LEKCJA

LEKCJA
TEMAT: Dyski twarde.
1. Wymagania dla ucznia:
Uczeń po ukończeniu lekcji powinien:
 umieć opisać zasadę zapisu i odczytu informacji na nośnikach magnetycznych;
 umieć opisać adres sektora fizycznego;
 umieć opisać strukturę logiczną dysku;
 umieć opisać zasadę zapisu i kasowania pliku w systemie FAT;
 znać budowę dysku twardego;
 znać działanie dysku twardego;
 znać cechy dysku twardego - książka;
2. Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych
Zasada zapisu informacji na nośnikach magnetycznych stosowanych w dyskietkach i
dyskach twardych polega na wykorzystywaniu powstawania pola magnetycznego
wokół przewodnika, przez który płynie prąd, oraz właściwości materiałów zwanych
ferromagnetycznymi. Materiały te pod wpływem pola magnetycznego ulegają
trwałemu namagnesowaniu i zapamiętują pole magnetyczne.
Rys. Zasada zapisu na nośniku magnetycznym.
Magnetowód wykonany z materiału magnetycznie miękkiego prowadzi w swoim
wnętrzu linie sił pola magnetycznego wytworzone przez przewodnik, przez który
płynie prąd. Szczelina w magnetowodzie powoduje powstawanie „bąbelka” linii sił
pola magnetycznego, które wnika w znajdujący się pod spodem nośnik magnetyczny,
powodując jego stałe namagnesowanie. Zmiana kierunku prądu w przewodniku
powoduje magnesowanie nośnika w kierunku przeciwnym.
3. Zasada odczyt informacji na nośnikach magnetycznych
Zjawisko wykorzystywane przy odczycie to powstawanie siły elektromotorycznej w
przewodniku znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym.
Rys. Zasada odczytu informacji z nośnika magnetycznego.
Nośnik przesuwający się pod głowicą został namagnesowany prądem zmieniającym
kierunek. W momencie zmiany kierunku prądu także pole magnetyczne zmieniało
kierunek, pomiędzy zmianami pozostając takie samo. Jeżeli pod głowicą przesuwa się
fragment nośnika, na którym nastąpiła zmiana pola, przewodnik nawinięty na
magnetowodzie znajduje się w zmiennym polu magnetycznym, co powoduje
wyindukowanie w nim impulsu prądu. Impulsy te wytwarzane są przy każdej zmianie
pola, przy czym kierunek impulsów zależy od kierunku zmian pola.
4. Adres sektora fizycznego
Informacja zapisywana jest na ścieżkach będących koncentrycznymi okręgami.
Ścieżki dzielone są na mniejsze fragmenty zwane sektorami. Sektor jest najmniejszą
porcją informacji, jaką potrafi przeczytać z dysku kontroler (np. w komputerach PC
sektor ma rozmiar 512 B). Odczyt pojedynczych bajtów nie jest możliwy.
Cylindrem jest to zbiór wszystkich ścieżek na wszystkich talerzach dysku mających
ten sam promień. Adres fizyczny na dysku można określić jako adres CHS (Cylinder
Head Sector). Podając numer cylindra, wybiera się wszystkie ścieżki o tym samych
numerach, lecz na różnych powierzchniach. Numer głowicy identyfikuje konkretną
ścieżkę, z której wybiera się sektor o podanym numerze.
Rys. Ilustracja koncepcji cylindra.
Aby zlokalizować szukany sektor (adres fizyczny) należy podać numer cylindra,
numer głowicy numer sektora.
5. Struktura logiczna dysku
Master Boot Record (główny rekord ładujący) i tablica partycji. Dyski twarde są
nośnikami o dużych pojemnościach, dlatego też można na nich instalować różne
systemy operacyjne. Instalacja kilku systemów operacyjnych wymaga (nie zawsze)
umieszczenia ich na wydzielonym obszarze dysku zwanym partycją. Partycje są
logicznie niezależnymi strukturami na dysku. Informacja o tym, w jaki sposób dysk
twardy został podzielony na partycje, znajduje się w specjalnej strukturze
umieszczonej na ukrytej stronie dysku. Struktura ta nosi nazwę tablicy partycji (ang.
Data Partition Table - DPT). Tablica partycji jest częścią innej ważnej struktury
zwanej Master Boot Record – MBR (główny rekord ładujący). Adres fizyczny (CHS)
głównego rekordu ładującego wynosi 001 (pierwsza ścieżka zerowej strony ukrytej
dysku). W głównym rekordzie ładującym umieszczony jest program, którego
zadaniem jest przejrzenie tablicy partycji w celu odnalezienia tak zwanej partycji
aktywnej i w dalszej kolejności załadowanie z tej partycji umieszczonego tam
programu ładującego system operacyjny. Tylko jedna partycja powinna być aktywna.
