Физическая организация накопителей на МД

Любой накопитель на магнитном диске имеет один или несколько физических дисков на одной оси с перемещающимся вдоль радиуса блоком головок, по одной на каждую рабочую поверхность (рис. 4.4).

Накопитель на магнитном диске (НГМД) является программно-управляемым устройством со своим набором команд, обеспечивающим выполнение накопителем основных функций – таких как разметка дорожек, чтение, запись блока информации.

Жесткий диск имеет головки чтения/записи, для каждой стороны каждого диска.

Каждая сторона каждого жесткого диска (называемая поверхностью диска) разделяется на концентрические дорожки. Информация на любой магнитный диск записывается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками.

 

Рис. 4.4. Компоненты магнитного диска

 

 

Рис. 4.5. Структура магнитного диска

В жестком диске обычно установлены несколько пластин, поэтому жесткий диск имеет от четырех и более головок чтения/записи. Все головки, независимо от их количества, устанавливается на одном кронштейне, называемом рычагом перемещения головок. Это означает, что головка 0 устанавливается на дорожку номер 142 на поверхности 0, то головка номер 3, тоже устанавливается на дорожку номер 142, но на поверхности номер 3. Головки диска не могут позиционироваться независимо, и это приводит к необходимости рассмотрения понятия цилиндра.

Чтобы прочитать определенный сектор жесткого диска необходимо выполнить два действия. Во-первых, надо переместить сектор с жесткого диска на желаемую головку. После этого надо подождать, пока над головкой не окажется желаемый сектор, и, только после этого его прочитать. В общем случае, больше всего времени займет перемещение головки. Это значит, что быстрее всего будут прочитаны данные, которые расположены на одной и той же дорожке, и дорожки, расположенные одна над другой – одна головка будет перемещаться, прочитывая набор данных. Таким образом, Дорожки с одинаковыми номерами на различных поверхностях диска (в общем случае - пакета дисков) образуют цилиндр.

Поверхность диска делится на секторы, которые являются физической единицей обмена информацией с МД (128, 256, 512 или 1024 байта). Формат сектора близок к следующему:

 

C H R N   Данные КС

 

Рис. 4.6. Формат сектора магнитного диска

С – цилиндр, Н – головка, R – сектор, N – код размера сектора, КС – контрольная сумма

 

При обмене информацией с МД используется физическая адресация жесткого диска, состоящая из трех компонент:

<Головка> <Цилиндр> <Сектор>

Операционная система вместо физической (абсолютной) адресации использует логическую адресацию секторов на диске. С точки зрения DOS все сектора на диске образуют упорядоченную последовательность логических секторов, пронумерованных 0, 1, 2, 3, …

Файлы в MS DOS не состоят напрямую из секторов. Есть промежуточная единица – кластер (гнездо или группа секторов). Кластер – это логически адресуемая единица файловой системы из 2к (К=0, 1, 2, 3, …) последовательных логических секторов, отведенных на МД под данные. Кластеры непрерывно покрывают всю область данных и нумеруются 2, 3, 4, … (особенность организации)

Файл может занимать один или более кластеров, расположение которых и порядок их следования в файле могут быть произвольными. Для хранения информации о цепочке кластеров, входящих в файл, используется специальная таблица, называемая FAT.

Количество цилиндров, число дорожек в нем, а также количество секторов дорожке определяют формат диска. От него полностью зависит емкость (объем) диска. Обратное утверждение несправедливо - диски и той же емкости могут иметь различный формат.

Формат жесткого диска в винчестерском накопителе задается его конструкцией и никакому, даже малейшему изменению, не подлежит. Конечному пользователю о формате жесткого диска ничего знать не требуется.

Таким образом, объем диска составляет:

V=P*D*S* 512 байт, где

 

V - объем дискеты (байт),

Р - кол-во поверхностей дискеты(1"а или 2-е),

D - кол-во дорожек на одной поверхности,

S - кол-во секторов на одной дорожке.

Кол-во поверхностей "задается" при изготовлении Дискеты. Кол-во дорожек и кол-во секторов на дорожке "задается" приформатировании дискеты.

Для того, чтобы записать на дискету какую-либо информацию необходимо диск отформатировать. Во время форматирования на нем формируются концентрические окружности - дорожки, которые разбиваются на секторы. Обмен информацией между оперативной памятью и диском происходит именно секторами.

Разметка дорожки на секторы с занесением управляющей информации называется форматированием дорожки и выполняется по команде «форматирование дорожки». Для нового диска выполняется форматирование диска, то есть форматируются все его дорожки. Операции чтения сектора с диска и записи сектора на диск выполняются аппаратурой НМД только с форматированным диском. Чтобы выполнить какую – либо операцию с НМД, ему должен быть передан Код_Операции (ее тип) и параметры команды, задающие адресные данные сектора: номер поверхности, дорожки, сектора и т.д.

Дисковые устройства работают медленно и, поэтому, для увеличения быстродействия компьютера служит кэш диска. Кэш реализован на базе микросхем памяти. В большинстве контроллеров содержится по меньшей мере 64Кбайт ОЗУ для кэша. Большинство компьютеров имеют программу кэширования. В DOS эта программа называется SMARTDRIVE. В WINDOWS для этого используется программа VCACHE.