Строение дискового пространства

Основным типом устройства, которое используется в современных вычислительных системах для хранения файлов, являются дисковые накопители. Эти устройства предназначены для считывания и записи данных на жесткие и гибкие магнитные диски.

Жесткий диск состоит из одной или нескольких стеклянных или металлических пластин, каждая из которых покрыта с одной или двух сторон магнитным материалом. Таким образом, диск в общем случае состоит из пакета (набора) пластин (Рис. 19).

На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические кольца дорожки (traks), на которых хранятся данные. Количество дорожек зависит от типа диска. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру диска. Когда диск вращается, элемент, называемый головкой, приближается к поверхности диска и считывает двоичные данные с магнитной дорожки или записывает их на магнитную дорожку.

Рис. 19. Схема устройства жесткого диска

Головка может позиционироваться над заданной дорожкой. Головки перемещаются над поверхностью диска шагами, каждый шаг соответствует сдвигу на одну дорожку. Запись на диск осуществляется благодаря способности головки изменять магнитные свойства дорожки.

Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин пакета называется цилиндром (cylinder). Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами (sectors), или блоками (blocks), так что все дорожки имеют равное число секторов, в которые можно записать одно и то же число байт. Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, выражающийся степенью двойки. Чаще всего размер сектора составляет 512 байт. Дорожки разного радиуса имеют одинаковое число секторов, поэтому плотность записи становится тем выше, чем ближе дорожка к центру.

Сектор — наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора. Типичный запрос включает чтение нескольких секторов.

Операционная система при работе с диском использует, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером (clustery) или блоком. При создании файла место на диске ему выделяется кластерами. Например, если файл имеет размер 2560 байт, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера. Размер кластеров зависит от типа файловой системы и размера диска. Например, для дискеты 1,44Мб он составляет 2 сектора или 1024 байта.

Дорожки и секторы создаются в результате выполнения процедуры физического - низкоуровневогоформатирования диска, предшествующей использованию диска. Для определения границ блоков на диск записывается идентификационная информация. Низкоуровневый формат диска не зависит от типа операционной системы, которая этот диск будет использовать.

Разметку диска под конкретный тип файловой системы выполняют процедуры высокоуровневого - логического форматирования. При высокоуровневом форматировании определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая для работы файловой системы, в том числе информация о доступном и неиспользуемом пространстве, о границах областей, отведенных под файлы и каталоги, информация о поврежденных областях.

В первый сектор диска записывается загрузчик операционной системы — небольшая программа, которая начинает процесс загрузки операционной системы после включения питания или рестарта компьютера.

Прежде чем форматировать жесткий диск под определенную файловую систему, он может быть разбит на разделы. Раздел — это непрерывная часть физического диска, включающая некоторое количество цилиндров, которую операционная система представляет пользователю как логическое устройство (используются также названия логический диск и логический раздел, том). Логический диск функционирует так, как если бы это был отдельный физический диск. Именно с логическими устройствами работает пользователь, обращаясь к ним по символьным именам, используя обозначения А:, В:, С:, и т. п. На каждом логическом устройстве может создаваться только одна файловая система.

На разных логических устройствах одного и того же физического диска могут располагаться файловые системы разного типа.

Операционная система может поддерживать разные статусы разделов, особым образом отмечая разделы, которые могут быть использованы для загрузки модулей операционной системы, и разделы, в которых можно устанавливать только приложения и хранить файлы данных. Один из разделов диска помечается как загружаемый (или активный). Именно из этого раздела считывается операционная система.