Автоматическая парковка головок.

Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки.

При выключении питания поле, удерживающее головки над конкретным цилиндром, исчезает, и они начинают бесконтрольно скользить по поверхности еще не остановившихся дисков, что может стать причиной повреждения. Для предотвращения этого в современных накопителях при отключенном питании головки под воздействием возвратной пружины перемещаются в зону парковки (чаще всего к центру) до того, как диски остановятся. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Температурная калибровка и свипирование.

Во многих современных накопителях в процессе работы через определенные промежутки времени выполняется их температурная калибровка. Эта процедура заключается в том, что все головки поочередно переводятся с нулевого на какой-либо другой цилиндр. При этом с помощью встроенной схемы проверяется, насколько сместилась заданная дорожка относительно своего положения в предыдущем сеансе калибровки, и вычисляются необходимые поправки, которые заносятся в ОЗУ в самом накопителе.

Большинство накопителей, которые делают автоматическую температурную калибровку, выполняют также свипирование диска. Это автоматическое перемещение головок ближе к краю диска, если головка слишком долго остается неподвижной. То есть, если головка надолго зависает над одной дорожкой в ожидании следующей команды, то через определенное время, автоматически, головки будут передвинуты на произвольно выбранную, но уже другую дорожку. Это делается во избежание износа поверхности диска из-за трения о воздух.

Технология S.M.A.R.T.

Винчестер, в котором реализована технология S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технология самостоятельного следящего анализа и отчетности), ведет статистику своих рабочих параметров (количество старт/стопов и наработанных часов, время разгона шпинделя, обнаруженные/исправленные ошибки и т.п.), которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или в служебных зонах диска. Эта информация накапливается в течение всей жизни винчестера и может быть в любой момент затребована программами анализа; по ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.

Технология PRML

В современных жестких дисках используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Технология разработана по причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска - уровень помех и искажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похожести делается заключение о приеме того или иного кодового слова - примерно так же мы читаем слова, в которых пропущены или искажены буквы.

Буфер жесткого диска

Буфер (кэш) жесткого диска – это промежуточная память, предназначенная для временного хранения данных при операциях с диском. В буфере диска хранится последняя прочитанная информация, Наличие большого кэша значительно упрощает работу жесткого диска. В случае если необходимые данные оказываются в кэше, нет операций механического доступа, ввод/вывод происходит очень быстро - данные передаются системе с максимальной для интерфейса скоростью.

Чем больше буфер, тем лучше жёсткий диск справляется с наплывом большого количества запросов. В современных HDD объем буфера обычно варьируется от 8 до 64 МБ.

Логическая структура диска

С аппаратной точки зрения любой жесткий диск можно представить как совокупность секторов, адресуемых тем или иным способом (CHS или LBA), и каждый сектор может быть записан и считан независимо от других. Но для большинства прикладных программ представляет интерес не обращение к отдельным секторам, а возможность обращения к файлам, которые могут занимать произвольное, в том числе и не целое количество секторов. Для облегчения обращения к файлам и упорядочения использования пространства секторов диска в состав любой операционной системы входит файловая система, тесно связанная с логической структурой диска

Логическая структура диска организована как система разделов это одна из наиболее важных элементов в дисковой подсистеме. Ее стандарт не зависит от файловых и операционных систем.

Операционная система, используя логическую структуру диска, разбивает жесткий диск на несколько независимых частей – разделов (Partition, партиций), причём каждый из них может рассматриваться системой как отдельный логический диск.

Логический диск (англ. volume) — часть памяти накопителя, рассматриваемая как единое целое для удобства работы. Логическим диском можно называть раздел жесткого диска, отформатированный под какую либо файловую систему. Термин «логический диск» используется в противоположность «физическому диску», под которым рассматривается память одного конкретного дискового носителя. Если на диске присутствуют соответствую­щие файлы операционной системы, и эта операционная система может быть загружена с него на компьютер, такой диск называется системным.

Существуют несколько причин, по которым может быть полезно разделение большого диска на части:

- в случае повреждения логического диска теряется только информация, которая находилась на логическом диске;

- реорганизация и выгрузка диска маленького размера выполняется быстрее, чем большого;

- на одном физическом жёстком диске можно хранить информацию в разных файловых системах, или в одинаковых файловых системах, но с разным размером кластера (о кластерах будет расказанно позже в раделе посвященном файловым системам). Например, выгодно хранить файлы большого размера — например, видео — отдельно от маленьких, и задавать больший размер кластера для хранилища больших файлов;

- на одном физическом диске может находиться несколько различных операционных систем с разной файловой системой, расположенные на различных логических дисках (в разных разделах). В ходе загрузки операционной системы можно указать, с какого раздела должна загружаться операционная система.

Главная загрузочная запись

Разберем структуру диска подробно. Будем пользоваться методом адресации CHS, т.е. будем рассматривать физический диск как набор секторов, каждый из которых адресуется при помощи трех координат: цилиндр, головка, сектор. Отметим, что для цилиндров и головок нумерация начинается с 0, а секторов начиная от 1, то есть первый сектор физического диска имеет адрес 0-0-1.

Так как расположение первого сектора не зависит от конкретной геометрии диска (контроллер находит первый сектор сразу), именно его удобно использовать для записи информации о разделах находящихся на диске.

Итак, первый сектор жёсткого диска (сектор 1, головка 0, дорожка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record = MBR). В начале этого сектора расположена программа начальной загрузки – IPL1 (Initial Program Loading 1), необходимая для распознавания логических разделов диска. Другое название IPL1– начальный загрузчик. За загрузчиком в этом же первом секторе записана Таблица Разделов (Partition Table, PT), описывающая схему разбиения логических дисков. Во время выполнения загрузки компьютера программа начальной загрузки сканирует и анализирует таблицу разделов диска. Именно эта таблица и содержит информацию, позволяющую системе представить физический диск как несколько логических.

