Дорожка сектор цилиндр кластер файл (7 видео)

Содержание

Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска?
Какая же структура жесткого диска
Системная область диска состоит из
Физическая структура жестких дисков
Привод диска
Новый размер сектора в 4 кб, к чему готовится?
Какие трудности нас могут ожидать?
Как устроен винчестер. Окончание
Сервометки на диске
«Битые» секторы
Неисправные секторы и операционная система
Способы организации данных в винчестере
Логические диски
Нумерация секторов на диске
Главная загрузочная запись
🎥 Видео

Видео:Видео #2. Принцип хранения информации на жестком дискеСкачать

Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска?

Здравствуйте уважаемые читатели, недавно я писал статью про файловые системы, новые и старые, а так же помог выбрать подходящую для вас. Но осталось много непонятных понятий, для полного понятия статьи такие как сектор, кластер, вообще структура жесткого диска и в этой статье я постараюсь вам разъяснить что это такое. А так же о новом секторе большего объема, дает ли он производительность или же опять провал изобретения? Даже если вы знаете это все, не поленитесь прочтите вдруг узнаете что-то новое и вообще оцените мой труд ?

Видео:Урок 2: Как данные хранятся на жёстком диске.Скачать

Какая же структура жесткого диска

Структура жесткого диска на внешний взгляд достаточна проста, только углубившись можно столкнутся с какими-нибудь трудностями. Но не пугайте начнем с самого начала.

Жесткий диск как и другие магнитные накопители хранят память в дорожкообразной структуре. Следовательно магнитный диск разбит на кольца разного диаметра начиная с внешнего края. Кольца называемые дорожками состоят из кластеров и секторов. Количество дорожек и секторов определяется форматов диска. А формат диска задается при его изготовлении, так что этот параметр изменить нельзя т.е. если размер сектора при изготовлении 512 байт, то с этим ничего уже не поделать. Дорожка разбивается на равные секторы которые обычно занимают 512 байт (о новых чуть ниже). Как раз процесс разбития диска на секторы, называется форматированием. И уже в кластерах хранится информация.

Сектор — это минимальная единица хранения информации на дисковых носителях. Стандартный размер кластера обычно был 512 байт, но сейчас уже существует новый размер в 4 кб, который тоже имеет ряд интересных своих свойств, о которых мы поговорим чуть ниже.

В секторе записывается его заголовок (prefix portion), где хранится начало и конец сектора, а в конце — заключение (suffix portion), в котором содержится контрольная сумма (checksum), нужная для проверки целостности данных. При форматировании в секторе записывается их номера и служебная информация позволяющая определить начало и конец сектора. А так же то что помогает определить форматированную или не отформатированную область диска. По этому из-за служебной информации емкость диска после форматирования немного меньше. На самом деле хоть и говорят что размер сектора 512 байт, но это только объем информации, а сам размер его составляет 571 байт.

К ластер — это единица хранения данных на диске в файловой системе объединенная в один или несколько секторов. Например если диск имеет сектор размером в 512 байт, то кластер размером в 512 байт содержит один сектор. А если кластер имеет размер 2 КБ, то он имеет четыре сектора. Размер кластера зависит от определенных условий, о который я уже писал здесь.

Размер кластера узнать очень просто, для этого достаточно создать текстовый файл и напишите в нем любое слово или даже поставьте одну букву или цифру сохраните и выберите свойство этого файла. В пункте размер на диске будет ваш размер кластера. Главное чтобы файл весил менее 512 байт. Она буква обычно весит 1 байт.

Вся информация хранится в системном хранилище и хранилище данных.

Системная область диска состоит из

Загрузочная запись(MBR), состоящая из системного загрузчика и информационный блок определяющих формат диска.
Файловая система о которой я уже писал.
Корневой каталог, где находится информация о каждом файле (время создания, изменения, размер и т.д.).

Физическая структура жестких дисков

Магнитный жесткий диск состоит из нескольких магнитных дисков и каждый диск разбит на большое количество дорожек с каждой стороны. Основной оценкой жесткого диска является его поверхностная плотность записи определяется по формуле Мбит/дюйм2 и Гбит/дюйм2. В настоящее время плотность дисков достигает 740 Гбит/дюйм2. Специалисты IHS предполагают к 2016 году достичь плотности 1800 Гбит на 1 кв. дюйм!

Читайте также: Сборка тормозного цилиндра ауди 100

Для достижения более большей поверхностной плотности необходимо чтобы расстояние между головкой и диском было минимальное.

