Дорожки, секторы и цилиндры
9.2. Дорожки, секторы и цилиндры
Информация на каждом магнитном диске должна быть разбита на порции и “разложена” по заранее определенным ячейкам, расположенным стандартным образом. Каждая сторона магнитного диска может рассматриваться как двумерное пространство, на котором определены две координаты — например, длина и ширина или радиус и позиционный угол. Данные на носителе записываются вдоль концентрических окружностей, поэтому более удобными являются полярные координаты, одной из которых является положение участка на окружности (угол, отсчитанный от точки, принятой за нуль отсчета), а второй — радиус этой окружности. Головки записи/воспроизведения накопителя могут перемещаться вдоль радиусов вращающихся носителей при записи или считывании необходимых данных за время порядка миллисекунд. Каждое из концентрических колец с записанными данными на рабочих поверхностях дисков называется дорожкой. У современных дисков количество дорожек лежит, как правило, в пределах от 2048 до 16000 и более. На рис. показан принцип организации данных на простейшей “стопке” из трех магнитных дисков. Заметим, что каждый из носителей является двусторонним, т.е. помимо показанных на рисунке верхних поверхностей, у них есть еще и нижние, на которых тоже записываются данные.
Хотя каждая поверхность магнитного диска представляет собой двухмерное пространство, наличие в накопителе нескольких поверхностей-носителей (4, 6, 8 и более) позволяет ввести третью размерность размещения данных — “высоту” nак как одноименные дорожки на всех носителях расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения “стопки”, то их совокупность можно представить в виде цилиндра, проходящего через все магнитные диски. Количество цилиндров равно количеству дорожек на одной стороне магнитного диска.
После завершения считывания или записи данных на одной дорожке головка записи/воспроизведения должна переместиться на следующую, чаще всего смежную с ней. Эти пошаговые переходы, будучи достаточно быстрыми, тем не менее, занимают определенное время. Его называют временем поиска, и при переходе между соседними дорожками, цилиндрами задержка обычно не превышает 1мс.
В приводах с подвижной катушкой, которые используются в современных накопителях, головки перемещаются по дуге, — они могут быть установлены на любом расстоянии от оси вращения дисков (естественно, в пределах рабочих участков поверхностей носителей). Если начала и концы дорожек на всех цилиндрах расположить вдоль одного радиуса, то вполне может случиться так, что к моменту окончания перехода головок начало дорожки нового цилиндра уже “проскочит” вперед. В итоге накопитель вынужден будет ждать почти полный оборот, прежде чем под головкой пройдет метка начала новой дорожки. Сместив начала и концы дорожек на разных цилиндрах на некоторый угол друг относительно друга, можно создать запас времени, необходимый для перемещения головок с одного цилиндра на другой, и избавиться от необходимости выжидать, пока диски совершат холостой оборот (рис.). Этот метод смещения цилиндров (или концентрического смещения) позволяет существенно увеличить быстродействие накопителей на жестких дисках.
Дорожки записи разделены на более мелкие одинаковые сегменты, которые называются секторами. Как и на отформатированных под DOS дискетах, в каждом секторе содержится по 512байт данных. Кроме полезной информации, во все секторы записываются служебные данные, используемые для идентификации секторов и дорожек, а также байты результатов расчетов по методу избыточного циклического контроля (CRC— Cyclic Redundancy Check) и байты кодов коррекции ошибок (ЕСС— Error Correction Code), предназначенные для контроля правильности считывания. Информация о расположении секторов, их идентификаторы, записывается при низкоуровневом форматировании насителя на предприятии-изготовителе. После форматирования жесткого диска подлежат изменению (перезаписи) только содержащиеся в секторе полезные данные и байты ЕСС. Если идентификатор сектора будет случайно перезаписан или поврежден, вся информация, содержащаяся в этом секторе, будет потеряна.
