Зонирование (зонно-секционная запись)

Название «Винчестер»

Название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила накопитель с одним несъемным и одним сменным дисками емкостью по 30 Мбайт. Это устройство получило название «30-30», что означало два диска по 30 МБ каждый. Такое цифровое обозначение (30-30) совпало с обозначением популярного нарезного оружия Winchester, поэтому термин винчестер вскоре стал применяться в отношении любого стационарно закрепленного жесткого диска.

В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус

Жесткие диски

Конструкция HDD

Винчестер по отношению к компьютеру является внутренним (встраиваемым) устройством, которое крепится в специальном монтажном отсеке - drive bays (внешние жесткие диски мы здесь рассматривать не будем). Габаритные размеры винчестеров характеризуются так называемым форм-фактором. Как правило, форм-фактор указывает горизонтальный размер диска. Приведём основные типоразмеры жёстких дисков (Таблица 1).

Таблица 1 Форм-факторы жестких дисков

Размер HDD в дюймах (Форм-фактор)	Типичные габариты, мм	Типичные объёмы, Гбайт
3,5	102 x 25 x 146	40, 60, 80, 120, 160, 200, 250, 300, 400
2,5	70 x 9,5 x 100	30, 40, 60, 80, 100, 150
1,8	54 x 7 x 70	20, 30, 40
	30 x 5 x 40	2, 4
0,8	24 x 4 x 30	2, 4

 

Для настольного компьютера предлагаются 3,5-дюймовые диски, для ноутбуков – 2,5-дюймовые. Диски размером 1,8- и 1 дюймов используются в различной электронике, в основном в видео и аудиоплеерах. Наконец, 0,8 дюймов – специальная серия дисков для сотовых телефонов.

Весь накопитель на жестких дисках, как устройство, делится на две крупные составляющие: плату электроники и гермозону или «банку», внутри которой уже находятся магнитные диски, блок магнитных головок, шпиндельный двигатель.

Гермозона (герметичная зона) - полость жесткого диска, закрытого корпусом из прочного сплава внутри которого находиться очищенный от частиц пыли воздух. Герметична эта зона именно для того, чтобы не допустить попадания пыли внутрь винчестера. Гермозона обычно не является абсолютно герметичной, так как в конструкции жестких дисков присутствует специальное технологическое отверстие с очищающим фильтром для доступа воздуха и выравнивания давления – барометрический фильтр, который способен задерживать частицы размером более 0,3 мкм, что соответствует стандартам чистоты атмосферы внутри жесткого диска. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, а также частички, которые осыпаются с дисков при вращении, сносятся на ещё один фильтр — рециркуляции т.е. пылеуловитель.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава (существуют модели с керамическими и даже стеклянными пластинами). Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Обычно диски содержат от 1 до 3 пластин, но существуют модели с большим числом пластин.

Рисунок 1 Конструкция жесткого диска

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Пакет дисков приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Характерная скорость вращения позволяет косвенно судить о производительности (внутренней скорости). Чем выше скорость вращения, тем больше скорость обмена информацией с диском, но высокие скорости вращения порождают проблемы, связанные с балансировкой, тепловыделением, гироскопическим эффектом и аэродинамикой головок. Современные диски имеют характерные скорости вращения от 3600 об/мин до 15000 об/мин (домашние системы – 5400 и 7200 об/мин, специализированные серверные жёсткие диски разгоняются до 10 000 15 000 об/мин). Для стабилизации скорости вращения используется схема управления двигателем с обратной связью (автоподстройкой).

Следующий элемент в конструкции жесткого диска, который мы рассмотрим, это блок магнитных головок или БМГ. Блок магнитных головок называется блоком потому, что конструктивно, кроме самих головок чтения-записи на нем расположена микросхема предварительного усилителя-коммутатора, которая усиливает сигнал, получаемый при чтении информации с магнитного диска.

