Хранение информации

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ

1. ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Адресация секторов

1.2 Разделы

1.3 Главная загрузочная запись

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В начале 80-х годов голландская фирма " Philips " объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью - это лазерные диски и проигрыватели. В чем же состоит главное преимущество лазерного или компакт-диска? Прежде всего, это необычайно высокое качество звучания при воспроизведении лазерных фонограмм. Поскольку при проигрывании компакт-дисков считывающим устройством является лазерный луч, а следовательно, между ним и диском нет механического контакта, то полностью отсутствуют посторонние шумы, шуршанье и треск свойственные обычным грампластинкам. Компакт-диски (CD) используются не только для звукозаписи, но и для записи компьютерной информации. Они способны вмещать около 650 Мб информации. В настоящее время практически все программное обеспечение для компьютеров распространяется на лазерных дисках. Необходимо отметить, что CD может хранить и видеоинформацию.

После нескольких лет обсуждения (и довольно жесткой конкуренции) различных вариантов улучшенных оптических дисков, имевших звучные названия, 15 сентября 1995 года между различными группами разработчиков было, наконец, достигнуто принципиальное согласие о технических основах создания нового диска. И недавно крупнейшие производители приводов CD-ROM и связанных с ними устройств (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) подписали окончательное соглашение, утвердив не только "тонкости" формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk). DVD - оптические диски, подобны CD. Под таким девизом уже начат выпуск новых устройств, знаменующих переход к 17-гигабайтным носителям данных и цифровому видео.

Впрочем, споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения -- даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk -- цифровой многофункциональный диск. Более того, экстремисты полагают, что DVD следует рассматривать просто как "новое слово" в английском языке. И, возможно, они правы, если судьба новинки будет так успешна, как предвещают, и вызовет революцию не только в вычислительной технике, но и в бытовой электронике.

Перевод не позволяет отразить сущность слова `Versatile'. Его второе значение -- "многосторонний" -- обыгрывает не только функциональные возможности, но и технологические особенности новинки. Которая может использовать до четырех однотипных "слоев", емкость каждого из которых более 4 ГБ.

Основным устройством хранения информации в компьютерной системе является жесткий диск. Большой объем и энергозависимость сделали его наиболее пригодным для хранения программ и данных.

Полное название жесткого диска - накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД).

Иногда его еще называют винчестером. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 1970-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр 0.30. Наверное, первый винчестер грохотал при своей работе, как автомат, или порохом от него пахло, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.

1. ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Хранение и извлечение данных с диска требует взаимодействия между операционной системой, контроллером жесткого диска и электронными и механическими компонентами самого накопителя. Операционная система помещает данные на хранение и обслуживает каталог секторов диска, закрепленных за файлами. Когда вы даете системе команду сохранить файл или считать его с диска, она передает ее в контроллер жесткого диска, который перемещает магнитные головки к таблице расположения файлов соответствующего логического диска. Затем операционная система считывает эту таблицу, осуществляя в зависимости от команды поиск свободного сектора диска, в котором можно сохранить вновь созданный файл, или начало запрашиваемого для считывания файла.

Информация таблицы размещения файлов поступает из электронной схемы накопителя в контроллер жесткого диска и возвращается операционной системе, после чего ОС генерирует команду установки магнитных головок над соответствующей дорожкой диска для записи или считывания нужного сектора. Записав новый файл на свободные сектора диска, ОС возвращает магнитные головки в зону расположения таблицы и вносит в нее изменения, последовательно перечисляя все сектора, на которых записан файл.

1.1 Адресация секторов

Жесткий диск, как и всякое другое блочное устройство, хранит информацию фиксированными порциями, которые называются блоками. Блок 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. Размер блока уже с давних пор является стандартным для всех жестких дисков -- 512 байт. К сожалению, достаточно часто происходит путаница между такими понятиями, как «сектор», «кластер» и «блок». Фактически между «блоком» и «сектором» разницы нет. Правда, одно понятие логическое, а второе -- топологическое, «Кластер» -- это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое.

Почему же отказались от простой работы с секторами? Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы размещения файлов был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае файловой системы FAT16 для диска объемом 512 МБ кластер будет составлять 8 КБ, до 1 ГБ -- 16 КБ, до 2 ГБ -- 32 КБ и т. д. Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать все три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS (cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним. Дело в том, что BIOS определил разрядную сетку адресов на 63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок. Однако развитие жестких дисков в то время ограничилось использованием лишь 16 головок в связи со сложностью изготовления. Отсюда появилось первое ограничение на максимально допустимую для адресации емкость жесткого диска: 1024x16x63x512 - 504 Мб.