Диск покрыт тонким слоем вещества независимо от его материала, которое не дает размагничиваться от воздействия внешнего магнитного поля.

2. тонкопленочный.

Оксидный слой образуется в результате разбрызгивания оксида железа в полимерном растворе. Ну если это не интересно, процесс образования можно пропустить ? А кому интересно продолжим. Получается химическая смесь которая растекается от центра к внешнему краю жесткого диска. Потом диск полируется, затем наносится следующий чистого полимера слой и потом окончательно шлифуется. Чтобы добиться большего объема жесткого диска необходимо чтобы слой был более гладким и тонким. По этому сейчас используют следующий способ.

Тонкопленочный слой более тонкий, прочный и качество намного выше. Благодаря этому способу удалось уменьшить зазор между дисками и следовательно достичь больших объемов.

Этот способ получают путем электролиза. Это тоже самое как при шлифовки хромированной детали. Подложку жесткого диска погружают в ванну с химическим раствором в следствии чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки размером в 3 микродюйма. Сначала в камере химические вещества преобразуются в газообразное состояние, а потом накладываются на подложку. Сначала на алюминиевый диск наносится слой фосфорита никеля, а потом магнитный кобальтовый сплав. Этот способ дает наименьшую величину между головкой и поверхностью дисков всего 0,025 мкм, а раньше 0,076 мкм.

Привод диска

И самый главной деталью в жестком диске является привод головки. Они бывают:

О них я рассказывать не буду, если интересно можете прочитать здесь, но скажу что с шаговым двигателем приводы самые надежные.

Видео:КАК УСТРОЕНА ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА | FAT-32Скачать

Новый размер сектора в 4 кб, к чему готовится?

Вот мы и подошли к самой интересной теме сегодняшнего дня. Как вы уже поняли что такое сектор, это минимальная единица для хранения информации, но т.к. для настоящего времени 512 байт стало совсем мало, новые технологии продвинули размер в 4 кб. Создатели нового сектора его IDEMA (Международная ассоциация производителей жестких дисков) дали имя Advanced Format (новый формат).

Теперь давайте разберем конкретные причины перехода и какие трудности могут возникнуть с новым сектором (плюсы и минусы его).

Главная причиной его перехода возникла из-за больших емкостей жесткого диска, для таких объемов размер в 512 байт становится ограничением в создании больших объемов и эффективности исправления ошибок.

Малые сектора занимают меньшую площадь жесткого диска, что создает повышение плотности диска. Из-за этого возникают проблемы в исправлении ошибок и в следствии изнашивается поверхность диска.

В секторах в 512 байт, максимальный объем исправления ошибок составляет 50 байт. Возникают трудности в исправлении и чтобы более эффективно происходил процесс исправления появился новый объем 4 кб.

Благодаря новому объему достигается большая плотность жесткого диска, что должно дать увеличение объемов жестких дисков.

Надежность в исправлении ошибок благодаря тому, что код исправления ошибок увеличен до 100 байт (в отличии от старого 50 байт) и надежность возросла до 97 %.

Новый формат достиг уменьшение ширины дорожки до 70-80 нм, понизить себестоимость и следовательно снизить стоимость для покупателя. Повысился объем области хранения данных диска, улучшилась производительность (снизить время чтения/записи и доступа, снизился шум, нагрев, механический износ).

Какие трудности нас могут ожидать?

Трудность может ожидать в неподготовленности программного обеспечения, в следствии чего новый сектор может не улучшить характеристики, а наоборот ухудшить! Advanced Format поддерживается начиная с Microsoft Vista с последними обновлениями и более поздними версиями Windows, а также последними выпусками Linux и Mac OS X.

А происходит это из-за того, что программные кластеры не соответствуют друг другу (происходит сдвиг), а так же это касается физических секторов на диске, в следствии чего один кластер перекрывает два сектора, в следствии удваевается число операций чтений/записи, что в конечном случае приводит не только к замедлению работы, но и к большому износу жесткого диска.

Для решения этой ситуации компания Western Digital придумала специальную утилиту WD Align System Utility, благодаря которой производится сдвиг содержимого диска на 1 сектор. А так же специальная, технология Seagate SmartAlign, в дисках Seagate, позволяет использовать технологию нового сектора без специальной утилиты. Western Digital также позволяет сместить блоки переключателем на диске, но возможно проблем с количеством свободных блоков.

Читайте также: Тормозной цилиндр пассажирского вагона это

Можно так же применять специальные утилиты производителе например одна из них: Paragon Alignment Tool, которые позволяют смещать блоки и не давать падать быстродействию, а наоборот повышать.