Собственно блок головок это пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск) Каждая головка установлена на конце рычага на пружине, слегка прижимающего ее к диску. Диск как бы зажат между парой головок. Когда накопитель выключен, головки касаются дисков под действием пружин. При раскручивании дисков аэродинамическое давление под головками повышается, и они отрываются от рабочих поверхностей. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. При полной скорости диска зазор между поверхностью диска и головкой составляет 0,08 - 0,12 мкм. Из-за малого размера этого зазора блок гермоблок можно вскрывать только в абсолютно чистых помещениях, т.к. любая пылинка может привести к ошибкам при считывании данных и даже столкновении головок с диском.

С помощью механизма привода головок головки перемещаются от центра диска к его краям (перемещение головок происходит не по прямой линии, а по радиусу) и устанавливаются на заданный цилиндр. Устройство позиционирования головок состоит из сильного постоянного магнита и катушки на подвижном блоке головок. При появлении в катушке электрического тока она смещается относительно жестко закрепленного постоянного магнита, передвигая при этом блок головок. Для позиционирования головок используется специальная система наведения, которая точно подводит головки к нужному цилиндру.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. В настоящее время используются магниторезистивные (MR – Magneto-Resistive) головки, которые представляют собой симбиоз двух типов головок: магниторезистивная часть предназначена для чтения, а для записи – индуктивная тонкопленочная часть. Через MR-головку протекает ток, когда головка проходит над участками диска с разным значением намагниченности ее сопротивление изменяется. А раз меняется сопротивление, то меняется и ток. Применение таких типов головок потребовало применение системы изменения зазора во время работы. Дело в том, что для записи зазор должен быть больше, чем для считывания.

Так как жесткие диски не являются полностью герметичными устройствами, фирмы-изготовители указывают для них диапазон высот над уровнем моря, в котором они сохраняют работоспособность (обычно от -300 до +3000 м), поскольку высота полета магнитной головки зависит от разреженности воздуха. В разряженном воздухе просвет между головкой и диском слишком мал.

Геометрия магнитного диска

С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки (треки) — концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки — сектора. Сектор является минимальной адресуемой областью данных. Стандартный размер сектора – 512 байт. (Некоторые производители дисков планируют переход на размер сектора 4096 байт). Количество секторов может быть разным в зависимости от плотности дорожек и типа накопителя. Например, дорожка жесткого диска может содержать от 63 до 700 секторов. Сектора имеют сквозную нумерацию, начиная с 1.

Современные накопители со встроенными быстродействующими контроллерами, способны за один оборот диска записать или считать все секторы дорожки.

Рисунок 2 Геометрия HDD

Цилиндр — совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жесткого диска. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

Данные на чистый диск начинают записываться с внешнего цилиндра.

 

Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.

Адресация CHS

В простейшем случае для указания конкретного сектора диска используется система адресации по физическим адресам накопителей, т.е. сектор адресуется по его физическому положению на диске тремя координатами — номером цилиндра, номером головки и номером сектора. Название CHS это сокращение от английского Cylinder, Head, Sector. Адресация CHS предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов. В современных дисках координаты CHS уже не соответствуют физическому положению сектора на диске и являются «логическими координатами» (см. Логическая геометрия ниже)

Для стандартного размера сектора емкость диска находится по следующей формуле:

V = CYL*HDS*SPT*512 байт,

где CYL – количество цилиндров на диске; HDS — количество головок; SPT — количество секторов на дорожке.

 

Адресация LBA

Используемая в современных жестких дисках линейная адресация получила название LBA (Logical Block Addressing). При этом способе адресации сектор задается единственным числом — своим абсолютным номером на диске (номером логического блока).

Изначально применялся стандарт LBA28, что позволяло использовать 28-битный адрес сектора, то есть максимальный объём диска мог достигать примерно 128ГБ. Однако, в последнее время объём данных на жёстких дисках превысил эту величину, вследствие чего появился стандарт LBA48 (с 48-битной адресацией секторов).