На рис. показана сртруктура сектора типичного накопителя на жестких дисках фирмы Maxtor. Нетрудно заметить, что его полный размер существенно превышает 512байт. Начало каждого сектора отмечается специальной меткой. Метка, помечающая первый сектор дорожки, называется индексной меткой или маркером. Каждый сектор разбит на две части: зону адреса и зону данных. В зоне адреса записываются данные, необходимые для идентификации сектора. Эта информация чрезвычайно важна, так как накопитель в любой момент времени должен точно знать, на каком цилиндре, какой головкой и в каком секторе производится запись или считывание данных. Информация о расположении сектора записывается в поле адреса, за которым следуют два байта CRC. После считывания координат текущего сектора в накопителе рассчитывается код CRC, который сравнивается затем с аналогичным кодом, записанным на диске. Если эти коды соответствуют друг другу, то полученные координаты считаются истинными, и операция считывания или записи продолжается. В противном случае данные воспринимаются как ошибочные, и весь сектор рассматривается как поврежденный. В таких ситуациях на экран компьютера обычно выводится сообщение DOS о неустранимой ошибке.
Служебные поля сектора используются для синхронизации систем накопителя и компенсации различных задержек. Как уже говорилось выше, в поле данных может быть записано до 512байт полезной информации. В процессе считывания эти данные обрабатываются по методу Рида-Соломона для получения 11байтов кода ЕСС. Вычисленный результат сравнивается с кодом ЕСС, записанным надиске. Если эти коды совпадают, то данные считаются достоверными, и работа накопителя продолжается. В противном случае данные рассматриваются как ошибочные. В процессе записи старый код ЕСС заменяется новым значением, которое вычисляется на основе записываемых данных. Еще раз отметим, что после форматирования диска перезаписи подлежат только поля данных и ЕСС. Все остальные поля остаются неизменными до тех пор, пока диск не будет переформатирован заново. Эта процедура производится только в тех случаях, когда по мере старения диска и потери остаточной намагниченности перестают читаться данные в области адресов у значительного количества секторов.
9.2.1. Зонная запись
Рекомендуемые материалы
В первых накопителях на жестких дисках каждая дорожка была разбита на одно и то же количество секторов — 64, пронумерованных от 0 до 632. Эти системы работали неплохо, но разработчикам не давал покоя тот факт, что при постоянной скорости вращения дисков плотность записи данных оказывалась более высокой на внутренних дорожках, где длина окружности меньше. При этом внешние дорожки с большей длиной окружности недоиспользовались, поскольку плотность записи на них была далека от максимально достижимой. Поэтому в последующих моделях накопителей количество секторов в цилиндрах было сделано переменным, зависящим от радиуса дорожки. Этот метод был назван зонной записью, поскольку рабочие поверхности носителей разбили на 16 областей (зон). У всех дорожек, относящихся к одной зоне (т.е. имеющих примерно одинаковые радиусы), количество секторов одинаково, при этом у дорожек, лежащих во внутренних зонах, оно наименьшее, а во внешних — наибольшее. Зонная запись позволяет более эффективно использовать пространство накопителя для хранения информации. Процессом зонной записи управляет контроллер самого накопителя, поэтому при настройке в BIOS параметров жесткого диска вводится только одно постоянное значение параметра “Sectorper Track” (количество секторов на дорожке). У современных накопителей количество физических секторов на дорожке варьируется от 195 до 312.
9.2.2. Резервирование секторов (компенсация дефектов)
На любом жестком диске существуют секторы, непригодные для использования. При форматировании накопителя дефектные секторы должны быть помечены и исключены из рассмотрения. Метод резервирования секторов позволяет сохранить на каждой дорожке то количество рабочих секторов, которое определено для нее в соответствии с принципом зонной записи. При так называемом последовательном резервировании один из секторов на каждой дорожке оставляется в качестве запасного. Он не включается в общий список секторов и ни BIOS, ни операционная система не знают о его существовании. Если в процессе форматирования диска на дорожке обнаруживается поврежденный сектор, то вместо него “подставляется” запасной, а нумерация последующих секторов сдвигается на единицу. Если на дорожке обнаруживается более одного дефектного сектора, то она целиком помечается как непригодная для записи. Последовательное резервирование, однако, не получило широкого распространения. Чаще всего используется пространственное резервирование, при котором запасные секторы на дорожках не выделяются. Если в процессе форматирования на дорожке обнаруживается хотя бы один поврежденный сектор, то она сразу помечается как неиспользуемая, а вместо нее “подставляется” запасная дорожка с одного из резервных цилиндров, специально выделенных для этих целей. Этот метод используется практически во всех EIDE и UDMA накопителях на жестких дисках. В них предусмотрены 16 резервных цилиндров — по одному для каждой зоны записи (часто их называют зоной компенсации дефектов).