Вывод здесь один, наши современные технологии идут все вперед и вперед, новый размер сектора действительно способен повысить быстродействие жесткого диска и системы в целом, но для достижения производительности необходимо внимательно подходить к этой технологии. Перед тем как её применять убедитесь в своем программном обеспечении о наличии поддержки нового формата, чтобы у вас не было трудностей в работе и чтобы Advanced Format принес вам только радость и комфорт! ?

Видео:Лекция №8 "Запись информации на жёсткий диск" по ТСИСкачать

Как устроен винчестер. Окончание

Сегодня мы с вами заканчиваем знакомство с устройством винчестера. Электронику его мы уже расковыряли, про замочки на шлейфе SATA — и много чего еще! — знаем. Осталось узнать кое-какие тонкости о способах организации данных.

После этого можно с чувством выполненного долга вытереть пот со лба и зафиксировать появление в голове новых знаний.

Давайте рассмотрим, что такое

Видео:Дисковая подсистемаСкачать

Сервометки на диске

Для точного позиционирования головок записи-считывания используются так называемые сервометки (или сервокоды). Эти метки имеются на каждой дорожке и наносятся они на заводе-изготовителе.

На каждой дорожке имеется несколько таких меток, они содержат в себе служебные коды. При считывании данных из меток схема управления следит за уровнем сигнала.

Если он уменьшается, схема управления подает сигнал в систему позиционирования, корректируя положение головок. Для меток используется часть информационного пространства диска, поэтому количество информационных секторов уменьшается.

Никакие прикладные программы и форматирование не могут изменить информацию, находящуюся в сервометках.

Видео:Как правильно исправить плохие сектора на жестком диске или как это делаю Я. Один из способовСкачать

«Битые» секторы

Несмотря на все технологические ухищрения в процессе работы данные из некоторых секторов перестают считываться. Да и изначально почти всегда есть «битые» секторы. В винчестеры самых первых моделей номера сбойных секторов писали прямо на корпусе винчестера!

Всегда имеется некоторое количество запасных секторов, которые до поры до времени не используются, и пользователю не видны. Но они видны управляющей программе винчестера.

Для оценки качества поверхности диска имеются специальные сервисные программы. При нахождении сбойного сектора сервисная программа сообщает встроенной программе винчестера о необходимости замены этого сектора резервным.

Последняя переназначает секторы, запоминая количество таких операций. Это число можно увидеть с помощью сервисной программы.

Если таких секторов появилось слишком много, пора всерьез подумать о резервном копировании данных (об этом, впрочем, надо помнить всегда!) или о замене винчестера.

Видео:Как работает ЖЕСТКИЙ ДИСК? Устройство винчестеров и технологии магнитной записи.Скачать

Неисправные секторы и операционная система

Дело может осложняться внезапным исчезновением напряжения. Таким образом, отсутствие источника бесперебойного напряжения чревато не только исчезновением данных и порчей операционной системы, но и увеличением количества сбойных секторов.

Способ лечения прост – надо заменить битые сектора резервными (операция remap) помощью служебной программы (например, Victoria), после чего запустить программу chkdsk.

Если при попытке установки системы она не устанавливается – есть смысл протестировать винчестер на битые секторы.

Справедливости ради нужно сказать, что система может не устанавливаться и из-за ошибок в модулях памяти (при этом он подлежит замене), но такое бывает гораздо реже.

Рассмотрим теперь чуть более подробно

Видео:Как работает жёсткий диск (винчестер, HDD)Скачать

Способы организации данных в винчестере

Вся информационная поверхности диска (как мы уже писали) разбита на дорожки и секторы.

Используется принцип зонной записи данных.

При этом поверхность диска разделена на несколько зон.

В пределах одной зоны количество секторов на дорожке одинаково.

Чем дальше зона от центра диска, тем больше на ней секторов.

Сектор на диске содержит 512 байт данных. В каждом секторе имеется служебная информация, содержащая порядковый номер и другие данные. Несколько секторов объединены в кластер.

Кластер — это минимальная единица (квант информации) дисковой памяти, к которой может обратиться операционная система.

Объем кластера (т. е. количество секторов) задается при форматировании диска. Если на диске будут храниться файлы большого размера, размер кластера можно выбрать побольше, если мелкие — поменьше.

Размер файла всегда превышает размер кластера, поэтому файлы «сшиваются» из кластеров посредством файловой системы. Таким образом, файл – это цепочка из кластеров, каждый из которых содержит фрагменты информации.

