Магнитные диски компьютера служат для длительного хранения информации (она не стирается при выключении ЭВМ). При этом в процессе работы данные могут удаляться, а другие записываться.
Выделяют жесткие и гибкие магнитные диски. Однако гибкие диски в настоящее время используются уже очень редко. Гибкие диски были особенно популярны в 80-90-х годах прошлого столетия.
Гибкие диски (дискеты), называемые иногда флоппи-дисками (Floppy Disk), представляют собой магнитные диски, заключенные в квадратные пластиковые кассеты размером 5,25 дюйма (133 мм) или 3,5 дюйма (89 мм). Гибкие диски позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.
Информация на магнитный диск записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических дорожек. При записи или чтении информации магнитный диск вращается вокруг своей оси, а головка с помощью специального механизма подводится к нужной дорожке.
Что люди хранят на HDD ПК дисках?
Дискеты размером 3,5 дюйма имеют емкость 1,44 Мбайт. Данный вид дискет наиболее распространен в настоящее время.
В отличие от гибких дисков жесткий диск позволяет хранить большие объемы информации. Емкость жестких дисков современных компьютеров может составлять терабайты.
Первый жесткий диск был создан фирмой IBM в 1973 году. Он позволял хранить до 16 Мбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров, разбитых на 30 секторов, то он обозначался как 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, этот диск получил прозвище «винчестер».
Жесткий диск представляет собой герметичную железную коробку, внутри которой находится один или несколько магнитных дисков вместе с блоком головок чтения/записи и электродвигателем. При включении компьютера электродвигатель раскручивает магнитный диск до высокой скорости (несколько тысяч оборотов в минуту) и диск продолжает вращаться все время, пока компьютер включен. Над диском «парят» специальные магнитные головки, которые записывают и считывают информацию так же, как и на гибких дисках. Головки парят над диском вследствие его высокой скорости вращения. Если бы головки касались диска, то из-за силы трения диск быстро вышел бы из строя.
При работе с магнитными дисками используются следующие понятия.
Дорожка – концентрическая окружность на магнитном диске, которая является основой для записи информации.
Цилиндр – это совокупность магнитных дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков винчестера.
Сектор – участок магнитной дорожки, который является одной из основных единиц записи информации. Каждый сектор имеет свой собственный номер.
Кластер — минимальный элемент магнитного диска, которым оперирует операционная система при работе с дисками. Каждый кластер состоит из нескольких секторов.
Источник: inf1.info
Как работает компьютерная память: что такое RAM, ROM, SSD, HDD и в чем разница?
Структура данных на магнитном диске
Наименьшей единицей хранения данных на магнитных дисках является файл. Файл(от англ. (file — папка) — это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.
Файловая система — это функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.
Файловая система определяет общую структуру именования, хранения и организации файлов в операционной системе.
Функции файловой системы:
сохранение информации на внешних носителях;
чтение информации из файлов;
удаление файлов, каталогов;
копирование файлов и др.
Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его размещения на диске в области данных.
Каждый файл на диске имеет свой адрес. Если процессору нужна какая-то информация, размещенная на внешнем запоминающем устройстве, он находит на диске нужный файл, а потом байт за байтом считывает из него данные в оперативную память, пока не дойдет до конца файла.
Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск разбивают на дорожки,а дорожки, в свою очередь, разбивают на секторы.Размер каждого сектора стандартен и как, правило, равен 512 байтам. Разбиение диска на дорожки и секторы называется форматированием диска.
Адреса записанных файлов компьютер запоминает в специальной таблице — таблице размещения хранения данных на жестком диске — FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Таким образом, когда компьютеру нужен какой-то файл, он по имени файла находит в этой таблице номер дорожки и номер сектора, после чего магнитная головка переводится в нужное положение; файл считывается и направляется в оперативную память для обработки.
При повреждении таблицы размещения файлов информация, имевшаяся на диске, будет утрачена, так как к ней нельзя будет обратиться. Поэтому таблица размещения файлов для надежности дублируется. У нее есть копия, и при любых повреждениях компьютер сам восстанавливает эту таблицу.
Для записи в таблице размещения файлов адреса любого файла может использоваться 16 битов, такую таблицу размещения файлов называют FАТ 16. С помощью 16 битов можно выразить 2 16 (65 536) разных значений. Это значит, файлам на жестком диске не может быть предоставлено не более чем 65 536 разных адресов (и самих файлов соответственно не может быть более 65 536).