Единственная область накопителя, где дефектные секторы абсолютно недопустимы, — это нулевая дорожка (с номером 00). Она используется для записи информации о разбиении жесткого диска и положении FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Если нулевая дорожка не читается или на нее невозможно что-либо записать, то накопитель перестает работать. Если в процессе эксплуатации повреждается сектор на этой дорожке, то даже низкоуровневое переформатирование диска с целью исключения плохого сектора не обязательно восстановит его работоспособность. К сожалению, при такой неисправности чаще всего приходится заменять накопитель.
9.2.3. Парковка головок
Головки записи/воспроизведения “парят” над поверхностями носителей на микроскопических расстояниях от них. Поддерживающая их воздушная подушка формируется воздушными потоками, возникающими при вращении магнитных дисков. Когда накопитель выключается, магнитные диски постепенно останавливаются. Интенсивность воздушных потоков быстро снижается, и головки “падают” на поверхности носителей. При таких “падениях” поверхности магнитных дисков изнашиваются, что, может привести к появлению поверхностных дефектов и безвозвратной потере данных. К тем же последствиям могут привести сотрясения работающих накопителей, при которых одна или несколько головок могут задеть рабочую поверхность. Хотя после таких аварий диск обычно удается переформатировать, поврежденные участки будут помечены как непригодные для использования, что может привести к снижению емкости накопителя (если исчерпан резерв запасных цилиндров). Кроме того, переформатирование жесткого диска чаще всего означает полную переустановку операционной системы и всех программ.
Чтобы избежать ударов головок о поверхности носителей при выключении накопителя и остановке дисков, выделяется специальный цилиндр (либо внутренний, ближайший к оси вращения, либо внешний), который играет роль посадочной полосы (LZ — landing, zone) для головок. Этот цилиндр не предназначен для хранения данных, поэтому соприкосновения головок с поверхностями дисков на этом участке вполне безопасны. Все современные накопители на жестких дисках имеют систему автоматической парковки — перевода головок на посадочную полосу по мере уменьшения частоты вращения магнитных дисков, а также их надежной фиксации до момента следующего включения накопителя. Фиксация головок необходима для того, чтобы они не смещались на рабочие дорожки при сотрясениях неработающего накопителя. Для старых накопителей в программах настройки BIOS предусматривалась специальная строка — “LZ” или ‘Landingzone”. Для современных дисков можно либо просто ввести “О” в строке “LZ”, либо позволить системе автоматически определить значение этого параметра.
9.2.4. Предварительная компенсация при записи
Магнитные диски накопителя вращаются с постоянной угловой скоростью. Это обстоятельство существенно упрощает схему питания шпиндельного электродвигателя, однако порождает определенные проблемы, связанные с качеством и надежностью записи данных на всей поверхности рабочего слоя. Дорожки, расположенные ближе к оси вращения дисков, короче, чем дорожки, расположенные около их краев. Чем меньше длина дорожки — тем короче дуга, отводимая под каждый из секторов (если в накопителе не используется метод зонной записи, то это утверждение справедливо для всей рабочей поверхности носителей; в противном случае геометрические размеры секторов сокращаются в пределах каждой зоны). Поскольку, информационная емкость секторов постоянна, на внутренних дорожках плотность записи будет существенно выше, чем на наружных, т.е. , количество зон смены знака остаточной намагниченности на единицу длины дорожки на внутренних цилиндрах будет больше, а размеры участков с постоянной остаточной намагниченностью — меньше. Из-за взаимного влияния этих участков происходит их частичное “саморазмагничивание”, зоны смены знака становятся более размытыми и, в результате, снижается уровень и возникают нежелательные фазовые сдвиги сигнала, поступающего с головки записи/воспроизведения при считывании данных.