Файловых систем существует несколько. Чаще всего используются FAT и NTFS. FAT (File Allocation Files, таблица размещения файлов) досталась в наследство от устройств на гибких дисках (FDD).Сначала она была 16-разрядной, потом число разрядов увеличилось до 32.

Читайте также: Пушка тепловая quattro elementi qe 5000 etn 5квт 220в цилиндр

NTFS (New Technology File System) — более совершенная система, обладающая повышенной устойчивостью к сбоям, имеет несколько модификаций. Надежность системы обеспечивается, в частности, журналированием. По сравнению с FAT32, у нее увеличен максимальный размер тома и файла.

Так, размер файла может достигать величины 16 Tb (в FAT32 – 4 Gb).

Именно поэтому, чтобы записать файлы большого размера (например, фильмы в HD качестве) на флэшку, ее форматируют в NTFS. Операционные системы Windows могут использовать как FAT, так и NTFS.

Видео:[UNИX] HSE - ProgrammingOS - 09: FilesystemsСкачать

Логические диски

Обычно жесткий диск разделяют на несколько разделов или логических дисков.

Это удобно для пользователя: на одном диске можно хранить операционную систему, на втором — файлы данных пользователя, на третьем — инсталляционные пакеты и т. д.

При разрушении данных в каком-то разделе данные в других разделах остаются неповрежденными.

Каждому логическому диску присваивается буква латинского алфавита. Пользователь видит как бы несколько отдельных жестких дисков, но физически он один. В компьютер могут быть, естественно, установлены несколько винчестеров, и все они могут быть поделены на логические диски.

В таком случае все логические диски видятся общим массивом, и каждому из них присваивается своя буква. Логических дисков может быть больше, чем букв (теоретически их число может быть бесконечно большим), но обычно много их не требуется.

Иногда пользователи не разбивают диск на разделы и при падении операционной системы теряют свои данные.

Отметим: кое-что всегда можно спасти, но это требует специальных мер и определенной квалификации.

Или (при наличии разделов) хранят файлы данных в папке «Мои документы», которая — по умолчанию — располагается в том же разделе, что и операционная система. При переустановке системы эти данные (если их предварительно не вытащить) будут потеряны!

Видео:Переназначенные сектора на жестком дискеСкачать

Нумерация секторов на диске

В первых моделях винчестеров секторы нумеровались в формате CHS. Координаты сектора включали в себя номер цилиндра (С, Cylinder), головки (H, Head) и сектора (S, Sector).

Цилиндр – это воображаемая конструкция, включающая дорожки на разных физических дисках («блинах») с одинаковым номером. Но объемы винчестеров все время росли, и система CHS перестала отвечать требованиям времени.

Поэтому стали использовать нумерацию LBA (Logical Block Adressing), при которой каждому сектору присваивался сплошной порядковый номер, без нумерации головок и цилиндров.

Для адресации LBA используется 48 разрядов, поэтому можно адресоваться к 2х10 48 секторам.

Таким образом, при размере сектора 512 байт можно обращаться к 2х10 57 байтам или 128 ПиБ (пебибайтам) дисковой памяти. Вы впервые услышали про такое огромное числа, да?

Видео:Что такое LBA?Скачать

Главная загрузочная запись

Информация о разделах на диске содержится в самом первом секторе диска. Если использовать нумерацию CHS, то это первый сектор на нулевом цилиндре и нулевой головке. Здесь содержится так называемая MBR(Master Boot Record), главная загрузочная запись.

MBR содержит в себе таблицу разделов (Partition Table), которых может быть 4. Эти разделы называются первичными или основными. Из каждого такого раздела может быть загружена операционная система.

Для того, чтобы из раздела могла загружаться операционная система, он должен быть активным.

За признак активности или неактивности раздела отвечает специальный служебный байт.

Честно говоря, четырех разделов на физическом диске маловато. Поэтому придумали специальный раздел — расширенный (Extended), который может содержать (теоретически) неограниченное число логических дисков. Но на практике число дисков, естественно, ограничено. Про статус раздела — основной или расширенный — отвечает другой служебный байт.

В заключение скажем, что разделение жесткого диска на логические (и все остальные манипуляции с разделами) можно сделать с помощью служебных программ, например, «Acronis». Эта программа может и объединять разделы в один, изменять тип файловой системы, копировать разделы при клонировании жесткого диска и еще много чего.

Мы не рассмотрели SSD (Solide State Drive), твердотельные накопители. Ознакомимся с ними в будущих публикациях.