Со временем производители стали делать HDD большего размера. Соответственно, число цилиндров на них превысило 1024, максимально допустимое число цилиндров (с, точки зрения старых BIOS). Однако адресуемая часть диска продолжала равняться 504 Мб при условии, что обращение к диску велось средствами BIOS. Это ограничение со временем было снято введением так называемого механизма-трансляции адресов. Проблемы, возникшие с ограниченностью BIOS по части физической геометрии дисков, привели в Конце концов к появлению нового способа адресации блоков на диске. Этот способ довольно прост. Блоки на диске" описываются одним параметром -- линейным адресом блока. Адресация диска линейно получила аббревиатуру LBA (logical block addressing). Линейный адрес блока однозначно связан с его CHS-адресом:

lbа - (Цилиндр Ч Всего Головок + Головка) Ч Секторов + (Сектор-1).

Введение поддержки линейной адресации в контроллеры жестких дисков дало возможность BIOS заняться трансляцией адресов. Суть этого метода состоит в том, что если в приведенной выше формуле увеличить параметр Всего Головок, то потребуется меньше цилиндров, чтобы адресовать то же самое количество блоков диска. Но зато потребуется больше головок. Однако головок-то как раз использовалось всего 16 из 255. Поэтому BIOS стали переводить избыточные цилиндры в головки, уменьшая число одних и увеличивая число других. Это позволило им использовать разрядную сетку головок целиком и отодвинуло границу адресуемого устройством BIOS дискового пространства до 8 ГБ.

Нельзя не сказать несколько слов и о Large Mode. Этот режим работы предназначен для работы жестких дисков объемом до 1 ГБ. В Large Mode количество логических головок увеличивается до 32, а количество логических цилиндров уменьшается вдвое. При этом обращения к логическим головкам 0.. F транслируются в четные физические цилиндры, а обращения к головкам 10.. IF -- в нечетные. Винчестер, размеченный в режиме LBA, несовместим с режимом Large, и наоборот.

Дальнейшее увеличение адресуемых объемов диска с использованием прежних Сервисов BIOS стало принципиально невозможным. Действительно, все параметры задействованы максимально (63 сектора, 1024цилиндра я 255 головок). Тогда был разработан новый расширенный интерфейс BIOS, учитывающий возможность очень больших адресов блоков. Однако этот интерфейс уже не совместим е прежним, вследствие чем старые операционные системы, такие, как DOS, которые пользуются старыми интерфейсами BIOS, не смогли и не смогут переступить границы в 8 ГБ.

Практически все современные системы уже не пользуются BIOS, a используют собственные драйверы для работы с дисками. Поэтому данное ограничение на них не распространяется. Но следует понимать, что прежде, чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна его загрузить. Поэтому на этапе начальной загрузки любая система вынуждена пользоваться BIOS. Это и вызывает ограничения на размещение многих систем за пределами 8 ГБ, они не могут оттуда загружаться, но могут читать и писать информацию (например, DOS, который работает с диском через BIOS).

1.2 Разделы

Рассмотрим размещение операционных систем на жестких дисках. Для организации систем дисковое адресное пространство блоков разделяется на части, называемые разделами (partitions). Разделы полностью подобны целому диску в том, что они состоят из смежных блоков. Благодаря такой организации для описания раздела достаточно указания начала раздела и его длины в блоках. Жесткий диск может содержать четыре первичных раздела.

Во время загрузки компьютера BIOS загружает первый сектор головного раздела (загрузочный сектор) и передает ему управление. В начале этого сектора расположен загрузчик (загрузочный код), который прочитывает таблицу разделов и определяет загружаемый раздел (активный). А дальше все повторяется. То есть он загружает загрузочный сектор этого раздела на этот же адрес и снова передает ему управление.

Разделы являются контейнерами всего своего содержимого. Этим содержимым является, как правило, файловая система. Под файловой системой, с точки зрения диска, понимается система разметки блоков для хранения файлов. После того как на разделе создана файловая система и в ней размещены файлы операционной системы, раздел может стать загружаемым. Загружаемый раздел имеет в своем первом блоке небольшую программу, которая производит загрузку операционной системы. Однако для загрузки определенной системы нужно запустить ее загрузочную программу из первого блока.