•
Boot record – rekord ładujący, zawiera program ładujący określony system
operacyjny. Na różnych partycjach dysku twardego mogą być zainstalowane różne
systemy operacyjne, dlatego też każda partycja może mieć własny rekord ładujący.
Adres fizyczny (CHS) rekordu ładującego pierwszej partycji wynosi 011.
•
Po rekordzie ładującym następuje struktury związane ze sposobem zapisu informacji
na dyskietce zwanym systemem plików FAT. FAT (ang. File Allocation Table)
oznacza tablicę rozmieszczenia (alokacji) plików. FAT#1 i FAT#2 to oryginał i kopia
tej samej struktury.
•
Root directory to katalog główny. W celu ułatwienia zarządzania plikami są one
grupowane w jednostki zwane katalogami lub podkatalogami (lub folderami).
6. Zapis i usuwanie plików w systemie FAT
Podstawowym fragmentem dysku z punktu widzenia systemu operacyjnego jest
klaster (ang. cluster), zwany czasami jednostką alokacji pliku. Pojedynczy klaster
może składać się z jednego lub kilku sektorów. Dla konkretnego typu dyskietki jest to
wartość stała, natomiast dla dysków twardych może mieć różne wartości, które mogą
zależeć od wielkości dysku i jego podziału na tak zwane partycje i dyski logiczne.
Klaster jest najmniejszym fragmentem dysku, do którego potrafi odwoływać się
system operacyjny. Pliki na dysku są zapisywane w klasterach, przy czym jeżeli
ostatni fragment pliku w ostatnim klasterze, do którego jest zapisywany, zajmuje tylko
jego cześć, pozostała część pozostaje niewykorzystana (zapis nowego pliku musi się
zacząć od nowego klastera). Pojęcie klastera dotyczy wyłącznie obszarów danych
•
dysku. Informacje o tym, w których klasterach został zapisany dany plik, znajduje się
na dysku w specjalnej tablicy zwanej tablicą rozmieszczenia (alokacji) plików, w
skrócie FAT. Każdy klaster na dysku ma odpowiadającą mu pozycję w tablicy FAT,
dlatego liczba pozycji w tablicy FAT nie może być mniejsza od liczby klasterów
występujących na dysku logicznym. Podstawowe informacje o pliku zapisanym na
dysku (dyskietce) znajdują się w (pod)katalogu, w którym został zapisany plik, w
odpowiadającej mu pozycji. Podana tam jest nazwa, rozmiar, informacja o numerze
pierwszego klastera, od którego rozpoczyna się dany plik.
Zapis pliku przebiega następująco: system operacyjny szuka na dysku pierwszego
wolnego klastera i tam zaczyna zapisywać plik, jednocześnie zapisując numer tego
klastera do pozycji w katalogu, która odpowiada danemu plikowi. Numer ten jest
jednocześnie numerem pozycji w tabeli FAT odpowiadającej temu klasterowi. Jeżeli
zmieści się w jednym klasterze, to w pozycji tablicy FAT jemu odpowiadającej
wpisywana jest sygnatura końca pliku oznaczana przez EOF (End Of Flie), równa
FFFFh. W przeciwnym wypadku system szuka kolejnego, najbliższego wolnego
klastera i zapisuje w nim kolejna część pliku. Jednocześnie numer tego klastera jest
zapisywany w tablicy FAT na pozycji odpowiadającej poprzedniemu klasterowi (gdzie
w poprzednim wypadku wpisana zostało EOF). Numer łańcucha klasterów, w których
zapisany jest dany plik, można znaleźć w tablicy FAT, przy czym na kolejnych
pozycjach odpowiadającym kolejnym klasterom, w których jest zapisany plik,
zapisany zostaje numer następnego klastera. O ostatnim klasterze informuje sygnatura
EOF.
Skasowanie pliku polega na zmianie pierwszej litery nazwy na symbol ň (kod E5h),
oznaczający dla systemu plik skasowany, oraz na wpisaniu zer w tablicy FAT na
pozycjach odpowiadających klasterom, w których był zapisany dany plik.
Informacja o podkatalogach jest zapisywana tak samo jak plik, czyli podkatalogowi
przydzielany jest oddzielny klaster bądź, w razie potrzeby klastery. Jednocześnie
numer tego klastera jest wpisany do pozycji odpowiadającej temu podkatalogowi w
jego katalogu nadrzędnym.
7. Parametry dysków magnetycznych
•
pojemność np. 1000 GB
•
format szerokości np. 3.5 cala
•
interfejs np. Serial ATA III
•
ilość talerzy np. 1 szt.
•
prędkość obrotowa np. 7200 obr./min.
•
pamięć cache np. 32 MB
•
maks. transfer zewnętrzny np. 600 MB/s
•
średni czas dostępu np. 8 ms