Чтобы избежать этого неприятного явления, между импульсами тока записи, подаваемыми на головки записи/воспроизведения при работе на внутренних цилиндрах, вводятся небольшие паузы.
(Вводить задержки между токовыми импульсами записи на всей поверхности диска нельзя, поскольку во время паузы не происходит перемагничивания рабочего слоя носителя (ток через обмотку головки не протекает). В результате на внешних цилиндрах, где за время паузы головка успевает “пробежать” достаточно большое расстояние, будут оставаться участки с прежним уровнем остаточной намагниченности, не имеющим отношения к записываемым данным.)
Для различных последовательностей данных оптимальные длительности этих пауз могут быть разными, но их можно рассчитать и запрограммировать заранее и в итоге получить более явно выраженные переходы между зонами смены знака остаточной намагниченности рабочего слоя дисков.' В результате при считывании данных из внутренних секторов сигнал с головок записи/воспроизведения получаться более четким и хорошо различимым на фоне шумов. Описанный метод называется предварительной компенсацией при записи (WP — Write Precompensation). Дорожка, начиная с которой должны вводиться предварительная компенсация, указывается в таблице параметров жесткого диска при настройке BIOS. Предварительная компенсация при записи играла существенную роль в старых накопителях, в которых использовались носители с оксидным рабочим слоем. Переход к тонкопленочным рабочим слоям в сочетании с методикой зонной записи в современных накопителях устранл необходимость в предварительной компенсации (хотя соответствующий параметр в BIOS еще остался). В большинстве случаев при настройке BIOS следует просто ввести “О” в строке “WP” или позволить системе автоматически определить номер дорожки, начиная с которой должна вводиться предварительная компенсация.
9.2.5. Параметры дисководов и их преобразование
Для того чтобы компьютер мог взаимодействовать с установленным в нем жестким диском, он должен знать его основные параметры. Всего таких параметров шесть: количество цилиндров, головок и секторов, номер дорожки, начиная с которой должна вводиться предварительная компенсация при записи, номер дорожки, используемой в качестве посадочной полосы и, наконец, общая емкость отформатированного накопителя. Эти параметры хранятся в памяти CMOS компьютера и могут быть изменены в процессе настройки BIOS. При установке нового жесткого диска с помощью той же программы настройки BIOS можно просмотреть его параметры и, при необходимости, их скорректировать. Просмотрев параметры, определяемые в BIOS, вы можете получить достаточно полное представление о накопителе. Например, у жесткого диска 88400D8 фирмы Maxtor, 16 головок, 16278 дорожки (цилиндра), 63 сектора на каждой дорожке, а его емкость вычисляется как произведение указанных величин на размер сектора (512байт): 16278 х 16 х 63 х 512 = 8 401 010 688байт (т.е. примерно 7,8Гбайт).
У некоторых накопителей можно отметить две характерные черты. Во-первых, для них не надо указывать номера дорожек, начиная с которых должна вводиться предварительная компенсация при записи, и номера цилиндров, выполняющих роль посадочных полос. Как и в большинстве современных жестких дисков, парковка головок в этих накопителях осуществляется автоматически и является “внутренним делом” самих устройств. Вторая особенность перечисленных накопителей заключается в том, что их параметры являются логическими, а не физическими. Достаточно очевидно, что при 15 или 16 головках в них должно было бы быть установлено по 8 магнитных дисков носителей (каждая головка работает с одной из сторон диска). Поверить в это, глядя на современные миниатюрные модели накопителей, довольно трудно, поскольку “стопка” из 8 дисков оказалась бы достаточно высокой. Кроме того, практически во всех накопителях сейчас используется метод зонной записи, и количество секторов на дорожке является переменной величиной. Это означает, что те параметры диска, которые вводятся в BIOS, являются условными. Контроллер накопителя сам преобразует установленные параметры в реальные физические координаты расположения секторов.
