Реферат: Накопители на жестких дисках. Реферат на тему жесткий диск по информатике

Реферат - Накопители на жестких дисках

Модифицированная частотная модуляция (Modified Frequency Modulation — MFM) — улучшенный метод FM. Модификация заключается в сокращении вдвое длительности битового элемента — до 4 мкс и использовании бит синхронизации не после каждого бита данных, а лишь в случаях, когда в предшествующем и текущем битовых элементах нет ни одного бита данных. Такой способ кодирования позволяет удвоить емкость носителя и скорость передачи данных, по сравнению с методом FM, т.к. в одном и том же битовом элементе никогда не размещаются бит синхронизации и данных, а на один битовый элемент приходится только одна перемена направления магнитного потока. Также, в настоящее время не используется.

Запись с групповым кодированием (Run Limited Length — RLL) — метод, полностью исключающий запись на диск каких-либо синхронизационных бит. Синхронизация достигается за счет использования бит данных. Однако, такой подход требует совершенно иной схемы кодирования, т.к. простое исключение бит синхронизации приведет к записи последовательностей из одних нулей или единиц в которых не будет ни одной перемены полярности магнитного потока. Метод RLL происходит от методов, используемых для кодирования данных при цифровой записи на магнитную ленту. При этом, каждый байт данных разделяется на два полубайта, которые кодируются специальным 5-ти разрядным кодом, суть которого – добиться хотя бы одной перемены направления магнитного потока для каждой пары его разрядов. Что означает, необходимость наличия в любой комбинации 5-ти разрядных кодов не более двух стоящих рядом нулевых бит. Из 32 комбинаций 5 бит такому условию отвечают 16. Они и используются для кодирования по методу RLL. При считывании происходит обратный процесс. При применении метода кодирования RLL скорость передачи данных возрастает с 250 до 380 Кбит/с, а число перемен полярности магнитного потока до 3330 перемен/см. При этом длительность битового элемента снижается до 2.6 мкс. Поскольку, максимальный интервал времени до перемены магнитного потока известен (два последовательно расположенных нулевых бита), биты данных могут служить битами синхронизации, что делает метод кодирования RLL самосинхронизирующимся и самотактируемым. Интересным является тот факт, что метод MFM является частным случаем метода RLL. Для обозначения типа используемого RLL метода применяется аббревиатура вида: RLL2,7, RLL1,7, RLL2,8, RLL1,8, где первая цифра — минимальная, а вторая — максимальная длина последовательности бит — нулей, содержащихся между соседними единицами. Аббревиатура метода MFM в терминологии RLL записывается как RLL1,3.

Модифицированная запись с групповым кодированием (Advanced Run Limited Length – ARLL) – улучшенный метод RLL, в котором, наряду с логическим уплотнением данных, производится повышение частоты обмена между контроллером и накопителем.

В настоящее время в накопителях на жестких дисках используются различные методы кодирования информации, разрабатываемые и патентуемые фирмами-производителями на основе метода с групповым кодированием — ARLL. Выпускаются также устройства с аппаратной компрессией данных на уровне интерфейса или контроллера в которых используется простое арифметическое сжатие информации перед записью и после считывания.

Интерфейсы жестких дисков

Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. В настоящее время в настольных ПК IBM-PC, чаще других, используются две разновидности интерфейсов ATAPI — AT Attachment Packet Interface (Integrated Drive Electronics — IDE, Enhanced Integrated Drive Electronics — EIDE) и SCSI (Small Computers System Interface).

Интерфейс IDE разрабатывался как недорогая и производительная альтернатива высокоскоростным интерфейсам ESDI и SCSI. Интерфейс, предназначен для подключения двух дисковых устройств. Отличительной особенностью дисковых устройств, работающих с интерфейсом IDE состоит в том, что собственно контроллер дискового накопителя располагается на плате самого накопителя вместе со встроенным внутренним кэш-буфером. Такая конструкция существенно упрощает устройство самой интерфейсной карты и дает возможность размещать ее не только на отдельной плате адаптера, вставляемой в разъем системной шины, но и интегрировать непосредственно на материнской плате компьютера. Интерфейс характеризуется чрезвычайной простотой, высоким быстродействием, малыми размерами и относительной дешевизной.

Сегодня на смену интерфейсу IDE пришло детище фирмы Western Digital — Enhanced IDE, или сокращенно EIDE. Сейчас это лучший вариант для подавляющего большинства настольных систем. Жесткие диски EIDE заметно дешевле аналогичных по емкости SCSI-дисков и в однопользовательских системах не уступают им по производительности, а большинство материнских плат имеют интегрированный двухканальный контроллер для подключения четырех устройств. Что же появилось нового в Enhanced IDE по сравнению с IDE?

Во-первых, это большая емкость дисков. Если IDE не поддерживал диски свыше 528 мегабайт, то EIDE поддерживает объемы до 8.4 гигабайта на каждый канал контроллера.

