О дисководах и их использовании на современных компьютерах / Хабр

Магнитные диски используются как запоминающие устройства,позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании. Для работы с Магнитными Дисками используется устройство, называемое накопителем на магнитных дисках (НМД).

Основные виды накопителей:

· накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

· накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

· накопители на магнитной ленте (НМЛ);

· накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

· гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

· жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

· кассеты для стримеров и других НМЛ;

· диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

· информационная ёмкость;

· скорость обмена информацией;

· надёжность хранения информации;

· стоимость.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Обычно НМД состоит из следующих частей :

– контроллер дисковода,

– собственно дисковод,

– интерфейсные кабеля,

– магнитный диск

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием, которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего устройства.

Магнитные Диски бывают : жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи). Накопитель на жестких магнитных дисках – НЖМД(HDD). Накопитель на гибких магнитных дисках – НГМД(FDD).

Кроме НЖМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа — 1 или 2 Гб. Недостаток — высокая стоимость картриджа. Основное применение — резервное копирование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.

Жесткий магнитный диск

Жесткие магнитные диски представляют собой несколько металлических либо керамических дисков, покрытых магнитным слоем. Диски вместе с блоком магнитных головок установлены внутри герметичного корпуса накопителя на жестких магнитных дисках (НЖМД), обычно называемого винчестером.

Термин «винчестер» возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973гю), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30″/30″ известного охотничьего ружья «винчестер». Жесткий диск представляет собой очень сложное устройство с высокоточной механикой и электронной платой, управляющей работой диска.

Структура жестких дисков имеет в целом такую же структуру, как и гибкие магнитные диски.

Магнитные пластины, установленные в накопителе, размещены на одной оси и вращаются с большой угловой скоростью. Обе стороны каждой пластины покрыты тонким слоем намагниченного материалазапись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

У каждой магнитной стороны каждой пластины есть своя магнитная головка чтения/записи. Эти головки соединяются вместе и движутся радиально (по радиусу) по отношению к пластинам. Таки образом обеспечивается доступ к любой дорожке любой пластины

За счет использования нескольких магнитных пластин и гораздо большего количества дорожек на каждой стороне пластины информационная емкость жестких дисков может достигать 500 Гбайт.

Также как и НГМД, НЖМД относится к классу носителей с произвольным доступом к информации.

Основные характеристики винчестеров:

– быстродействие, определяемое временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных

– емкость, то есть максимальданных, который можно записать на носитель;

– время безотказной работы (обычно составляет примерно 50 лет).

Во всех современных дисковых накопителях устанавливается кэш-буфер (память), ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, тем выше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш-буфера в разных устройствах может изменяться в границах от 64 Кбайт до 2Мбайт.

Существуют сменные жесткие диски и, соответственно, дисководы для них. Главным образом они используются для переноса больших объемов информации между компьютерами либо для хранения архивных данных.

Основной тип – Jaz-диск. Его емкость в зависимости от модели от 540 Мбайт до 1,07 Гбайт.

Гибкие магнитные диски

Одним из наиболее распространенных носителей информации являются гибкие магнитные диски (дискеты), или флоппи-диски. Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и покрыта специальной, достаточно плотной пленкой, покрытой ферромагнитным слоем.

Дискета помещается в твердый защитный пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри корпуса. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно.

Хранение данных, представленных двоичным кодом, обеспечивает магнитный слой, который может иметь намагниченные и ненамагниченные участки. Намагниченный участок поверхности кодируется как 1, ненамагниченный – как 0.

Информация записывается с двух сторон диска на дорожках, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Запись и чтение информации с дискеты возможна только при наличии на ней разметки на дорожки и секторы.

Для работы с гибкими магнитными дисками предназначено устройство, называемое дисководом, или накопителем на гибких магнитных дисках (НГМД). Нгмд относится к группе накопителей прямого доступа и устанавливается внутри системного блока.