В режиме LBA параметры стандартных вызовов (CHS) транслируются в линейный адрес, который вычисляется однозначно в «естественном» порядке счета секторов. Сектору с нулевым логическим адресом соответствует первый сектор нулевой головки нулевого цилиндра. Общая формула вычисления логического адреса выглядит так:

 

LBA = (C * HDS+H)*SPT+S - 1,

 

где C, H и S — номера цилиндра, головки и сектора в пространстве CHS; HDS — количество головок; SPT — количество секторов на треке.

Современные версии BIOS имеют встроенный механизм трансляции в режим CHS, который включается для дисков объемом более 504 Мб.

Резервные секторы

Для увеличения срока службы диска на каждой дорожке могут присутствовать дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remapping). Данные, хранившиеся в нём, при этом могут быть перенаправлены на резервный сектор при помощи таблицы переназначения секторов. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации. Границы зон, количество секторов на дорожку для каждой зоны и таблицы переназначения секторов хранятся в памяти блока электроники.

Логическая геометрия

По мере роста емкости выпускаемых жестких дисков их физическая геометрия перестала вписываться в ограничения, накладываемые программными и аппаратными интерфейсами. Кроме того, дорожки с различным количеством секторов несовместимы со способом адресации CHS. В результате контроллеры дисков стали сообщать не реальную, а фиктивную, логическую геометрию, вписывающуюся в ограничения, но не соответствующую реальности. Так, максимальные номера головок и секторов для большинства моделей берутся 63 и 255 (максимально возможные значения в функциях BIOS, предназначенных для работы с диском), а число цилиндров подбирается соответственно емкости диска. Именно отсюда берутся неправдоподобно большие количества головок, указанные в параметрах винчестеров.

Контроллер диска пересчитывает заданные логические адреса секторов (задаваемые тремя координатами — номером цилиндра, номером головки и номером сектора) в физические, при этом учитывается логическая геометрия диска, зонная запись и резервные секторы. Сама же физическая геометрия диска системе неизвестна.

 

Сервокоды

Для позиционирования головок используется заранее записанная на диске вспомогательная информация - сервокод. Сервокоды (другое название сервометки) записываются на диск при сборке накопителя и не изменяются в течении всего срока эксплуатации. При обычных операциях записи и считывания удалить сервокоды невозможно. Для управления приводами в настоящее время используются два способа записи сервокодов:

Встроенные коды.

В данном случае сервокоды записываются не только в начале каждого цилиндра, но и перед началом каждого сектора. Это означает, что сигналы обратной связи поступают на схему привода несколько раз в течение одного оборота диска. Этот способ используется в большинстве современных накопителей.

Специализированный диск.

При данном способе сервокоды записываются вдоль всей дорожки, а не только один раз в ее начале или в начале каждого сектора. Одна из сторон одного из дисков выделяется исключительно для записи сервокодов. Данные на этой стороне не хранятся. Отличительный признак накопителя со специализированным диском - нечетное количество головок. Практически во всех накопителях большой емкости используется этот способ записи сервокодов.

Технологии жесткого диска

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.

Пример логической организации диска

Поясним логическую структуру диска на конкретном примере. Хотя любые современные диски используют метод адресации LBA, мы будем разбирать организацию основанную на методе CSH, так этот метод дает намного более наглядную картину. В качестве примера для разбиения будем рассматривать физический диск со следующими параметрами: цилиндров– 38309, поверхностей (головок) – 16, секторов на дорожке - 255. Несложно подсчитать объем такого диска:

 

V = CYL*HDS*SPT*512 =

38309 * 16 * 255 * 512 = 80 025 968 640 байт.

 

Будем организовывать на нашем физическом диске три логических (C:, D:, E:) в пропорции по размеру примерно 10% – 10% – 10%. Пример разбиения этого диска представлен на рисунке …. Соответствующие этому разбиению таблицы разделов и логических дисков отображены в таблице …. Заметим, что таблицы показаны в упрощенном виде для большей наглядности (напоминаем, что полный формат элемента MBR или SMBR представлен в таблице 4).

Схема, иллюстрирующая логическую структуру жесткого диска, т.е. разбиение его на разделы, представлена на рис. 4.