Во-вторых, к нему подключается больше устройств — четыре вместо двух. Раньше имелся только один канал контроллера, к которому можно было подключить два IDE устройства. Теперь таких каналов два. Основной канал, который обычно стоит на высокоскоростной локальной шине и вспомогательный.

В-третьих, появилась спецификация ATAPI (AT Attachment Packet Interface) дающая возможность подключения к этому интерфейсу не только жестких дисков, но и других устройств — стриммеров и дисководов CD-ROM.

В-четвертых — повысилась производительность. Накопители с интерфейсом IDE характеризовались максимальной скоростью передачи данных на уровне 3 мегабайт в секунду. Жесткие диски EIDE поддерживают несколько новых режимов обмена данными. В их число входит режим программируемого ввода-вывода PIO (Programmed Input/Output) Mode 3 и 4, которые обеспечивают скорость передачи данных 11.1 и 16.6 мегабайт в секунду соответственно. Программируемый ввод-вывод — это способ передачи данных между контроллером периферийного устройства и оперативной памятью компьютера посредством команд пересылки данных и портов ввода/вывода центрального процессора.

В пятых — поддерживается режим прямого доступа к памяти — Multiword Mode 1 DMA (Direct Memory Access) или Multiword Mode 2 DMA и Ultra DMA, которые поддерживают обмен данными в монопольном режиме (то есть когда канал ввода-вывода в течение некоторого времени обслуживает только одно устройство). DMA — это еще один путь передачи данных от контроллера периферийного устройства в оперативную память компьютера, от PIO он отличается тем, что центральный процессор ПК не задействуется и его ресурсы остаются свободными для других задач. Периферийные устройства обслуживает специальный контроллер DMA. Скорость при этом достигает 13.3 и 16.6 мегабайта в секунду, а при использовании Ultra DMA и соответствующего драйвера шины — 33 мегабайт в секунду. EIDE-контроллеры используют механизм PIO точно так же, как это делают и некоторые SCSI-адаптеры, но скоростные адаптеры SCSI работают только по методу DMA.

В шестых — расширена система команд управления устройством, передачи данных и диагностики, увеличен кеш-буфер обмена данными и существенно доработана механика.

Фирмы Seagate и Quantum вместо спецификации EIDE используют спецификацию Fast ATA для накопителей, поддерживающих режимы PIO Mode 3 и DMA Mode 1, а работающие в режимах PIO Mode 4 и DMA Mode 2 обозначают как Fast ATA-2.

Интеллектуальный многофункциональный интерфейс SCSI был разработан еще в конце 70-х годов в качестве устройства сопряжения компьютера и интеллектуального контроллера дискового накопителя. Интерфейс SCSI является универсальным и определяет шину данных между центральным процессором и несколькими внешними устройствами, имеющими свой контроллер. Помимо электрических и физических параметров, определяются также команды, при помощи которых, устройства, подключенные к шине осуществляют связь между собой. Интерфейс SCSI не определяет детально процессы на обеих сторонах шины и является интерфейсом в чистом виде. Интерфейс SCSI поддерживает значительно более широкую гамму периферийных устройств и стандартизован ANSI (X3.131-1986).

Сегодня применяются в основном два стандарта — SCSI-2 и Ultra SCSI. В режиме Fast SCSI-2 скорость передачи данных доходит до 10 мегабайт в секунду при использовании 8-разрядной шины и до 20 мегабайт при 16-разрядной шине Fast Wide SCSI-2. Появившийся позднее стандарт Ultra SCSI отличается еще большей производительностью — 20 мегабайт в секунду для 8-разрядной шины и 40 мегабайт для 16-разрядной. В новейшем SCSI-3 увеличен набор команд, но быстродействие осталось на том же уровне. Все применяющиеся сегодня стандарты совместимы с предыдущими версиями «сверху — вниз», то есть к адаптерам SCSI-2 и Ultra SCSI можно подключить старые SCSI-устройства. Интерфейс SCSI-Wide, SCSI-2, SCSI-3 — стандарты модификации интерфейса SCSI, разработаны комитетом ANSI. Общая концепция усовершенствований направлена на увеличение ширины шины до 32-х, с увеличением длинны соединительного кабеля и максимальной скорости передачи данных с сохранением совместимости с SCSI. Это наиболее гибкий и стандартизованный тип интерфейсов, применяющийся для подключения 7 и более периферийных устройств, снабженных контроллером интерфейса SCSI. Интерфейс SCSI остается достаточно дорогим и самым высокопроизводительным из семейства интерфейсов периферийных устройств персональных компьютеров, а для подключения накопителя с интерфейсом SCSI необходимо дополнительно устанавливать адаптер, т.к. немногие материнские платы имеют интегрированный адаптер SCSI.

Логическое хранение и кодирование информации

Для обеспечения наиболее оптимальной производительности и работы накопителя как запоминающего устройства, а также, для улучшения программного интерфейса, накопители не используются системами в первичном виде, а в них, на основе физически присутствующих структур — дорожек и секторов, используется логическая структура хранения и доступа к информации. Ее тип и характеристики зависят от используемой операционной системы и называется она — файловой системой. В настоящее время имеется достаточно много типов различных файловых систем, практически столько же, сколько и различных операционных систем, однако, все они основывают свои логические структуры данных на нескольких первичных логических структурах. Рассмотрим их подробнее.