9.2.6. Двоичные и десятичные мегабайты
Все знают, что емкость жесткого диска измеряется в мегабайтах (обозначаются как М, MB или Мбайт) или гигабайтах (Г, GB или Гбайт). Однако и начинающие, и опытные пользователи часто не понимают разницу между “двоичными” и “десятичными” мегабайтами и гигабайтами. Предположим, что вы установили в компьютер новый жесткий диск, в паспорте которого указана емкость 4 Гбайт. Вы тут же заметите, что некоторые программы — в частности, программа настройки BIOS, FDISK и Проводник Windows (Explorer) — выводят одно значение емкости накопителя (3,73Гбайт), а другие программы — например, CHKDSK — ее паспортную величину (4Гб). Такие разночтения могут сбить с толку кого угодно. Происходят они из-за того, что производители аппаратных средств и программного обеспечения по-разному подсчитывают емкости дисков. Формально емкость жесткого диска в байтах вычисляется как произведение количества цилиндров, секторов и головок, умноженное на количество байт в секторе 512, то есть:
Емкость = цилиндры х секторы х головки х 512
Например, емкость накопителя АС2850 с 1654 цилиндрами, 16 головками и 63 секторами окажется равной:
1654 х 16 х 63 x 512 = 853 622 784байт
Для сравнения, емкость накопителя АС34000 (7752. цилиндра, 16 головок 63сектора) будет равна:
7752 x 16 x 63 x 512 = 4 000 776 192байт
Все дальнейшие расхождения объясняются лишь трюками с кратными единицами. Производители аппаратных средств выражают емкости своих жестких дисков в десятичных мегабайтах (или гигабайтах). Чтобы перейти к мегабайтам, надо полученные выше значения разделить на 1 000 000, а для перехода к гигабайтам — на 1 000 000 000. Для накопителя АС2850 получим:
853 622 784 / 1 000 000 = 853,6Мб
а для накопителя АС34000:
4 000 776 192 / 1 000 000 000 = 4,0Гб
Разработчики же программного обеспечения при подсчете емкостей накопителей используют двоичные мегабайты и гигабайты. Двоичный мегабайт равен 1 048 576байт, а двоичный гигабайт — 1 073741 824байт. Именно поэтому большинство программ сообщит, что емкость накопителя АС2850 равна: 853 622 784 / 1 048 576 = 814Мбайт, а накопителя АС34000: 4 000 776 192 / 1 073 741 824 = 3,73Гбайт
Таким образом, мы имеем дело с представлением одной и той же величины, емкости накопителя, в разных единицах измерения — и оба эти способа правильные. К сожалению, изменить что-либо в сложившейся ситуации не представляется возможным. Просто надо помнить о существовании разных мегабайтов и не впадать в панику по поводу несуществующх неисправностей жесткого диска.
9.2.7. Представление о технологии S.M.A.R.T.
S.M.A.R.T. (Self-MonitoringAnalysis and Reporting Technology) — это система автономной диагностики, которая позволяет персональному компьютеру прогнозировать приближающиеся сбои в работе его компонентов — в частности, дисковых накопителей. При получении предупреждения о возможном сбое пользователь или системный администратор, не дожидаясь потери данных, может выполнить резервное копирование, заменить подозрительный компонент и сэкономить массу времени. Использование технологии S.M.A.R.T. — это наилучший способ повысить сохранность и доступность данных в персональном компьютере.