Разделы с файловыми системами не должны пересекаться. Это связано с тем, что две разные файловые системы имеет ют каждая свое представление о размещении файлов, но когда это размещение приходится на одно и то же физическое место на диске, между файловыми системами возникает конфликт. Этот конфликт возникает не сразу, а лишь по мере того, как файлы начинают размещаться в том месте диска, где разделы пересекаются. Поэтому следует внимательно относиться к разметке диска на разделы.

Само по себе пересечение разделов не опасно. Опасно именно размещение нескольких файловых систем на пересекающихся разделах. Разметка диска на разделы еще не означает создания файловых систем. Однако уже сама попытка создания пустой файловой системы (то есть форматирование) на одном из пересекающихся разделов может привести к возникновению ошибок в файловой системе другого раздела. Все сказанное относится в одинаковой степени ко всем операционным системам, а не только самым популярным.

Диск разбивается на разделы программным путем. То есть вы можете создать произвольную конфигурацию разделов. Информация о разбиении диска хранится в самом первом блоке жесткого диска, называемым главной загрузочной запись» (Master Boot Record (MBR)).

1.3 Главная загрузочная запись

MBR является основным средством загрузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. Только один из разделов диска имеет право быть помеченным как активный, что будет означать, что программа загрузки должна загрузить в память первый сектор именно этого раздела и передать туда управление. Программа загрузки просматривает таблицу разделов, выбирает из них активный; загружает первый блок этого раздела и передает туда управление.

Рассмотрим, как операционные системы класса MS-DOS и Windows 9х оперируют с разделами. ОС забирает в свое пользование два из четырех разделов: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Первый из них (primary) получает букву С:. Второй -- это контейнер логических дисков. Они все находятся там в виде цепочки подразделов, которые так и именуются: D:, Е: и т. д. Логические диски могут иметь и инородные файловые системы, отличные от файловой системы FAT, которая применяется в DOS/Windows 9х. Однако, как правило, инородность файловой системы связана с присутствием еще одной операционной системы, которую следовало бы поместить в «вой собственный раздел (не extended DOS), но для таких действий часто оказывается слишком маленькой таблица разделов.

Отметим еще одно важное обстоятельство. Когда на чистый жесткий диск устанавливается DOS/Windows, то при загрузке нет никаких альтернатив в выборе операционных систем. Поэтому загрузчик выглядит весьма примитивно, ему не надо спрашивать у пользователя, какую систему тот хочет загрузить. С желанием иметь сразу несколько систем возникает необходимость заводить программу, позволяющую выбирать систему для загрузки.

В операционных системах Windows NT/2000/XP загрузчик помещается в загрузочной записи активного раздела. В загрузчике предусмотрена возможность выбора, как загружаемой операционной системы, так и раздела, где она находится. За разделами в операционной системе также закрепляются определенные буквы, однако они могут быть изменены пользователем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моя работа была посвящена теме «Хранение информации».

В заключение необходимо отметить, что история техники в области хранения информации находится на "крутом повороте", и хотя мы можем только догадываться, "что он нам несет" все же некоторые принципы постепенно проясняются. Так, например, можно с уверенностью сказать, что 1998 год принес массовое распространение цифрового видео. В совокупности с быстро развивающимися компьютерными сетями это даст принципиально новые возможности, может быть, более похожие не на переход от грампластинок к CD, а на переход от рукописей к книгопечатанию. Цифровое видео с его естественными возможностями (начиная с по кадрового просмотра) не просто улучшает качество воспроизведения - изменяет функциональные возможности восприятия.

Сочетание огромного объема информации, которая может сохраняться на DVD, и высокопроизводительных систем обработки этой информации по привычке называемых ПК, также может привести к резким изменениям и в технике, и в мире. К сожалению, развитие никогда не переходит на прямую магистраль. И в альянсе DVD также имеются противоречия. В августе 96 г. пресса неоднократно писала о том, что из-за проблем защиты от копирования этот альянс может не дожить до своего "годичного" юбилея. Но этого не произошло, и вопреки предсказаниям журналистов, осенью 1996 г. в Японии началась массовая продажа дисков DVD и их приводов. В 1997 году DVD охватили рынок США и Европы. В связи с их пока высокой стоимостью, в России DVD пока еще не так популярны.

Таким образом, тему реферата я считаю раскрытой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Интернет зона. Май 1999 - апрель 2000гг.

2. Методические указания по курсу: Персональные компьютеры. Части: 1,2,3. Москва, 1993 г.

3. Петроченков А. HARDWARE: компьютер и периферия. М. 1995.

4. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. М., "Финансы и статистика", 1990.