Первый сектор жесткого диска содержит хозяйственную загрузочную запись — Master Boot Record (MBR) которая, в свою очередь, содержит загрузочную запись — Boot Record (BR), выполняющуюся в процессе загрузки ОС. Загрузочная запись жестких дисков является объектом атаки компьютерных вирусов, заражающих MBR. За загрузчиком расположена таблица разделов — Partition Table (PT), содержащая 4 записи — элементы логических разделов — Partitions. Завершается MBR специальной сигнатурой — последовательностью из 2-х байт с шестнадцатиричными значениями 55H и ААH, указывающая на то, что данный раздел, после которого расположена сигнатура, является последним разделом в таблице. Ниже представлена структура MBR.

Каждый элемент таблицы разделов содержит информацию о логическом разделе. Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела (0 — не активен, 128 (80H) — активен). Он служит для определения, является ли раздел системным загрузочным и необходимости производить загрузку операционной системы с него при старте компьютера. Активным может быть только один раздел. Небольшие программы, называемые менеджерами загрузки (Boot Manager), могут располагаться в первых секторах диска. Они интерактивно запрашивают пользователя с какого раздела производить загрузку и соответственно корректируют флаги активности разделов. За флагом активности раздела следует байт номера головки с которой начинается раздел. За ним следует два байта, означающие соответственно номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый сектор загрузчика операционной системы. Загрузчик операционной системы представляет собой маленькую программу, осуществляющую считывание в память начального кода операционной системы во время ее старта. Затем следует байт – кодовый идентификатор операционной системы, расположенной в разделе. За байтом кода операционной системы расположен байт номера головки конца раздела, за которым идут два байта – номер сектора и номер цилиндра последнего сектора распределенного разделу. Ниже представлен формат элемента таблицы разделов.

Завершают элемент раздела младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера первого сектора раздела и размер раздела в секторах соответственно.

Номера сектора и номер цилиндра секторов в разделах занимают 6 и 10 бит соответственно. Ниже представлен формат записи, содержащей номера сектора и цилиндра.

Биты номера цилиндра Биты номера сектора

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

Как было показано выше, для жестких дисков типичной является ситуация, когда имеется четыре записи в таблице разделов и соответственно четыре раздела. ОС MS-DOS использует только два из них, остальные резервируются на случай параллельного использования других операционных систем.

Благодаря наличию такой структуры как MBR на одном физическом жестком носителе может располагаться несколько файловых систем различного типа различных операционных систем.

Структуры MBR представляют собой важнейшую информацию, повреждение которой приводит к частичной или полной потере доступа к данным логических устройств жесткого диска и возможно, к невозможности загрузки операционной системы с поврежденного носителя.

Логические разделы тоже имеют некоторую иерархическую структуру в зависимости от типа и вида ОС и ее файловой системы.

Так, первый раздел жесткого диска в MS-DOS называется главным разделом (Primary Partition), а второй расширенным (Extended Partition). Главный раздел всегда должен присутствовать на диске, с него происходит загрузка MS-DOS. Расширенного же раздела может не быть, он создается лишь в том случае, когда необходимо получить более одного логического устройства на физическом диске. Логический раздел размещает в себе такие структуры файловой системы как логические диски или устройства, или тома (оформленные как подразделы), загрузчик операционной системы, таблицы распределения файлов, области пользовательских данных в которых размещаются записи о каталогах и файлах и данные файлов. По своей структуре логические подразделы или диски схожи с разделами. Основным отличием является то, что их число может быть более четырех, а последний элемент каждого показывает является ли он последним логическим подразделом раздела, или указывает на следующий элемент таблицы логических устройств или подразделов. Таблица подразделов строится только на расширенной таблице разделов, каждый ее элемент соответствует логическому устройству с односимвольным именем D:, E: и т.д… Главная таблица разделов содержит только одно логическое устройство – диск С:. Таблица подразделов создается при создании расширенной таблицы разделов, а число элементов таблицы подразделов определяется пользователем. При определении числа логических устройств пользователь определяет и долю дискового пространства расширенного раздела, отводимую каждому логическому устройству – задает объем логических дисков. В дальнейшем, число и объем логических устройств не может быть изменено без потери данных, расположенных на перераспределяемых логических устройствах. На основе разделов в MS-DOS и Windows 95 ориентированных ОС создается дальнейшая структура. Так в таких системах основной единицей хранения информации является кластер (cluster) — группа секторов. В таком случае, для распределения минимального дискового пространства в один байт выделяется целый кластер, содержащий много секторов и еще больше байт (килобайты), что приводит к нерациональному использованию пространства ЖД для мелких файлов. Для доступа к каждому кластеру создается таблица соответствия номеров кластеров файлам на логическом разделе — таблица распределения файлов (File Allocation Table — FAT). Поэтому, файловые систем такого типа называют типа FAT, или построенные по принципу FAT. Это не самый оптимальный, но довольно быстрый способ организации информации на разделах, поэтому он «дожил» до наших дней с незапамятных времен зори цивилизации ПК, где использовался исключительно для накопителей на гибких магнитных дисков. Все остальные логические структуры — файлы или каталоги связаны локализацией с FAT.