Технология S.M.A.R.T. была реализована различными фирмами и под разными названиями. Метод PFA (Predictive Failure Analysis — упреждающий анализ отказов) и соответствующий термин были предложены их разработчиком — корпорацией IBM. Метод PFA реализован во всех больших компьютерах фирмы IBM. Фирма Compaq была одной из первых компаний, которая внедрила S.M.A.R.T. в свои жесткие диски под названием DFP (Drive Failure Prediction — прогнозирование отказов накопителей). Впоследствии первоначальная версия S.M.A.R.T. фирмы Compaq была скорректирована и представлена на рассмотрение в качестве основного отраслевого стандарта Комитетом по малым компьютерам (Small Form Factor Committee). Сейчас технология S.M.A.R.T. включена Американским национальным институтом стандартов (ANSI — American National Standards Institute) в стандарт АТА-4 (ANSI X3T13 ATAATAPI-4).
Для реализации технологии S.M.A.R.T. ее поддержка должна обеспечиваться либо системной BIOS компьютера, либо соответствующими драйверами. В том и в другом случае система должна иметь возможность обмениваться S.M.A.R.T. - командами с регистрами АТА-интерфейса. Популярность технологии S.M.A.R.T. постоянно растет, и сейчас, например, к ее использованию подготовлены все накопители фирмы Maxtor. Дополнительную информацию о реализации технологии S.M.A.R.T., разработанной фирмой Maxtor, можно найти по адресу: www.maxtor.com/products/DiamondMax/techsupport/misc/smart.html. Интересную информацию о программном обеспечении S.M.A.R.T. фирмы StorageSoft вы можете найти по адресу: support.storagesofl.com.
9.2.8. Представление о кэшировании диска
Идеальный накопитель должен работать без задержек — данные должны быть доступны в тот же момент, когда они были запрошены. К сожалению, мгновенный доступ и передача данных невозможны даже при использовании самых современных магнитных и оптических технологий их хранения. Реакция механических узлов (шпиндельного двигателя и привода головок) не может быть сколь угодно быстрой вследствие фундаментальных законов физики, поэтому механические задержки всегда будут замедлять работу накопителя. Проблема, с которой столкнулись сейчас разработчики компьютеров, состоит в том, что механическая система накопителя, какой бы прецизионной и быстродействующей она не была, все равно будет работать значительно медленнее, чем электронные схемы обработки информации. В компьютерном мире миллисекунда — это очень большое время. Работая под DOS, вам наверняка довольно часто приходилось ждать, пока закончится дисковая операция — и лишь после этого начиналась следующая. Такие задержки раздражают пользователей, снижают производительность системы — особенно в тех случаях, когда с диска загружаются большие программные файлы или файлы данных, характерные для современных пакетов программного обеспечения. Чтобы повысить “внешнее” быстродействие накопителей, используется прием, называемый кэшированием диска.
Суть кэширования сводится к тому, что непосредственно в накопителе устанавливается полупроводниковое ОЗУ небольшого объема, которое используется для временного хранения данных (в качестве промежуточного буфера). В кэш загружается информация, которая, как предполагается, будет запрошена системой. Когда инициируется считывание с диска, кэш проверяется на содержание в нем искомой информации. Если она там присутствует (в этом случае говорят о попадании в кэш), то данные передаются из кэш-буфера в систему со скоростью, характерной для электронных схем. В этом случае не происходит считывания данных непосредственно с носителей, за счет чего и достигается высокое быстродействие. Если искомой информации в кэше нет промах, то данные считываются с магнитных дисков с обычными для накопителя задержками и производительность системы не увеличивается. В настоящее время в накопителях на жестких дисках в качестве встроенного кэша используются высокоэффективные ОЗУ EDO-типа (Extended Data Out — с расширенной выдачей данных) емкостью до 1Мбайт (память такого же типа устанавливается на многих системных платах с процессорами Pentium).
Плата электроники - съемная, подключается к геpмоблоку чеpез один-два разъема различной конструкции. Hа плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, цифровой сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. В одних винчестерах программа процессора полностью хранится в ПЗУ, на других определенная ее часть записана в служебной области диска. Hа диске также могут быть записаны параметры накопителя (модель, серийный номеp и т.п.). Hекотоpые винчестеpы хpанят эту инфоpмацию в электрически pепpогpаммиpуемом ПЗУ (EEPROM).