НГМД приводится во вращение только при команде чтения или записи, в другое время он находится в покое. При обращении к НГМД для записи/чтения информации магнитная головка накопителя устанавливается над тем сектором диска, куда нужно записать или откуда требуется считать информацию.

Для этого один двигатель накопителя обеспечивает вращение диска внутри защитного конверта, а другой перемещает головку чтения / записи вдоль радиуса поверхности диска. Головка чтения-записи во время работы механически контактирует с поверхностью дискеты, что приводит к быстрому изнашиванию дискет.

Для того, чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска. Форматирование диска производится специальной программой, входящей в системное программное обеспечение.

Форматирование – создание физической и логической структуры диска.

Физическая структура диска

Основными элементами физической структуры диска являются:

Сторона

У каждой дискеты есть две стороны. Система рассматривает первую сторону с номером 0, а вторую – как сторону с номером 1.

Жесткие диски имеют несколько поверхностей для записи, называемых пластинами. Нумерация сторон следующая: первой стороне первой пластины присвоен номер 0, второй стороне – номер 1, первой стороне второй пластины – номер 2 и так далее.

Дорожка

Каждая сторона пластины разделена на концентрические полоски, называемые дорожками – зона для записи данных, к которой подводится головка считывания-записи.

Самая дальняя от центра дорожка на нулевой стороне верхней пластины диска – дорожка с номером 0 на стороне 0. Дорожки нумеруются последовательно от нулевой до самой ближней к центру. Число дорожек зависит от типа диска.

Сектор

Каждая дорожка делится на сектора. У диска на каждой дорожке одинаковое количество секторов. Нумерация секторов производится последовательно с 1 сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Каждый сектор имеет размер 512 байт. Поэтому плотность записи данных на дорожках, лежащих ближе к центру выше, чем на крайних.

Цилиндр – так называют дорожки, расположенные на разных сторонах диска (для жестких дисков и на разных пластинах), но имеющие одинаковый радиус.

Кластер – минимальный адресуемый элемент носителя информации (см. логическую структуру диска)

Форматирование физической структуры диска состоит в магнитной разметке поверхности диска на дорожки и секторы. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов. После форматирования гибкого диска 3,5″, его стандартные параметры будут следующие:

-сторон – 2

-дорожек на одной стороне – 80

-количество секторов на одной дорожке – 18

-информационная емкость сектора – 512 байт

Логическая структура диска

Основными элементами логической структуры диска являются:

Кластер – минимальный адресуемый элемент носителя информации, который может включать в себя несколько секторов. Размер кластера (от 512 байтов до 64Кбайт) зависит от типа используемой файловой системы. На гибком диске кластер равен 1 сектору, то есть минимальным адресуемым элементом на дискете является сектор.

Файловая система отслеживает, какие из кластеров в настоящий момент используются, какие свободны, какие помечены, как неисправные.

При записи файла всегда будет занято целое число кластеров, соответственно минимальный размер файла равен размеру одного кластера.

Таблица размещения файлов (FAT-таблица), в которой содержится полная информация о кластерах, которые занимают файлы.

Корневой каталог. Файловая система организует кластеры в файлы и каталоги. Каталоги реально являются также файлами определенной структуры, содержащими список файлов и подкаталогов, принадлежащих данному каталогу. Для размещения корневого каталога и таблицы FAT на гибком диске отводятся сектора со 2 по 33.

Первый сектор отводится для азмещения загрузочной записи операционной системы. Сами файлы могут быть записаны, начиная с 34 сектора.

Файлы

Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах), плотность записи и полная емкость. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, высокой плотности HD, имеющие емкость 1,44 Мбайта.

Что такое буфер обмена?

Буфер обмена — это временная область хранения информации, скопированной или перемещенной из одного места и предназначенной для вставки в другое место. Можно выбрать текст или графический объект и затем с помощью команд «Вырезать» или «Копировать» поместить выбранное в буфер обмена, где оно будет храниться до тех пор, пока не будет помещено в выбранное место с помощью команды «Вставить». Например, можно скопировать фрагмент текста с веб-узла, а затем вставить его в почтовое сообщение. Буфер обмена доступен в большинстве программ для Windows.