Для других ОС, например, UNIX — использование разделов происходит иначе. Как правило, их может быть более четырех, все они равноправны и одинаково могут быть загрузочными, содержат собственные файловые системы на основе i-узлов. Такие файловые системы являются теговыми и не имеют таблиц распределения порций информации. Дисковое пространство распределяется посекторно, что дает максимально возможное использование пространства раздела, но несколько снижает производительность. Весь раздел разбивается на иерархически связанную цепочку узлов разного уровня, которым соответствует некоторое количество секторов. На основе узлов строится понятие файлов и каталогов, и в таких системах файлы и каталоги действительно не различаются, т.к. каталог является файлом, содержащим структуру узлов. Один раздел отводится для дискового свопа и имеет упрощенную структуру, т.к. никогда не содержит файлов и каталогов.

Существуют и другие принципы организации логической структуры дискового пространства разделов накопителей на ЖД.

Все разделы могут содержать загрузчик операционной системы, который располагается, как правило, в первом секторе и занимает один сектор. В этом секторе располагаются структуры — записи, имеющие отношение лишь к конкретной операционной системе и следовательно они могут отличаться для разных разделов и версий операционных систем. Многие специализированные программы (например, защиты данных, по борьбе и профилактике вирусов и др.) могут изменять структуру или отдельные части загрузчика операционных систем. Загрузчик большинства персональных однопользовательских операционных систем является объектом заражения вирусами, которые заражают загрузочные сектора жестких дисков.

Физическое и логическое подключение жестких дисков

Какие же необходимо подключить разъемы и установить перемычки и другие операции при физической установке накопителя на жестких дисках? Это — интерфейсный шлейф, кабель питания, перемычки выбора статуса логического устройства и, возможно, индикатор состояния устройства (обращения к устройству), а также программное распознавание процедурой BIOS компьютера.

Интерфейсный шлейф. Как правило, интерфейсный шлейф соответствующего интерфейса (ATA или SCSI) входит в состав поставки материнской платы (если на ней интегрирован интерфейсный адаптер) или в состав отдельного адаптера и представляет собой плоский одинарный или двойной шлейф. Многие шлейфы комплектуются двумя разъемами для подключения двух устройств, что может быть полезно при добавлении еще одного накопителя в будущем. Один из концевых разъемов на шлейфе подсоединяется к разъему контроллера на плате (материнской или внешнего контроллера, подключаемого к шине материнской платы как устройство расширения через слот расширения шины PCI, ISA или VLB), а два других предназначены для накопителей. Как и на всех других шлейфах, первый проводник на IDE-кабеле помечен красным цветом. Его следует подключать к первому контакту разъемов на плате и на самом накопителе, которые хорошими производителями помечаются цифрой «1». Как правило, первый контакт интерфейсного кабеля на плате накопителя приходится на ту сторону разъема, что ближе к разъему питания. Если интерфейсный шлейф подсоединить неправильно, то, обычно, BIOS накопителя и интерфейса не могут стартовать и зависают на начальной стадии тестирования дисковой системы, при этом ПК не грузится и не отрабатывает процедура «Post». Шлейфы интерфейсов ATA и SCSI подключаются аналогично, хотя многие SCSI контроллеры подключаются не одним, а двумя шлейфами.

Кабель питания подключается аналогично на всех устройствах посредством 4-х контактного стандартного разъема и четырехпроводного кабеля. Питание практически невозможно подключить неправильно, т.к. разъем содержит направляющие фаски, однако, в противном случае, накопитель сразу же выйдет из строя.

Перемычки. При подключении первого ATA или SCSI накопителя вся процедура выполняется аналогично, т.к. основные установки обычно устанавливаются на заводе изготовителе для одиночного устройства (master или single). Однако, при подключении второго накопителя ATA необходимо установить перемычки, определяющие логический статус второго устройства, подключаемого либо к тому же каналу контроллера, что и первый, либо — ко второму каналу. Если устройство IDE подключается первым на канал, то на нем необходимо установить перемычку выбора кабеля логического устройства в положение master, (для одного единственного накопителя также может быть особое положение перемычки — single). При подключении вторым устройством на том же шлейфе — к тому же каналу, что и первое устройство, на втором накопителе необходимо установить перемычку в положение slave или cable select. Необходимо отметить, что два устройства на одном шлейфе (на одном канале), подключенные неправильно, опознаваться и работать не будут, а master устройство является загрузочным и ведущим, в то время как, slave устройство является ведомым и работает несколько медленнее. Необходимо также подчеркнуть, что производительность двух ATA накопителей на одном канале несколько ниже, чем одиночного, чего нельзя сказать о нескольких SCSI накопителях, подключенных к одному контроллеру SCSI.