Многие винчестеpы имеют на плате электpоники специальный технологический интерфейс с разъемом, чеpез котоpый пpи помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных участков и т.п. У современных накопителей маpки Conner технологический интеpфейс выполнен в стандаpте последовательного интеpфейса, что позволяет подключать его чеpез адаптеp к алфавитно-цифpовому теpминалу или COM-поpту компьютеpа. В ПЗУ записана так называемая тест-монитоpная система (ТМОС), которая воспринимает команды, подаваемые с терминала, выполняет их и выводит результаты обратно на терминал.
Пpи включении питания пpоцессоp винчестеpа выполняет тестиpование электpоники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. Пpи достижении некотоpой критической скорости вpащения плотность увлекаемого повеpхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту от долей до единиц микрон над повеpхностями дисков головки ”всплывают - парят”. С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки ”висят” на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков.
После достижения дисками скорости вpащения, близкой к номинальной (обычно - 3600, 4500, 5400 или 7200 об/мин и более) головки выводятся из зоны парковки и начинается поиск сеpвометок - специальных кодовых последовательностей особого вида, записанных в промежутках между участками данных. Сеpвометки используются для стабилизации скорости вpащения дисков и точной установки головок на доpожки. В более ранних моделях под метки выделялась отдельная поверхность - это снижало плотность записи и требовало большей жесткости подвесной системы головок.
Затем выполняется считывание инфоpмации из служебной зоны в частности, таблицы пеpеназначения дефектных участков. Пpи низко уpовневом фоpматиpовании винчестеpа на заводе почти всегда обнаpуживаются дефектные сектоpа, котоpые заносятся в эту таблицу, и вместо них выделяются новые из заpезеpвиpованных на каждой доpожке или в областях pезеpвиpования. Благодаpя этому новый совpеменный винчестеp создает видимость полного отсутствия дефектов повеpхности, хотя на самом деле они есть почти всегда.
В завершение инициализации выполняется тестиpование позиционеpа путем перебора заданной последовательности дорожек если оно проходит успешно, пpоцессоp выставляет на интеpфейс признак готовности и пеpеходит в pежим работы по интерфейсу.
Во вpемя работы постоянно работает система слежения за положением головки на диске: из непpеpывно считываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, котоpый подается в схему обpатной связи, упpавляющую током обмотки позиционеpа. В pезультате отклонения головки от центра доpожки в обмотке возникает сигнал, стремящийся вернуть ее на место.
Пpи отключении питания пpоцессоp, используя энергию, оставшуюся в конденсаторах платы, выдает команду на установку позиционеpа в парковочное положение, которая успевает выполниться до снижения скорости вpащения ниже критической. В некоторых винчестерах для автоматического возврата служит помещенное между дисками коpомысло, постоянно испытывающее давление воздуха. Пpи отключении системы слежения противодействие исчезает и коpомысло толкает позиционеp в парковочное положение, где тот фиксируется защелкой. Движению головок в стоpону шпинделя способствует также центростремительная сила, возникающая из за вpащения дисков.
9.2.9. Ограничение емкости накопителей на уровне 504 Мбайт в классическом IDE-интерфейсе.
Люди также интересуются этой лекцией: 11 Диаграммы деятельности.
Предел в 504 Мбайт (528 Мб в десятичных единицах), являющейся, возможно, наиболее существенным ограничением в рамках традиционной IDE-архитектуры, возник из за несогласованности действий разработчиков BIOS и создателей архитектуры контроллера накопителей WD1003. Чтобы уяснить суть этого ограничения, необходимо понять, как осуществляется адресация данных в IDE - накопителях. Классической схемой адресации является схема CHS (Cylinder, Head, Sector— цилиндр, головка, сектор). Проще говоря, необходимо ввести в регистры контроллера WD1003 необходимые вам номер цилиндра, номер головки и номер сектора, а затем через программное прерывание INT13 вызвать из BIOS процедуру, перемещающую головки накопителя на заданный сектор для считывания или записи информации.