В самом начале физического диска располагается главная загрузочная запись MBR, находящаяся в первом секторе диска — цилиндр 0, головка 0, сектор 1. Внутри MBR располагается таблица разделов. Из четырех элементов находящихся в таблице разделов мы будем использовать только – первичный (Primary) и расширенный (Extened).

Рисунок 4. Логическая организация жесткого диска

Первая запись таблицы разделов описывает первичный раздел. Этот первичный раздел содержит один логический диск – C:. Так как раздел должен начинаться с первого сектора на дорожке, наш логический диск начинается с 1-го сектора, 0-го цилиндра, первой (а не нулевой) поверхности. С первой поверхности этот диск начинается так как первый сектор на нулевой поверхности уже занят – там находится сам MBR. Если это представить наглядно, то MBR будет располагаться на верхней поверхности диска, а первый сектор логического диска буде располагаться на нижней поверхности прямо под ним. Сектора располагающиеся после MBR на нулевой дорожке (с номерами от 2 до 255) остаются не использованными. На рисунке 4 заштрихованная область соответствует всем неиспользуемым секторам.

 

Таблица 4 Заполнение таблиц разделов жесткого диска (пример)

Тип раздела	Признак активного раздела	Инф-я о разделе	Размер раздела
Начало	Конец
H	C	S	H	C	S
Первичный (Primary)	80h							Около 40%
Расширенный (Extended)	00h

SMBR ₁

Первичный (Primary)	00h							Около 48%
Расширенный (Extended)	00h

SMBR ₂

Первичный (Primary)

00h

Около 12%

 

Заканчиваться разделы должны на границе цилиндра, поэтому последний сектор логического диска C: будет иметь адрес: цилиндр 15301 (что соответствует примерно 40% всех цилиндров), головка 15 (последняя поверхность диска), сектор 255 (последний сектор на дорожке).

Признак активного раздела в первой записи таблицы разделов отмечен как активный (код 80h), это означает, что операционная система будет загружаться с логического диска C:.

Вторая запись таблицы разделов из MBR описывает расширенный раздел для этого в поле «идентификатор системы» должен находиться код, которому соответствует расширенный вид раздела. Этот раздел начинается сразу же за последним сектором логического диска C:, т.е. адрес первого сектора расширенного раздела будет следующим: цилиндр - 15301, головка - 0, сектор - 1. Расширенный раздел будет занимать все свободные (оставшиеся после выделения логического диска C:) сектора. Это значит, что расширенный раздел заканчивается в самом последнем секторе физического диска: цилиндр - 38309, головка - 15, сектор - 255. Так как из расширенного раздела никакой загрузки быть не может, в поле признака активного раздела во втором элементе таблицы разделов будет записан ноль.

Как уже отмечалось, расширенный раздел сам имеет структуру аналогичную структуре физического диска. Первый сектор расширенного раздела (его адрес мы уже привели) содержит вторичную главную загрузочную запись (SMBR). Внутри SMBR находятся таблица разделов расширенного раздела, состоящая из двух элементов.

Первый элемент этой таблицы задает первичный (Primary) раздел, отведенный под очередной логический диск (D:). Логический диск опять начинается с первого сектора 1-й поверхности, таким образом, между SMBR и разделом опять остаются неиспользуемые сектора, также как между MBR и логическим диском C:. Таким образом, первый сектор второго логического диска будет располагаться по адресу: цилиндр - 15301, головка - 1, сектор - 1. Отведем на второй логический диск 18400 цилиндров (48% от общего объема физического диска). Последний сектор логического диска D: будет иметь адрес: цилиндр - 33700, головка - 15, сектор - 255.