Файлы и каталоги

Файл (англ. file) — блок информации на внешнем запоминающем устройстве компьютера, имеющий определённое логическое представление (начиная от простой последовательности битов или байтов и заканчивая объектом сложной СУБД), соответствующие ему операции чтения-записи и, как правило, фиксированное имя (символьное или числовое), позволяющее получить доступ к этому файлу и отличить его от других файлов.

……………………………………………………………………………………………………………………………………..

Катало́г (англ. directory — справочник, указатель) — объект в файловой системе, упрощающий организацию файлов. Типичная файловая система содержит большое количество файлов и каталоги помогают упорядочить её путём их группировки.

Корневой каталог

Каталог, прямо или косвенно включающий в себя все прочие каталоги и файлы файловой системы, называется корневым. В Unix-подобных ОС он обозначается символом / (дробь, слеш), в DOS и Windows исторически используется символ (обратный слеш), но с некоторого времени поддерживается и /.

Родительский каталог

Родительским каталогом называется каталог, в котором находится текущий. Он обозначается двумя точками (..).

Каталоги в UNIX

Каталог в UNIX — это файл, содержащий несколько inode и привязанные к ним имена.[1] В современных UNIX-подобных ОС вводится структура каталогов, соответствующая стандарту FHS.

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

Все современные ОС обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним.

Основные функции файловой системы можно разделить на две группы:

Функции для работы с файлами (создание, удаление, переименование файлов и т.д.)

Функции для работы с данными, которые хранятся в файлах (запись, чтение, поиск данных и т.д.)

Известно, что файлы используются для организации и хранения данных на машинных носителях. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем или поименованная область на машинных носителях.

Структурирование множества файлов на машинных носителях осуществляется с помощью каталогов, в которых хранятся атрибуты (параметры и реквизиты) файлов. Каталог может включать множество подкаталогов, в результате чего на дисках образуются разветвленные файловые структуры.Организация файлов в виде древовидной структуры называется файловой системой.

Принцип организации файловой системы – табличный. Данные о том, в каком месте на диске записан файл, хранится в таблице размещения файлов (File Allocation Table, FAT).

Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты могут воспользоваться второй копией для восстановления тома.

По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, так как операционная система использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора 512 байт. Поскольку размер FAT – таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным.

В связи с этим группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.

Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). Затем в MS-DOS была введена 16-разрядная версия FAT для более крупных дисков.

Операционные системы MS DOS, Win 95, Win NT реализуют 16 – разрядные поля в таблицах размещения файлов. Файловая система FAT32 была введена в Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000.

FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт.

FAT32 обеспечивает поддержку дисков размером до 2 Тбайт и более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры, что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства.

В Windows XP применяется FAT32 и NTFS. Более перспективным направлением в развитии файловых систем стал переход к NTFS (New Technology File System – файловая система новой технологии)с длинными именами файлов и надежной системой безопасности.

Объем раздела NTFS не ограничен. В NTFS минимизируется объем дискового пространства, теряемый вследствие записи небольших файлов в крупные кластеры. Кроме того, NTFS позволяет экономить место на диске, сжимая сам диск, отдельные папки и файлы.

По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное” имя.

Согласно соглашению, принятому в MS-DOS, способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3., т.е. имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа.

Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. Имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются “короткими”.

С появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие “длинного” имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. “Длинное” имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: / : * ? “ < > |.

В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Имя файла заканчивается расширением, состоящим из трех символов. Расширение используется для классификации файлов по типу.

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “” (обратный слеш – обратная косая черта).Например: D:Documents and SettingsТВАМои документыlessons-tva robots.txt

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры – людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система.

К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, –происходящие под управлением операционной системы:

-создание файлов и присвоение им имен;-создание каталогов (папок) и присвоение им имен;-переименование файлов и каталогов (папок);

-копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

-удаление файлов и каталогов (папок); -навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

-управление атрибутами файлов.