Рекомендуется не подключать к одному и тому же каналу накопитель на ЖД и CD-ROM, т.к. такое подключение снижает производительность накопителя с интерфейсом ATA.

Единственный и последний накопитель SCSI, подключенные к одному контроллеру, должны содержать плату резисторной сборки или нагрузочную резисторную сборку, или перемычку ее включающую (устанавливается на заводе) и иметь каждый свое положение перемычек, определяющих логический номер устройства. Необходимо отметить возможную поддержку накопителем и адаптером SCSI стандарта SCAM (SCSI Configuration AutoMatically), позволяющий программным путем автоматически установить требуемые идентификаторы логических номеров подключенных к адаптеру SCSI-устройств. А практически все выпущенные в последнее время накопители и адаптеры, как правило, поддерживают этот стандарт.

Раскладка перемычек к накопителям, как правило, приводится на верхней крышке устройства и/или в руководстве пользователя.

Многие накопители содержат разъем для подключения     продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Реферат - Накопители на магнитных дисках

Содержание

Введение

До сих пор самыми важными устройствами для хранения данных в персо­нальном компьютере остаются накопители на магнитных дисках, и это не­смотря на успехи в области оптической записи информации и серьезные достижения твердотельной микроэлектроники.

Магнитная запись — самая старая технология записи данных, появившаяся еще в докомпьютерную эру, которую совсем недавно чуть было не заменили другими технологиями. Но разработчики совершили чудо, сделав еще один технологический рывок и увеличив плотность записи более чем на порядок, поэтому сегодня производителями предлагаются накопители на жестких магнитных дисках — винчестеры — на которые можно записать содержимое более 300 компьютерных компакт-дисков. А ведь несколько лет назад вин­честер объемом даже в 1 Гбайт был для персонального компьютера весьма заманчивым приобретением! А вот гибкие диски, похоже, окончательно сдают позиции — компакт-диски и флэш-память постепенно заставля­ют забывать, что информацию можно хранить на дискетах объемом в 1.44 Мбайт.

Так как гибкий диск представляет собой лавсановую поверхность, покрытую сплошным ферромагнитным слоем, то для создания информационных до­рожек производится его форматирование. То есть при первом использовании гибкого диска он должен быть вставлен в дисковод и с помощью программы FORMAT размечен для работы в конкретной операционной системе.

Целью написания работы выступает изучение назначения и физической сути процесса формирования магнитных носителей информации.

1. Накопители на магнитных дисках

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность).

В процессе записи информации на магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.

При считывании информации, наоборот, намагниченные участки вызывают в магнитной головке импульса тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Для того, чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, т.п. должна быть создана физическая и логическая структура диска.

Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на сектора. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.В процессе форматирования дисков можно задавать нестандартные параметры форматирования (количество дорожек, количество секторов и др.).

Логическая структура магнитного диска представляет собой совокупность секторов, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки. На гибком диске минимальным адресуемым элементом является сектор.При записи файлов на диск занято всегда целое количество секторов, соответственно, минимальный размер файла составляет один сектор, а максимальный соответствует общему количеству секторов на диске.Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на различных дорожка.

Для того чтобы можно было найти файл по его имени, на диске имеется каталог, представляющий собой базу данных.Запись о файле содержит имя файла, адрес первого сектора, с которого начинается файла, объем файла, также дату и время его создания.

Полная информация о секторах, которые занимают файлы, содержится в таблице размещения файлов (FAT — File Allocation Table). Количество ячеек FAT соответствует количеству секторов на диске, а значениями ячеек являются цепочке размещения файлов, т.к. последовательности адресов секторов, в которых хранятся файлы.

Существует два различных вида формирования дисков: полное и быстрое.

Полное форматирование включает в себя как физическое форматирование (проверку качества магнитного покрытия дискеты и ее разметку на дорожки и сектора), так и логическое форматирование (создание каталога и таблиц размещения файлов).

После полного форматирования вся хранившаяся на диске информация будет уничтожена.Быстрое форматирование производит лишь очистку каталога и таблиц размещения файлов. Информация, т.е. сами файлы, сохраняется и, в принципе, возможно восстановление файловой системы.

Логическая структура жестких дисков несколько отличается от логической структуры гибких дисков. Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы FAT и от емкости жесткого диска.На жестком диске минимальным адресуемым элементом является кластер, который содержит несколько секторов.

Файлам всегда выделяется целое число кластеров. При размещении на жестком диске большого количества небольших по размеру файлов, они будут занимать кластеры лишь частично, что приведет к большим потерям свободного дискового пространства.Эта проблема частично решается с помощью использования таблицы FAT32, в которой объем кластера принят равным 8-ми секторам или 4 Кбайт для диска любого объема.

2. Форматирование жесткого магнитного диска

Большинство пользователей ПК придерживаются мнения, что жесткие диски, впрочем, как и любой другой накопитель информации, должны быть отформатированы перед использованием. В вопросе форматирования есть некоторая путаница относительно того, что и как делает процедура форматирования жесткого диска, что мы и постараемся рассмотреть в этой статье. В современных жестких дисках используются методики, коренным образом отличающиеся от методов форматирования старых жестких дисков.

