткого диска, который, в свою очередь, подсоединен к микропроцессору. При установке указывается тип жесткого диска, и он немедленно начинает поддерживаться операционной системой. Некоторые жесткие диски обслуживаются посредством инсталлируемых драйверов устройств.

При установке диска в свободный отсек системного блока к нему подключаются два кабеля, один - от источника питания к диску, другой - от диска к дисковому контроллеру. Для компьютеров с МП выше 80286 после установки дисковода жесткого диска нужно запустить программу настройки компьютера (setup).

Эта программа сохраняет подробную информацию о диске в специальной области памяти CMOS, подпитываемой от батарейки.

Каждый раз при загрузке компьютера эта информация сравнивается с информацией о типе жесткого диска, полученной при выполнении служебной программы POST (power-on self test). Количество и допустимые типы жестких дисков зависят от особенностей компьютера, дискового контроллера и типов дисководов.

Большинство жестких дисков физически отделено от системной платы и дискового контроллера что позволяет заменять один из этих компонентов, не затрагивая другого.

Физические свойства диска Накопитель на жестком диске представляет собой устройство, включающее один или несколько дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики, покрытых ферролаком и вместе с блоком магнитных головок записи/считывания помещенных в герметически закрытый корпус

Информация на магнитный диск записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (треков), Каждая дорожка разбивается на сектора, обычно размером по 512 байт Общую емкость дискового накопителя можно вычислить, умножая размер сектора (512 байт) на количество секторов на дорожке, количество дорожек на носителе и количество поверхностей, содержащих пользовательские данные.

Обмен данными между диском и основной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов. Другой термин, использующийся при описании дисков, - кластер. Кластер - это минимальная единица размещения информации, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

При записи и чтения информации магнитный диск вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к дорожке; выбранной для записи/чтения информации.

Для пакетов магнитных дисков вводится понятие "цилиндр" Цилиндр - это совокупность дорожек магнитного диска, находящихся на одинаковом расстоянии от его центра

Параметры диска, интересующие пользователя При работе с большими объемами данных, хранящимися на жестком диске, пользователя, помимо емкости диска, интересуют такие характеристики, как скорость передачи данных и время доступа.

Скорость (интенсивность) передачи данных - максимальная потенциальная скорость, с которой можно получать данные, т. с количество данных, переданное с диска в контроллер за одну секунду.

Для большинства дисков с интерфейсом EIDI интенсивность передачи данных находится в пределах от 10 до 20 Мбайт/с, а для дисков SCSI - от 32 до 40 Мбайт/с

Другая характеристика диска - время доступа - различными изготовителями интерпретируется по-разному. Чтобы понять эти различия, рассмотрим последовательность событий при запросе данных с жесткого диска. Контроллер дает указание жесткому диску переместить головку на нужную дорожку. Движение головки занимает определенное время, называемое временем поиска. После подвода головки к нужной дорожке головка останавливается и затем гасятся ее колебания. Время, требуемое для этого, называется временем установки. Когда головка готова принимать данные, она должна дождаться, чтобы нужный сектор оказался непосредственно под ней. Этот период ожидания называется временем ожидания вращения.

Изготовители обычно указывают среднее время доступа для своих жестких дисков, т.е. среднее время, которое компьютер тратит до начала чтения данных. Для более старых жестких дисков среднее время доступа составляет 80 мс, для новых высокоемкостных накопителей - менее 10 мс.

Накопитель характеризуется также формой и высотой.

Основными критериями при выборе жесткого диска являются: объем хранимой информации, интерфейс, среднее время доступа, размер диска; среднее время безотказной работы, цена.

Форматирование дисковых носителей. Чтобы магнитная головка чтения/записи дисковода могла правильно ориентироваться на диске, его магнитное покрытие должно быть размечено на концентрические дорожки, а дорожки - на секторы. Фактически сектор - это минимальный объем данных, который может быть прочитан или записав дисковым контроллером. Процесс разметки магнитного диска состоят в записи специальной программой на его поверхность секторных меток и идентификационных номеров. Называется такой процесс физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical formatting, low-level formatting).

В ходе выполнения процедуры физического форматирования контроллер записывает на диск служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их. Как правило, структура формата включает в себя байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, а также байты циклического контроля четности и коды, предназначенные для обнаружения ошибок. Форматирование низкого уровня обеспечивает также маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Для повышения эффективности работы жесткий диск желательно разбить на несколько логических разделов и затем создать системную область диска, для чего применяется логическое, или высокоуровневое, форматирование.

Системная область диска состоит из трех частей: загрузочной записи, таблицы размещения файлов и корневого каталога. В ней не могут храниться файлы данных.

Загрузочная запись (Boot Record) размещается на каждом диске в нулевом секторе. Она содержит данные о формате диска, а также короткую программу, используемую в процедуре начальной загрузки операционной системы.

При каждом первоначальном включении компьютера загрузочный код из загрузочной записи диска считывается программой начального загрузчика ROM BIOS (записанной на ПЗУ базовой системы ввода/вывода) компьютера и получает управление после включения компьютера. Если диск является системным, происходит загрузка операционной системы, в противном случае загрузочная программа выводит на дисплей сообщение, что диск не является системным.

Таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) находится после загрузочного сектора и содержит описание физического расположения всех файлов на диске, за FAT следует ее точная копия.

Корневой каталог (Root Directory) всегда находится за копией FAT, и количество записей в нем никогда не превышает определенной величины.

Корневой каталог состоит из ограниченного количества записей, каждая из которых содержит информацию о файле или подкаталоге, и может также включать одну запись с меткой диска. В списке файлов” доступных из корневого каталога, присутствуют записи с разными атрибутами, например файлы с атрибутом "Каталог" (Dir), то есть подкаталоги. В каталоге хранятся и номера начальных кластеров файлов, необходимые для того, чтобы начать "отслеживание" кластеров файлов по цепочке номеров в ячейках FAT.