6.1. Фізична організація жорсткого диска
6. ФАЙЛОВІ СИСТЕМИ
Історія систем управління даними у зовнішній пам'яті починається ще з магнітних стрічок, але сучасного вигляду вони набули з появою магнітних дисків. До цього кожна прикладна програма сама вирішувала проблеми іменування даних та його структуризації у зовнішній пам'яті.
Розгляд принципів побудови та особливостей функціонування файлових систем доцільно розпочати з основ фізичної організації носія більшості файлових систем – жорсткого диска.
6.1. Фізична організація жорсткого диска
Фізична організація жорсткого диска
Основним типом пристроїв, які використовуються в сучасних обчислювальних системах для зберігання файлів є дискові накопичувачі. Ці пристрої призначені для зчитування та запису даних на жорсткі та гнучкі магнітні диски. Жорсткий диск складається з однієї або кількох скляних чи металевих пластин, кожна з яких покрита з однієї або двох сторін магнітним матеріалом. Таким чином, диск у випадку складається з пакета пластин (рис. 34).
Рисунок 34 – Схема пристрою жорсткого диска
На кожній стороні кожної пластини розмічені тонкі концентричні кільця -доріжки(англ.traks), на яких зберігаються дані. Кількість записів залежить від типу диска. Нумерація доріжок починається з 0 від зовнішнього краю центру диска. Коли диск обертається, елемент, який називають головкою, зчитує двійкові дані з магнітної доріжки або записує їх на неї.
Головка може позиціонуватись над заданою доріжкою. Головки переміщаються над поверхнею диска дискретними кроками, кожен крок відповідає зсуву одну доріжку. Запис на диск здійснюється завдяки здатності головки змінювати магнітні властивостідоріжки. У деяких дисках вздовж кожної поверхні переміщується одна головка, а в інших – по головці на кожну доріжку. У першому випадку для пошуку інформації головка повинна переміщатися радіусом диска. Зазвичай всі головки закріплені на єдиному механізмі, що переміщає, і рухаються синхронно. Тому, коли головка фіксується на заданій доріжці однієї поверхні, решта голівок зупиняються над доріжками з такими ж номерами. У тих же випадках, коли на кожній доріжці є окрема голівка, жодного переміщення головок з однієї доріжки на іншу не потрібно, за рахунок цього економиться час, що витрачається на пошук даних.
Сукупність доріжок одного радіусу на всіх поверхнях всіх пластин пакета називаєтьсяциліндром(англ.cylinder). Кожна доріжка розбивається на фрагменти, які називаютьсекторами(англ.sectors) абоблоками(англ.blocks), так що всі доріжки мають рівне число секторів, в які можна максимально записати те саме число байт. Сектор має фіксований для конкретної системи розмір, що виражається ступенем двійки. Найчастіше розмір сектора складає 512 байт. Враховуючи, що доріжки різного радіусу мають однакову кількість секторів, щільність запису стає тим вищою, чим ближче доріжка до центру.
Операційна система під час роботи з диском використовує, зазвичай, власну одиницю дискового простору, званукластером. При створенні файлу місце на диску виділяється кластерами. Наприклад, якщо файл має розмір 2560 байт, а розмір кластера у файловій системі визначений у 1024 байт, то файлу буде виділено на диску 3 кластери.
Рисунок 35 – Зчитування надлишкових даних під час обміну з диском
Доріжки та сектори створюються в результаті виконанняпроцедури фізичного або низькорівневого форматування диска, що передує використанню диска. Для визначення меж блоків диск записується ідентифікаційна інформація. Низькорівневий формат диска не залежить від типу ОС, яка використовуватиме цей диск.
Розмітку диска під конкретний тип файлової системи виконують процедури високорівневого або логічного форматування. При високорівневому форматуванні визначається розмір кластера і на диск записується інформація, необхідна для роботи файлової системи, у тому числі інформація про доступний і невикористовується просторі, про межі областей, відведених під файли і каталоги, інформація про пошкоджені області.
Жорсткий диск може містити до чотирьох основних розділів. Це обмеження пов'язане з характером організації даних на жорстких дискахIBM-сумісних комп'ютерів.
У першому фізичному секторі жорсткого диска розташовується головний запис завантаження та таблиця розділів (табл. 1).
Головний запис завантаження (англ.master boot record,MBR) – перша частина даних на жорсткому диску. Вона зарезервована для програми початкового завантаженняBIOS(ROM Bootstrap routine), яка при завантаженні з жорсткого диска зчитує та завантажує в пам'ять перший фізичний сектор на активному розділі диска, що називаєтьсязавантажувальний сектор(англ.Boot Sector). Програма, розташована вMBR, має назвупозасистемного завантажувача(Non-System Bootstrap,NSB).
Кожна запис у таблиці розділів (англ.partition table) містить початкову позицію і розмір розділу на жорсткому диску, і навіть інформацію у тому, перший сектор якого розділу містить завантажувальний сектор.