2.1. Два шага форматирования

Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа:

Форматирование диска на низком уровне (низкоуровневое форматирование). Это единственный «настоящий» метод форматирования диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки, сектора, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат еще никакой информации.

Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объем винчестера на логические диски (C, D, и т.д.). Этим обычно занимается операционная система, и метод разбиения сильно зависит от операционной системы.

Высокоуровневое форматирование. Этот процесс также контролируется операционной системой и зависит как от типа операционной системы, так и от утилиты, используемой для форматирования. Процесс записывает логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начало диска. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном же — сначала производится верификация (проверка) поверхности накопителя, а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

Из выше сказанного следует, что два из трех шагов — это форматирование, и такое двойное значение этого слова приводит к некоторому непониманию при использовании термина «форматирование». Также исторически сложившемся фактом является то, что всем известная программа MS-DOS format.com работает по-разному при форматировании жесткого и гибкого дисков. Гибкие диски имеют простую, стандартную геометрию и не могут разбиваться на логические диски, так что format.com запрограммирован на автоматическое выполнение сразу двух операций: как низкоуровневого так и высокоуровнего форматирования. В случае с жесткими дисками, format.com выполняет только высокоуровневое форматирование. Низкоуровневое форматирование выполнялось контроллером жесткого диска на старых винчестерах и заводом-изготовителем на новых винчестерах. В отличие от высокоуровневого форматирования, создания разделов и файловой структуры — низкоуровневое форматирование — означает базовую разметку поверхностей дисков. Для винчестеров ранних моделей, которые поставлялись с чистыми поверхностями, такое форматирование создает только информационные сектора и служебную серво-информацию и может быть выполнено контроллером винчестера под управлением соответствующей программы. Для современных винчестеров, которые содержат записанную при изготовлении сервоинформацию, полное форматирование означает и разметку информационных секторов, и перезапись сервоинформации.

2.2. Низкоуровневое форматирование винчестера

Низкоуровневое форматирование — это процесс нанесения информации о позиции треков и секторов, а также запись служебной информации для сервосистемы. Этот процесс иногда называется «настоящим» форматированием, потому что он создает физический формат, который определяет дальнейшее расположение данных. Когда в первый раз запускается процесс низкоуровневого форматирования винчестера, пластины жесткого диска пусты, т.е. не содержат абсолютно никакой информации о секторах, треках и т.п. Это последний момент, когда у жесткого диска абсолютно пустые пластины. Информация, записанная во время этого процесса, больше никогда не будет переписана.

Старые жесткие диски имели одинаковое количество секторов на трек и не имели встроенных контроллеров, так что низкоуровневым форматированием занимался внешний контроллер жесткого диска, и единственной нужной ему информацией было количество треков и количество секторов на трек. Используя эту информацию, внешний контроллер мог отформатировать жесткий диск. Современные жесткие диски имеют сложную внутреннюю структуру, включая изменение количества секторов на трек при движении от внешних треков к внутренним, а также встроенную сервоинформацию для контроля за приводом головок. Также современные накопители используют технологию «невидимых» плохих секторов, т.е. могут незаметно для пользователя и системы автоматически пропускать плохие сектора. Вследствие такой комплексной структуры данных, все современные жесткие диски проходят низкоуровневое форматирование только один раз — на заводе-изготовителе. Нет никакого способа в домашних условиях произвести настоящее низкоуровневое форматирование любого современного жесткого диска, будь это IDE/ATA, IDE/SATA или SCSI винчестер. Причем это невозможно сделать даже в условиях хорошего сервисного центра (в сервисном центре можно произвести как бы «среднеуровневое» форматирование, которое может заменить информацию о пропускаемых сбойных секторах, но перезаписать физическое распределение секторов и служебную сервоинформацию не получится).

Старые жесткие диски нуждались в неоднократном низкоуровневом форматировании на протяжении всей своей жизни, в связи с эффектами температурного расширения, связанного с применением шаговых моторов в приводе головок, у которых перемещение головок было разбито на сетку с фиксированным шагом. С течением времени у таких накопителей смещалось физическое расположение секторов и треков, что не позволяло правильно считать информацию, применяя шаговый двигатель в приводе магнитных головок. Т.е. головка выходила на нужную, по мнению контроллера, позицию, в то время как позиция заданного трека сместилась, что приводило в появлению сбойных секторов. Эта проблема решалась переформатированием накопителя на низком уровне, перезаписывая треки и сектора по новой сетке шагов привода головок. В современных накопителях, использующих в приводе головок звуковую катушку, проблема температурного расширения ушла на второй план, вынуждая производить лишь температурную рекалибровку рабочих параметров привода головок.

