Логическая структура магнитного жесткого диска, система адресации

1. Логическая структура магнитного диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байтов), каждый из которых имеет свой порядковый номер (например, 100). Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы FАТ и от емкости жесткого диска.

Таблица FАТ16 может адресовать 2¹⁶ = 65 536 кластеров. Для дисков большой емкости размер кластера оказывается слишком большим, так как информационная емкость жестких дисков может достигать 150 Гбайт и более.

Например, для диска объемом 40 Гбайт размер кластера будет равен:

40 Гбайт/65536 = 655 360 байт = 640 Кбайт.

Файлу всегда выделяется целое число кластеров. Например, текстовый файл, содержащий слово «информатика», составляет всего 11 байтов, но на диске этот файл будет занимать целиком кластер, то есть 640 Кбайт дискового пространства для диска емкостью 150 Гбайт. При размещении на жестком диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры лишь частично, что приведет к большим потерям свободного дискового пространства.

Эта проблема частично решается с помощью использования таблицы FАТ32, в которой объем кластера принят равным 8 секторам или 4 килобайтам для диска любого объема.

В целях более надежного сохранения информации о размещении файлов на диске хранятся две идентичные копии таблицы FАТ.

Преобразование FАТ16 в FАТ32 можно осуществить с помощью служебной программы Преобразование диска в FАТ32, которая входит в состав Windows.

2. Система адресации на жёстких дисках

Жёсткий диск, как известно, имеет одну или несколько пластин (Platters). Каждая платина имеет две рабочих поверхности – Surface (поверхности, на которые напылён магнитный слой). Иногда для уменьшения высоты диска крайние пластины обеспечивают только одной рабочей поверхностью. Количество поверхностей совпадает с количеством магнитных головок (Heads), поэтому в характеристиках жёсткого диска эти два термина часто употребляются как синонимы.

Рабочая поверхность покрыта концентрическими окружностями – дорожками (Track). Дорожки пронумерованы, начиная с внешней, в сторону оси вращения пластины. Одноимённые дорожки разных поверхностей диска, расположенные строго друг под другом, логически объединяются в цилиндры (Cylinder). Блок магнитных головок перемещается на другую дорожку после того, как считана/записана информация на всех дорожках данного цилиндра.

Каждая дорожка рабочей поверхности сформирована из цепочки пронумерованных секторов- участков поверхности с записанной на неё информацией. Сектор является наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес на жестком диске. Для того чтобы прочесть или записать нужную информацию в нужное место, необходимо представить адрес блока в качестве параметра команды, выдаваемой контроллеру жесткого диска. Адрес складывается из номера цилиндра (дорожки), номера головки (поверхности) и номера сектора. Вместимость сектора- 512 байт. Поскольку длина окружности дорожек сокращается от края пластины к её середине, то число секторов в дорожках постепенно уменьшается от внешней дорожки к крайней внутренней.

Чтобы уменьшить число обращений компьютера к жёсткому диску при чтении/записи и увеличить этим скорость работы, секторы логически объединяются в блоки- кластеры, имеющих собственную нумерацию. Таким образом, чтение и запись информации на магнитные диски ведётся не в отдельные секторы индивидуально, а в группы из нескольких последовательно расположенных секторов (кластеры).

Содержание 0-го сегмента(?), MBR

Master Boot Record (MBR) — это первый сектор (первые 512 байт) устройства хранения данных. MBR - это не партиция, а участок памяти, зарезервированный для загрузчика операционной системы и таблицы разделов диска.

Нулевой сектор физического жёсткого диска содержит так называемую главную загрузочную запись (MBR — Master Boot Record). При начальной загрузке компьютера с жёсткого диска BIOS считывает этот сектор в оперативную память и передаёт управление содержащемуся в нём коду начального загрузчика; подробнее об этом можно прочитать в статье Начальная загрузка компьютера.

MBR логически можно разделить на три области: код начального загрузчика (446 байт), таблицу разделов (четыре записи по 16 байт каждая, первая запись находится по смещению 1BEh от начала MBR) и сигнатуру — слово со значением AA55h, занимающее последние два байта MBR (смещение 1FEh). BIOS проверяет сигнатуру, чтобы убедиться в корректности MBR; если сигнатура не равна указанному значению, загрузка не выполнения и выдаётся сообщение об ошибке. В операционных системах Microsoft серии Windows NT и их последовательницах, включая Windows Vista и Windows 7, а также в некоторых альтернативных системах длина области загрузчика сокращена до 440 байт; непосредственно за ней (со смещения 1B8h) следует четырёхбайтовая сигнатура («номер») диска и два резервных байта, обычно равных нулю.

Начальный загрузчик, находящийся в MBR, в общем случае определяет, какой из разделов диска является активным, загружает в память первый сектор этого раздела и передаёт ему управление.