Нужно помнить, что операционные системы DOS и Windows не различают цилиндры, головки и физические секторы диска, который для этих ОС предстает в виде непрерывной последовательности логических секторов или кластеров (группы смежных секторов). Система MS-DOS до версии 7.0 включительно и система Windows могли распознать 65 536 логических блоков на диске.
Начиная с Windows 95 OSR2, появилась возможность использовать для нумерации логических элементов на диске 32-разрядные данные, а значит, число адресуемых элементов теоретически возросло до 4 294 967 295. Для DOS до версии 3.х включительно размер логического блока равнялся 512 байтам, т. е. размеру физического сектора. Видимо, поэтому появилось понятие «логический сектор», используемое и поныне.
Наибольшая емкость диска, с которым могла работать DOS, составляла 32 Мбайт. Современные жесткие диски имеют очень большие объёмы, и им не хватает такого количества адресов. Был найден выход: объединять логические секторы в группы — так называемые кластеры. Под этим термином понимается группа таких смежных секторов, которым соответствует одно значение адреса.
Если увеличить размер кластера, то можно будет работать с большими разделами, оставаясь в рамках 16-разрядной адресации. Кластер (cluster) представляет собой группу смежных секторов, количество которых равно степени 2 — например, 1,2,4,8,16,32 или 64. Согласно спецификации Microsoft, максимальный размер кластера равен 32 Кбайт.
Каждому кластеру присваивается адрес; для первого кластера он равен 2. Другими словами, кластеров с адресами 0 и 1 не существует. Например, для жестких дисков, имеющих размер больше 2 Гбайт, как было показано выше, кластер равен 32 Кбайт. Предположим, что нам надо записать на диск файл размером 35 Кбайт. длязаписи на диск файла такого объема потребуется 2 кластера — 64 Кбайта, т. е. 29 Кбайт памяти диска просто пропадают.
Если диск меньше, то и кластер у его меньше (табл.5.1). После перехода к 32-разрядной адресации стало возможным (правда, лишь теоретически) применять кластеры любого размера на любых разделах. В одном кластере могут содержаться десятки секторов, и, каким бы маленьким ни был файл, он все равно займет целый кластер, и все неиспользуемые секторы в нем просто пропадут.
В системе записи адреса файла на жестком диске FАТ 32 адрес записывается не двумя байтами, а четырьмя (32 бита). С помощью 32 битов можно выразить 2 32 (4 294 967 296) разных значений. Это значит, что файлам на жестком диске не может бить предоставлено более чем 4 294 967 296 разных адресов (и самих файлов соответственно не может быть более 4 294 967 296).
Таблица 5.1 Размеры кластеров по умолчанию для FAT 16 и FAT32
| Объем носителя | Величина кластера | Величина кластера | Величина кластера |
| данных | FAT16 | FAT32 | NTFS |
| 7 Мб– 16 Мб | 2 Кб | не поддерживается | 512 байтов |
| 17 Мб– 32 Мб | 512 байтов | не поддерживается | 512 байтов |
| 33 Мб– 64 Мб | 1 Кб | 512 байтов | 512 байтов |
| 65 Мб– 128 Мб | 2 Кб | 1 Кб | 512 байтов |
| 129 Мб– 256 Мб | 4 Кб | 2 Кб | 512 байтов |
| 257 Мб– 512 Мб | 8 Кб | 4 Кб | 512 байтов |
| 513 Мб– 1 Гб | 16 Кб | 4 Кб | 1 Кб |
Таким образом, чем больше жесткий диск, тем больше места на нем тратится впустую из-за несовершенной системы адресации файлов. Для борьбы с нерациональными потерями жесткий диск разбивают на несколько разделов – логических жестких дисков.
Каждый логический диск имеет собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.
Ниже приведены принципы организации файловой системы FAT. Одна из наиболее значимых информационных структур логического диска — его загрузочная запись. Назначение данной записи — загрузка ОС и организация хранения данных. Если логический диск является системным, то в его первом секторе имеется код загрузки ОС, управляющийся от MBR (Master boot record). Его задача — загрузка основных файлов ОС и передача им управления; в Windows 9х такими файлами будут io.sys и msdos.sys.
Если не существует загрузочной записи, то она создается и заполняется программой FORMAT. Но если она уже есть, то утилита FORMAT будет использовать ее информацию.