Если вы все-таки захотите поэкспериментировать и запустить низкоуровневое форматирование на современном жестком диске, то единственное что вы можете получить, кроме потерянного времени, это потерю данных. Часть современных накопителей на команду низкоуровневого форматирования вообще никак не реагируют, а часть из них просто заполняет сектора какой-либо информацией, не трогая при этом служебную и сервоинформацию. Современный жесткий диск может быть восстановлен до значения «почти как новый» при помощи любой утилиты, записывающей нули или какую-либо другую информацию по всему объему накопителя, или, проще говоря, утилиту, «обнуляющую» жесткий диск.

2.3. Высокоуровневое форматирование винчестера

После завершения процесса низкоуровневого форматирования винчестера, мы получаем диск с треками и секторами, но содержимое секторов будет заполнено случайной информацией. Высокоуровневое форматирование — это процесс записи структуры файловой системы на диск, которая позволяет использовать диск в операционной системе для хранения программ и данных. В случае использования операционной системы DOS, для примера, команда format выполняет эту работу, записывая в качестве такой структуры главную загрузочную запись и таблицу размещения файлов. Высокоуровневое форматирование выполняется после процесса разбивки диска на партиции (разделы), даже если будет использоваться только один раздел во весь объем накопителя. В современных операционных системах процесс разбиения винчестера на разделы и форматирования может выполнятся как в процессе установки операционной системы, так и на уже установленной системе, используя графический интуитивно понятный интерфейс. Например, в случае Windows XP, это можно сделать следующим образом: Щелкнуть правой кнопкой на значке Мой компьютер и выбрать управление, затем, раскрыв вкладку Запоминающие устройства выбрать пункт Управление дисками, после чего можно разбивать, форматировать, переразбивать разделы жесткого диска. Однако следует помнить, что изменения, внесенные как в разбивку диска, так и в форматирование, ведут к потере данных, находящихся на изменяемом диске.

Различие между высокоуровневым и низкоуровневым форматированием очень огромно. Нет необходимости производить низкоуровневое форматирование для стирания информации с жесткого диска т.к. высокоуровневое форматирование подходит для большинства случаев. Оно перезаписывает служебную информацию файловой системы, делая винчестер чистым, однако, сами файлы при этом процессе не стираются, стирается только информация о местонахождении файла. Т.е. после высокоуровневого форматирования винчестера содержавшего файлы, мы будем иметь чистый диск, свободный от каких-либо файлов, но, используя различные способы восстановления данных, можно добраться до старых файлов, которые были на диске до его форматирования. Единственным условием успеха в восстановлении данных является то, что файлы на диске перед форматированием не должны были быть фрагментированы. Для полного стирания данных с винчестера, можно порекомендовать использовать утилиты, зануляющие диск (прописывающие например, нули, по всей поверхности накопителя), после чего придется заново разбивать винчестер на диски и форматировать его высокоуровневыми средствами, но при этом у вас будет полная гарантия в том, что никакие данные не уцелели.

Все операционные системы используют различные программы для высокоуровневого форматирования, т.к. они используют различные типы файловых систем. Тем не менее, низкоуровневое форматирование, как процесс разметки треков и секторов на диске, одинаков. Различается только сама технология записи треков и секторов на диск. Это делают специальные устройства, называемые серво-врайтеры.

3. Форматирование дискет

Любой магнитный носитель информации должен быть отформатирован, прежде чем он сможет хранить ее.

Форматирование дискеты представляет собой процесс записи на нее специальных меток, которые позволяют хранить информацию. Подавляющее большинство дискет после приобретения не требуют форматирования, так как продаются уже отформатированными, однако в процессе работы может потребоваться повторное форматирование дискеты. Это может происходить по разным причинам, например, вы хотите быстро уничтожить содержимое дискеты или под влиянием магнитных полей окружающего нас мира информация на дискете испортилась. Если при работе с дискетой начинают происходить сбои при ее чтении, такую дискету больше использовать нельзя. Однако можно попробовать восстановить способность дискеты хранить информацию путем ее форматирования.

Применять форматирование следует только в случае, если компьютер сообщает об ошибках чтения информации с дискеты. Не забывайте, что форматирование как дискеты, так и жесткого диска, уничтожает хранящуюся на нем информацию и в общем случае ее восстановить нельзя.

Работая в проводнике, вы можете отформатировать дискету. Прежде всего, надо вставить дискету в дисковод. Далее запустите проводник Windows и сделайте текущей папку Мой компьютер (My Computer). Теперь следует перейти на дискету, дважды щелкнув мышью на значке ^ с именем Диск 3.5 (А:) (3.5 Floppy (А:)). Если в этот момент дискета в дисковод не вставлена или она является дефектной или неформатированной, на экране появится диалог с сообщением об ошибке чтения (Рис. 2.15). Нажав кнопку Отмена (Cancel), вы закроете его.

Очень полезно перед форматированием убедиться, что на дискете нет важных файлов. Нажав кнопку на панели инструментов, вы вернетесь к работе с папкой Мой компьютер (My Computer). Теперь необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши на значке чтобы вызвать вспомогательное меню и выбрать в нем команду Форматировать (Format). Выбор этой команды приведет к появлению диалога настройки форматирования (Рис. 2.16).

