Логическая структура магнитных дисков.

§ Форматирование дисков.Для того чтобы на магнитном диске можно было хранить информацию, он должен быть отформатиро­ван, т.е. должна быть создана физическая и логическая структура диска.

физическая структура магнитного диска. В процессе формати­рования магнитная головка дисковода расставляет в опреде­ленных местах диска специальные метки (разметка диска), при этом происходит формирование концентрических дорожек, состоящих из отдельных секторов. Нумерация дорожек ведётся от внешнего края диска и начинается с нуля.

Логическая струк­тура магнитного диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байт), каждому из которых присваивается свой порядковый номер. Сектора нумеруют­ся в линейной последовательности от первого сектора нуле­вой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Каждый диск разделяется на две области: область данныхи служебную область, включающую в себя блок начальной загрузки (BOOT-сектор), главный (корневой) каталогидве копии FAT-таблицы (FAT — File Allocation Table, таблица размещения файлов). FAT-таблицаотображает структуру области данных диска, т.е. её текущее распределение между файлами, а корневой каталог содержит информацию о файлах и каталогах, размещенных на диске.

Примечание.

Если провести условную ана­логию диска с книгой, то область хранения файлов соответ­ствует ее содержанию, а главный каталог — оглавлению. Причем книга состоит из страниц, а диск — из секторов.

Существуют два вида форматирования дисков: полное и быстрое.

§ Полное форматирование включает в себя физическое форматирование (проверку качества магнитного покрытия диска и его разметку на дорожки и сектора) и логиче­ское форматирование (создание корневого каталога и таблицы разме­щения файлов). После полного форматирования вся хранив­шаяся на диске информация уничтожается.

§ Быстрое форматирование производит лишь очистку корневого каталога и таблицы размещения файлов, при этом сами файлы на диске сохраняются и могут быть восстановлены на уровне файловой системы.

Примечание.

В целях защиты информации от несанкционированного копирования можно задавать нестандартные параметры форматирования гибких дисков (количество дорожек, количество секторов и т.д.).

§ Логическая структура гибких дисков.На гибком диске минимальным адресуемым эле­ментом является сектор. При записи файла на диск всегда занимается целое ко­личество секторов, следовательно, минимальный размер файла — это размер одного сектора, а максимальный размер соот­ветствует общему количеству секторов. Файл при этом может частями (фрагментами) записываться в свободные сектора, расположенные в разных областях дискового пространства (фрагментация файлов).

Пример: Файл1 объемом 2Кбайта может занимать сектора 34, 35 и 47, 48, а Файл2 объемом 1 Кбайт — сектора 36 и 49.

Существует различие между емкостью неформатированного гибкого маг­нитного диска, его информационной емкостью после форма­тирования и емкостью, доступной для за­писи данных.

Пример: Заявленная емкость неформатированного гибкого маг­нитного диска формата 3,5" составляет 1,44 Мбайт.

Рассчитаем общую информационную емкость отформати­рованного диска:

Количество секторов: N = 18 х 80 х 2 = 2880.

Информационная емкость: N х 512 байт = 2880 х 512 = 1 474 560 байт = 1440 Кбайт = 1,40625 Мбайт.

На дискете для записи данных пользователя отведено только 2847 секто­ров, т.к. первые 33 сектора предназначены для служебной информации. Таким образом, фактическая информационная емкость, доступная для записи данных, составляет:

2847 х 512 байт = 1 457 664 байт = 1423,5 Кбайт = 1,39 Мбайт.

§ Логическая структура жестких дисков.Логическая структура жестких дисков несколько отличается от логической структуры дискет. Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя не­сколько смежных секторов. Размер кластера зависит от типа использу­емой FAT таблицы и от информационной емкостидиска.Файлу на дискевсегда выделяется целое число кластеров.

Пример:. Таблица FAT16 может адресовать 2¹⁶ = 65 536 кластеров. Тогда для диска объемом 40 Гбайт размер кластера будет равен:

40 Гбайт/65536 = 655 360 байт = 640 Кбайт.

Текстовый файл, содержащий слово «информатика», имеет объём всего 11 байт (1 символ кодируется 1 байтом), но на диске он будет зани­мать целиком кластер, то есть 640 Кбайт дискового пространства.

При размещении на диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры лишь частично, что при­ведет к большим потерям свободного дискового пространства.

Для жестких дисков, как и для дискет, также характерно явлениефрагментации (файл занимает несмежные кластеры), которое неизбежно приводит к замедлению скорости обмена данными и, в конечном итоге, к преждевременному износу дисковых поверхностей. Рекомендуется периодически прово­дить дефрагментацию дисков, в процессе которой файлы за­писываются в последовательно расположенные кластеры жестких дисков или сектора дискет.

Оптические накопители.

Оптическийпринцип записи и считывания информации основан на изменении угла отражения лазерного луча от поверхности оптическогодиска (поэтому оптические диски ещё называют лазерными). Лазерный диск представляет собой прозрачный полимерный носитель с нанесённым на него тонким слоем светоотражающего материала, защищенного от повреждений пленкой лака.

Информация на оптическом диске представляется в виде последовательности углубленийивыступов, имеющих различные коэффи­циенты отражения и расположенных на одной спиралевидной дорожке, выходящей из области вблизи центра диска. При считывании информации с диска отраженный от этих участков луч, изменяя свою интенсивность, преобразуется с помощью фотоэле­ментов в электрические импульсы (логические 0 или 1), которые затем по системной магистрали переда­ются в оперативную память ПК.

В процессе записи информации на оптические диски для со­здания участков поверхности с различными коэффициента­ми отражения применяются различные технологии от про­стой штамповки до изменения отражающей способности поверхности диска с помощью мощного лазера. При соблюдении правил хранения и эксплуатации оптические носители могут сохранять информацию в течение нескольких десятков лет.

§ CD-ROM и DVD-ROM диски. На лазерных CD-ROM (CD — Compact Disk) и DVD-ROM (DVD — Digital Video Disk, цифровой ви­деодиск) дисках хранится информация, запи­санная на них в процессе изготовления самих дисков. Запись новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий (ROM — только чтение). Про­изводятся такие диски, как правило, путем штамповки.

Информационная емкость CD-ROM-диска может дости­гать 800 Мбайт, а скорость считывания зависит от скорости его вращения. Угловая скорость вращения диска в дисководе не является постоянной и линейно уменьшается по мере продвижения читающей лазерной головки к его внешнему краю. Первые CD-ROM-накопители имели скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные дисководы, которые обеспечивают скорость считывания информации до 7,8 Мбайт/с.

DVD-ROM-диски имеют гораздо большую информационную ем­кость (до 17 Гбайт), так как в DVD-ROM-накопителях используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволя­ет размещать оптические дорожки более плотно, и информация на таких дисках может быть записана с двух сторон, причем в два слоя на каждой.

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы до­стигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

§ CD-R,DVD-R, CD-RW и DVD-RW диски.. Информация на CD-R, DVD-R (R—Recordable, запи­сываемый) диски может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW—ReWritable, перезапи­сываемый) инфор­мация может записываться многократно. Для записи и перезаписи на такие диски применяются специ­альные CD-RW- и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отра­жающую способность участков поверхности в процессе за­писи. Эти дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода «52 x 32 x 52» означает, что запись CD-R-дисков производится на 52-кратной скорости, запись CD-RW-дисков — на 32-крат­ной, а чтение тех и других — на 52-кратной скорости.