Таблица разделов состоит из четырех записей – структур размером 16 байт, соответствующих частям диска, называемых разделами. Если на вашем компьютере имеется только один логический диск в таблице разделов будет присутствовать только одна первая запись, более сложные случае рассмотрим дальше. В каждой записи таблицы располагается информация о соответствующем разделе:

- типе раздела (NTFS, FAT16, FAT32...),

- активности раздела (т.е. можно ли загружать с него операционную систему),

- расположении раздела т.е. адресов его начала и конца (информация о расположении присутствует в двух системах: CHS (координаты начала и конца) и LBA (начало и длина)),

- количестве секторов в разделе.

Рассмотрим формат записи таблицы разделов более подробно (см. таблицу 2)

Таблица 2 Элементы таблицы разделов

Размер (байт)	Описание
	Признак активного раздела (Boot Indicator):
	адрес начала раздела (CHS)	Номер головки для первого сектора раздела
	Номер начального сектора раздела
	Номер начального цилиндра раздела
	Код, идентификатор системы (Boot ID) системы
	адрес конца раздела (CHS)	Номер головки для последнего сектора раздела
	Номер последнего сектора раздела
	Номер последнего цилиндра раздела
	Относительный номер первого сектора раздела, т.е. адрес начала раздела в LBA
	Размер раздела в секторах

Прокомментируем части структуры таблицы разделов

1. Признак активного раздела (Boot Indicator) или маркер начальной загрузки – отмечает активный раздел т.е.логический диск, который может быть использован для загрузки операционной системы. Признак активного раздела занимает один байт, который может иметь два значения:

- 00h — раздел неактивный,

- 80h — раздел активен.

Программа IPL1 просматривает таблицу разделов и находит активный раздел. Если активных разделов несколько, на консоль выводится сообщение о необходимости выбора активного раздела для продолжения загрузки.

Физический диск может содержать одновременно несколько активных разделов, которые могут принадлежать различным операционным системам.

2. В поле начало раздела хранятся номера головки, сектора и цилиндра стартового сектора цилиндра (Starting Head, Starting Sector, Starting Cylinder). Обычно разделы начинаются с первого сектора дорожки.

3. Поле код или идентификатор системы (Boot ID) указывает тип раздела, т.е. код в этом поле указывает, какой именно операционной системе и файловой системе —FAT16, FAT32 или NTFS — принадлежит данный раздел, а также позволяет узнать некоторые характеристики файловой системы. Кроме того, данное поле показывает, существует ли на диске расширенный раздел (extended partition). Возможные значения поля System ID показаны в табл. 3.

Таблица 3. Коды типов файловых систем файловых систем (System ID)

Идентификатор системы	Вид раздела	Пояснения
01h	основной	Первичный раздел или логический диск FAT12.
03h		Раздел CP/M (в настояшее время не используется)
04h		Раздел Xenix
	основной	Раздел или логический диск FAT16. (16–32 Мбайт)
05h	расширенный	Расширенный раздел
06h	основной	Раздел или логический диск BIGDOS FAT16.
07h	основной	Раздел или логический диск NTFS. Installable File System
0Bh	основной	Раздел FAT32 или логический диск
0Ch	расширенный	Раздел FAT32 или логический диск с использованием расширений BIOS INT 13h (512 Мбайт – 2 Тбайт)
0Eh	основной	Раздел BIGDOS FAT16 или логический диск с использованием расширений BIOS INT 13h
0Fh	расширенный	Расширенный раздел, использующий расширения BIOS INT 13h
12h	основной	EISA-раздел
42h	основной	Том динамического диска (Windows 2000 и старше)

Если коду системы в элементе таблицы раздела соответствует вид раздела «основной», это означает, что раздел используется операционной системой в качестве первичного раздела (Primary Partition). Первичный раздел используется операционной системой как логический диск. Первый логический диск (первичный раздел) обычно является активным и из него выполняется загрузка операционной системы.

Если в элементе таблицы разделов байт кода системы имеет значение, соответствующее виду раздела «расширенный», то раздел, указанный в этом элементе будет раздел использоваться как расширенный раздел (Еxtended partition). В начале расширенного раздела располагается сектор, содержащий таблицу логических дисков. Фактически эта таблица является расширением таблицы разделов диска, расположенной в самом первом секторе физического диска. Таблица логических дисков имеет формат, аналогичный таблице разделов диска, но имеет только два элемента. Подробно это будет рассмотрено ниже.

Если в поле кода раздела записан 0, то описатель считается пустым, то есть он не определяет на диске никакого раздела.

4. В поле конец раздела – соответствующие номера (головки, сектора и цилиндра) для конечного сектора данного раздела (Ending Head, и Ending Sector, Ending Cylinder).

5. Относительный номер первого сектора раздела (Relative Sectors) – это число, которое показывает позицию раздела, т.е. адрес начала раздела в режиме LBA. Такой способ адресации используется современных версиях Windows с файловыми системами NTFS и FAT32.

6. Поле размер раздела в секторах (Total Sectors) указывает общее число секторов в томе. Используется в режиме адресации LBA.

При использовании стандартного размера сектора (512 байт) и 32-битового представления числа секторов максимальный объем раздела ограничивается числом 2 Тбайт (или 2 199 023 255 552 байт).

Сигнатура

Последние два байта MBR называются сигнатурой. Сигнатура говорит BIOS'у о том, что это действительно MBR, а не что-то еще. Значение этих байтов должно быть 55h AAh. В случае, если это не так, запись считается некорректной.