Вопросы
1. Расскажите о памяти первичной и вторичной. Приведите характеристики.
2. Расскажите о характеристиках ленточных накопителей,
3. Сравните характеристики твердотельных накопителей SSD и характеристика жесткие диски,
5. Поясните суть файловой системы.
6. Поясните принцип о FAT . В чем ограничение FAT16?
7. Поясните организацию секторов и кластеров на HDD.
8. Поясните организацию FAT32.
9. Расскажите о потери дискового пространства, из-за несовершенной системы адресации.
10. Чем организация файловой системы NFTS отличается от FAT.
Лекция №6
Таблица размещения файлов FAT.
Источник: megaobuchalka.ru
Магнитный диск
Магни́тный диск, магнитный носитель (накопитель) данных или внешнее устройство компьютера , предназначенное для долговременного хранения информации . На магнитном диске данные наносятся посредством магнитной записи . В зависимости от материала немагнитной основы диска различают гибкие (на пластиковой основе, см. Дискета ) и жёсткие магнитные диски.
Жёсткий магнитный диск представляет собой круглую пластину из алюминия или его сплавов, иногда из керамики или специального стекла, покрытую (как правило, с обеих сторон) магнитным слоем (например, оксидами Fe, Cr). Поверхность магнитного диска разделена на концентрические дорожки, которые, в свою очередь, делятся на сектора, предназначенные для хранения данных. Каждый сектор содержит также ряд служебных полей (например, маркер, код коррекции ошибок). Доступ к какому-либо сектору осуществляется по его индивидуальному номеру или по комбинированному, состоящему, например, из номера дорожки и номера сектора на этой дорожке (т. н. произвольный доступ).
Устройство, обеспечивающее хранение и доступ (чтение/запись) к информации на жёстком магнитном диске, называется стационарным накопителем на жёстком магнитном диске (НЖМД) или винчестером. НЖМД состоит из жёсткого магнитного диска, электродвигателя, магнитных головок чтения/записи и электронного устройства управления. НЖМД изобрёл в 1951 г. (патент 1954) Дж.
Рабинов (США), первая коммерческая модель представлена в 1956 г. компанией IBM в составе электронно-вычислительной машины RAMAC 305. Конструктивные особенности НЖМД (высокие точность и скорость позиционирования головок, скорость вращения диска) позволили добиться высоких технических характеристик: плотности записи информации, скорости передачи данных и времени доступа.
В современном НЖМД часто на общую ось (вращаемую электродвигателем) устанавливают до нескольких десятков (пакет) жёстких магнитных дисков, что позволяет хранить достаточно большой объём данных (до 100 Гбайт и более). В НЖМД количество магнитных головок соответствует числу рабочих магнитных поверхностей диска (одна или две на каждый диск); магнитные головки механически жёстко связаны между собой.
Для защиты от неблагоприятных внешних воздействий магнитные головки, их сервопривод (устройство перемещения) и пакет магнитного диска размещают в герметичном корпусе (т. н. гермоблоке), который снабжается механизмом выравнивания давления и пылеуловителем. Снаружи гермоблока крепятся электродвигатель и электронная плата (электронное устройство управления), к которой подводятся интерфейсные и силовые кабели. Первые модели НЖМД управлялись непосредственно компьютером, который обращался к физическим адресам дисков, дорожек и секторов. В более поздних НЖМД применение микропроцессорного (программного) управления позволило скрыть от компьютера физические характеристики конкретного жёсткого магнитного диска: наличие зональной схемы записи (переменное число секторов на дорожке в зависимости от её длины), физические дефекты магнитного покрытия (как заводские, так и возникшие в процессе эксплуатации) и др. Современные НЖМД могут выполнять также дополнительные функции: слежение за физическим состоянием устройства и предупреждение о возможных сбоях, шифрование хранимой информации, создание защищённых областей и авторизация доступа к ним, управление энергосбережением и др.
Выпускаются также накопители со сменными жёсткими магнитными дисками, которые разделяют на два вида. К первому виду относятся НЖМД компактного размера, упакованные в удобные сменные картриджи, сопрягаемые со стационарным шасси; ко второму – специализированные накопители, в которых аналогично накопителю на гибком магнитном диске (компьютерном дисководе) магнитные головки с сервоприводом являются частью стационарного устройства, а сам жёсткий магнитный диск, заключённый в защитную оболочку, выступает в роли сменного носителя.
Источник: bigenc.ru