Если логический диск занимает не весь объем расширенного раздела (как в нашем случае), то второй элемент таблицы разделов (находящийся в SMBR) указывает на положение следующего (в нашем случае второго) расширенного раздела. Первым сектором этого раздела будет сектор, следующий за логическим диском D:, его адрес: цилиндр - 33701, головка - 0, сектор - 1. Заканчивается второй расширенный раздел опять в самом последнем секторе физического диска: цилиндр - 38309, головка - 15, сектор - 255. Т.е. расширенные разделы являются вложенными друг в друга; все они располагаются в области, описанной в главной таблице разделов как расширенный раздел. В главной таблице описан лишь один расширенный раздел.

Для второго расширенного раздела применима та же логика, что и для первого. В первом секторе этого раздела находится еще одна вторичная главная загрузочная запись (SMBR2). В SMBR2 опять находится таблица разделов расширенного раздела. Поскольку в этом расширенном разделе должен присутствовать только один логический диск (Е:), в таблице разделов должен находиться только один элемент, описывающий этот диск. В поле «Идентификатор системы» этого элемента будет код для описания первичного раздела. Начальный сектор логического диска Е: будет располагаться в первом подходящем для этого секторе после SMBR2, т.е. адрес начального сектора этого диска определиться так: цилиндр - 33701, головка - 1, сектор - 1. (Между SMBR2 и началом диска опять остается свободное место на нулевой поверхности.)

Так как логический диск Е: занимает все свободное место во втором расширенном разделе, адрес конечного сектора логического диска совпадет с адресом последнего сектора второго расширенного раздела, который в свою очередь совпадает с адресом последнего сектора физического диска (цилиндр - 38309, головка - 15, сектор - 255).

Файловые системы

Файловая система (File System) - это способ организации хранения информации на каком-либо носителе (обычно магнитном, оптическом или флэш-диске) в виде набора файлов.

Понятие файл (file) можно определить какнабор логически связанных между собой данных, пригодных для хранения на долговременных носителях информации и с точки зрения человека выступающих как единое целое. Файлы могут содержать текстовые документы, исходные и машинные коды программ, мультимедийную информацию и т.д. Внутренняя структура файлов может быть произвольной, важно лишь, что с «внешней» точки зрения каждый файл можно рассматривать как единое целое.

Каждый файл обязательно имеет имя, с помощью которого файлы отличаются друг от друга. Длина имени и символы, которые могут в него входить, равно как и максимальная длина файла зависят от того, какая файловая система применяется для хранения файлов (см. ниже). Файл имеет также набор атрибутов, дополнительно характеризующих его и оговаривающих возможные способы его использования. Информация обо всех файлах, хранящихся на данном носителе, собрана в специальные структуры данных, организация которых зависит от типа файловой системы. В большинстве современных файловых систем набор сведений о файлах называется каталогом (directory, иногда catalogue). В большинстве современных операционных систем каталоги могут образовывать древовидную иерархию.

Программное обеспечение, реализующее ту или иную файловую систему, в общем случае выполняет такие функции, как выделение на носителе (например, диске) места под файлы и под служебную информацию о них, поиск файлов по заданным критериями, защиту файлов от несанкционированного доступа и т.п. Как правило, программное обеспечение, реализующее файловую систему, логически интегрировано в состав операционной системы, поэтому с точки зрения прикладной программы последняя работает с файлами через сервисы, предоставляемые операционной системой.

В мире существовали и существуют сотни файловых систем, однако лишь сравнительно небольшое их количество широко используется в настоящее время. В настоящее время в персональных компьютерах под управлением системы Windows используются две системы: файловая система FAT и ее разновидности, а также файловая система NTFS, нацеленная на эффективную работу с большими дисками и на обеспечение целостности данных (защиту целостности данных при сбоях в системе). Для хранения информации на оптических носителях (лазерных дисках) применяются другие файловые системы: ISO 9660, ISO 9690, HFS, UDF и др. Системы жёстких дисков не годятся для оптических из-за серьёзных различий в принципах низкоуровневой организации хранения информации на этих носителях.

Так как файловая система FAT имеет сравнительно простую структуру, которая позволяет произвести ее детальный анализ, именно эту систему мы и будем изучать подробно. Это даст представление об общих принципах организации всех файловых систем. Фай