Для надежности рекомендуется полное форматирование, поэтому лучше не устанавливать флажок быстрого форматирования в рамке Способы форматирования (Format type). Вы можете ввести метку тома, то есть задать название дискеты, хотя это делать совсем не обязательно. Для задания метки нужно ввести имя в поле Метка тома (Volume label). Остальные параметры в подавляющем большинстве случаев не требуется менять. Чтобы начать форматирование, нужно просто нажать кнопку Начать (Start) диалога. На экране появится диалог, предупреждающий о том, что при форматировании все файлы на дискете будут безвозвратно утеряны. Нажав кнопку ОК, вы закроете диалог и вернетесь к предыдущему диалогу. При этом начнется форматирование дискеты. Для большей наглядности, процесс форматирования сопровождается появлением в нижней части диалога полоски изменяющегося размера, называемой прогресс-индикатором, изменение которого иллюстрирует процесс форматирования. По окончании форматирования индикатор будет полностью заполнен и появится диалог, информирующий об успешном завершении операции. Нажав кнопку ОК, вы закроете диалог.

Обращаем ваше внимание, что в зависимости от степени износа дискеты и ее качества, полезный объем хранимой на ней информации может уменьшиться. Это происходит из-за того, что плохие участки дискеты помечаются как неисправные и не используются для хранения информации.

Заключение

Форматирование – это, в общем смысле, приведение чего-либо к какому-либо формату. В информатике, чаще всего, понятие форматирования относят к форматированию текстов и форматированию дисков (быстрое и полное).

Форматирование диска (инициализация, разметка) – это процесс разметки магнитного диска (жёсткого диска, дискеты, других дисковых накопителей и носителей информации). Также можно сказать, что это процедура записи на магнитный диск меток, определяющих последующее расположение записей данных (блоков, секторов, дорожек), участков не пригодных для записи, а также другой управляющей информации. Форматирование обязательно выполняется перед первым использованием диска.

Различают быстрое и полное форматирование. Быстрое форматирование – это очистка оглавления диска, а полное форматирование полностью очищает диск и ставит разметки. Обычно при форматировании уничтожается вся информация на жёстком диске.

Различие между высокоуровневым и низкоуровневым форматированием очень огромно. Нет необходимости производить низкоуровневое форматирование для стирания информации с жесткого диска т.к. высокоуровневое форматирование подходит для большинства случаев. Оно перезаписывает служебную информацию файловой системы, делая винчестер чистым, однако, сами файлы при этом процессе не стираются, стирается только информация о местонахождении файла. Т.е. после высокоуровневого форматирования винчестера содержавшего файлы, мы будем иметь чистый диск, свободный от каких-либо файлов, но, используя различные способы восстановления данных, можно добраться до старых файлов, которые были на диске до его форматирования.

Список использованной литературы

1. Козлов Д.А., Парандовский А.А., Парандовский А.К. Энциклопедия компьютерных технологий. – М.: «СОЛОН-Р», 2008.

2. Левин А.Ш. Самоучитель полезных программ. 4-е издание. – СПБ.: Питер, 2005.

3. Мостовой Д.Ю. Современные технологии работы с магнитными носителями — Мир ПК. — №8. 2007.

4. Островский С. Компьютерные вирусы Информатика, январь 2002.

5. www.viruslist.com – Все угрозы для магнитных носитилях.

6. www.bytemag.ru – BYTE/Россия – Что нужно знать о компьютерах.

7. www.wasm.ru – Новинки в компьютерных технологиях.

8. www.ucheba.ru – Информация для студентов.

www.ronl.ru

Жёсткие диски 2

Реферат по информатикеЖесткие диски

Донецк -2005Содержание1.      Принцип работы жесткого диска.. 3

2.      Устройство диска.. 5

3.      Работа жесткого диска.. 10

4.      Объем, скорость и время доступа.. 12

5.      Интерфейсы жестких дисков.. 14

6.      Внешние жесткие диски.. 16

1.    Принцип работы жесткого диска

Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и электронные компоненты.

Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания. Устройство винчестера очень похоже на обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только под корпусом может быть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считывать информацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (у некоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и является одной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотность записи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже - из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Диски изготовлены. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.

Количество дисков может быть различным - от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и "запомнить". Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и как бы "плывут" на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

www.coolreferat.com

Смотрите также

• 
  Реферат на тему безопасность в общественных местах
• 
  Реферат на тему басни крылова 6 класс
• 
  Прием и регистрация сообщения о преступлении реферат
• 
  Психофизиологическая проблема и варианты ее решения реферат
• 
  Производство в арбитражном суде апелляционной инстанции реферат
• 
  Перспективы развития сестринского дела в россии реферат
• 
  Основные этические принципы в работе психолога реферат
• 
  Опыт американских фирм по мотивации персонала реферат
• 
  Научное и житейское понимание психологических явлений реферат
• 
  Мимика и жесты в деловом общении реферат
• 
  Молниезащита и защита от статического электричества реферат