В теории все выглядит прекрасно, но на практике возникает проблема. Дело в том, что предельные значения количества цилиндров, головок и секторов в BIOS и в контроллере WD1003 разные. В BIOS определены следующие максимальные значения: 1024 цилиндров, 256 головок и 63 сектора на дорожку. Если перемножить все эти числа, а результат затем умножить на 512 (количество байт в секторе), то получается, что теоретический предел ограничения емкости накопителя на уровне BIOS составит 8 455 716 864байт (примерно 7,88 Гбайт или 8,4 Гб в десятичных единицах). Контроллер WD1003 может работать с 65536 цилиндрами, 16 головками и 256 секторами на дорожке, т.е. теоретическая емкость накопителя составляет 128Гбайт (137 Гб).
Проблема заключается в том, что каждый из параметров накопителя ограничивается на минимальном уровне. Так, максимально доступное количество цилиндров оказывается равным 1024, максимальное количество головок — 16, а максимальное количество секторов — 63. Если перемножить эти три числа, а результат умножить на 512, то получим величину 504Мбайт (528Мб). Если бы разработчики BIOS и контроллера WD1003 заранее договорились о единых предельных значениях параметров накопителей, то проблема была бы устранена, даже не возникнув, и предел емкости IDE-накопителей изначально оказался бы равным 128Гбайт. Но реальность, увы, такова, что доступное дисковое пространство стандартных IDE-накопителей в сочетании со старыми версиями BIOS составляет всего лишь 504Мбайт.
Из приведенных расчетов становится ясно, почему к IDE - интерфейсу можно без проблем подключать накопители емкостью до 504Мбайт — и не более. Конечно, существуют методы преодоления этого ограничения. Поскольку BIOS по своей сути является программным обеспечением, наиболее простой и экономичный способ преодоления барьера состоит в расширении возможностей процедур INT13, за счет запуска специализированного драйвера в момент загрузки компьютера. Доработка процедур, вызываемых через прерывание INT13, позволяет работать с накопителями, емкость которых превышает 7,88Гбайт. Наиболее популярными драйверами такого типа являются Drive Rocket и Disk Manager фирмы Ontrack, которые позволяют персональному компьютеру обращаться ко всему дисковому пространству больших IDE-накопителей, а не только к первым 504Мбайт.
Для интерфейсов EIDE и UDMA допускается работа с оверлейными (обеспечивающими адресацию дискового пространства свыше 504 Мбайт) драйверами, причем драйвер Disk Manager (или подобные ему) часто входят в комплект поставки современных жестких дисков большой емкости. Однако есть несколько причин, по которым нежелательно использовать такие оверлейные драйверы. Во первых, они обычно занимают часть очень ценной области оперативной памяти в пределах первых 640Кбайт, поскольку далеко не во всех системах для них находится свободное место в верхней памяти (UMA — Upper Memory Area). Во вторых, старые оверлейные драйверы не всегда хорошо работают с операционными системами Windows, что приводит к традиционным проблемам совместимости жестких дисков большой емкости с Windows. В третьих, оверлейные драйверы могут конфликтовать с загруженными в память драйверами других устройств и резидентными программами.
В конечном счете, наиболее предпочтительным способом введения поддержки накопителей большой емкости в интерфейсах EIDE и U DMA является модернизация BIOS до версии с усовершенствованными процедурами, вызываемыми через прерывание INT13. Фирмы AMI и Micro Firmware первыми начали выпускать системные BIOS, совместимые с EIDE, однако впоследствии поддержка стандарта EIDE стала неотъемлемым свойством всех BIOS и контроллеров накопителей. В настоящее время общепринятой нормой стала поддержка режима UDMA/66/100/133 при соблюдении обратной совместимости с EIDE и IDE. Хотя замена BIOS — операция более сложная, чем установка драйвера, в большинстве случаев она себя полностью оправдывает (экономится память и обеспечивается лучшая совместимость с операционными системами). Разумной альтернативой модернизации системной BIOS может стать замена контроллера накопителей, т.е. установка нового адаптера с собственной встроенной BIOS и модернизированными процедурами, вызываемыми через прерывание INT13.
