Организация данных на жестком диске

Хотя каждая поверхность магнитного диска представляет собой двухмерное пространство, наличие в накопителе нескольких поверхностей-носителей (4,6,8 и более) позволяет ввести третью размерность размещения данных — «высоту» (номер головки). Так как

В современных приводах с подвижной катушкой головки перемешаются по дуге, что, однако, не меняет сути дела — они могут быть установлены на любом расстоянии от оси вращения дисков (естественно, в пределах рабочих участков поверхностей носителей). — Прим. ред.

одноименные дорожки на всех носителях расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения «стопки», то их совокупность можно представить в виде цилиндра, проходящего через все магнитные диски. Количество цилиндров равно количеству дорожек на одной стороне магнитного диска.

Дорожки записи разделены на более мелкие одинаковые сегменты, которые называются секторами. В каждом секторе содержится по 512 байт данных. Кроме полезной информации, во все секторы записываются служебные данные, используемые для идентификации секторов и дорожек, а также байты результатов расчетов по методу избыточного циклического контроля (CRC— Cyclic Redundancy Check) и байты кодов коррекции ошибок (ЕСС— Error Correction Code), предназначенные для контроля правильности считывания. Информация о расположении секторов (их идентификаторы) записывается при низкоуровневом форматировании накопителя на предприятии-изготовителе. После форматирования жесткого диска подлежат изменению (перезаписи) только содержащиеся в секторе полезные данные и байты ЕСС. Если идентификатор сектора будет случайно перезаписан или поврежден, вся информация, содержащаяся в этом секторе, будет потеряна.

На рис. 13.7 показана структура сектора типичного накопителя на жестких дисках фирмы Maxtor. Нетрудно заметить, что его полный размер существенно превышает 512 байт. Начало каждого сектора отмечается специальной меткой. Метка, помечающая первый сектор дорожки, называется индексной меткой или маркером. Каждый сектор разбит на две части: зону адреса и зону данных. В зоне адреса записываются данные, необходимые для идентификации сектора. Эта информация чрезвычайно важна, так как накопитель в любой момент времени должен точно знать, на каком цилиндре, какой головкой и в каком секторе производится запись или считывание данных. Информация о расположении сектора записывается в поле адреса, за которым следуют два байта CRC. После считывания координат текущего сектора в накопителе рассчитывается код CRC, который сравнивается затем с аналогичным кодом, записанным на диске. Если эти коды соответствуют друг другу, то полученные координаты считаются истинными, и операция считывания или записи продолжается. В противном случае данные воспринимаются как ошибочные, и весь сектор рассматривается как поврежденный. В таких ситуациях на экран компьютера обычно выводится сообщение о неустранимой ошибке.

 

Рис. 13.7

 

Структура сектора типичного накопителя на жестких дисках (Maxtor Corporation)

Служебные поля сектора используются для синхронизации систем накопителя и компенсации различных задержек. Как уже говорилось выше, в поле данных может быть записано до 512 байт полезной информации. В процессе считывания эти данные обрабатываются по методу Рида-Соломона для получения 11 байтов кода ЕСС. Вычисленный результат сравнивается с кодом ЕСС, записанным на диске. В результате сравнения могут возникнуть три случая. Если коды совпадают, то данные считаны корректно. Если коды не совпадают, то в некоторых случаях данные могут быть восстановлены с использованием кода ЕСС (если количество ошибок ограничено). В самом печальном случае контроллер решает, что сектор прочесть не удалось, и фиксирует аппаратную ошибку чтения. В процессе записи старый код ЕСС заменяется новым значением, которое вычисляется на основе записываемых данных. Еше раз отметим, что после форматирования диска перезаписи подлежат только поля данных и ЕСС. Все остальные поля остаются неизменными до тех пор, пока диск не будет переформатирован заново. Эта процедура производится только в тех случаях, когда по мере старения диска и потери остаточной намагниченности перестают читаться данные в области адресов у значительного количества секторов.

Кластер (англ. cluster) — в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов. Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла. Понятие кластер используется в файловых системах FAT и NTFS. Другие файловые системы оперируют схожими понятиями (зоны в Minix, блоки в Unix).

Се́ктор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах (НЖМД, дискета, CD). Является частью дорожки диска. У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт(например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков)., известный как расширенный формат (Advanced Format).