Магнитные и оптические диски. Файловые системы

1. Определите понятия: дорожка, цилиндр, сектор, кластер.

• Дорожка – намагниченный участок рабочей поверхности носителя информации, имеющий форму окружности с центром на оси шпинделя

• Сектор – фрагмент дорожки, отделенный от других секторов магнитными метками

• Цилиндр – совокупность дорожек одинакового радиуса всех рабочих поверхностей носителей информации

• Кластер – несколько секторов на дорожке идущих подряд.

2. Поясните способы CHS и LBA адресации секторов на магнитном диске.

Для обращения к кластерам, секторам и блокам данных имеется две системы физических адресов элементов дискового пространства: CHS и LBA. В системе CHS координатами сектора являются: номер цилиндра (Cylinder), номер рабочей поверхности носителей (Нead), он же номер дорожки в цилиндре, номер сектора на дорожке (Sector).

В системе LBA (Logical Block Addressing) используется линейная адресацию секторов, начиная с сектора 1, головки 0, цилиндра 0 и заканчивая последним физическим сектором диска. Адрес начального сектора диска обозначается как LBA 0. Номер сектора в системе LBA определяется выражением:

LBA = (СхHmax + H)xSmax + S – 1

где С, H, S – координаты сектора в системе CHS,

Hmax – общее количество рабочих поверхностей дисков,

Smax – число секторов на дорожке.

3. Поясните логическую структуру диска.

Дисковое пространство с помощью специальной программы (например, F Disk) делится на разделы. Каждому разделу присваивается буквенное имя (т.н. имя логического диска). Один раздел называется первичным, на нем по умолчанию образуется диск «С:» и помещается главный загрузчик операционной системы (Master Boot Record). Загрузочный сектор имеет главную таблицу разделов (т.е. таблица с адресом первичного раздела, адресом расширенного раздела, внесистемный загрузчик и системный загрузчик). В расширенном разделе можно создать несколько логических дисков, каждый из них имеет свой загрузочный сектор и загрузчик (Secondary Master Boot Record). Часть памяти может быть не распределена.

4. Каково содержимое Master Boot Record'а?

Главная загрузочная запись (англ. master boot record, MBR) — код и данные, необходимые для последующей загрузки операционной системы и расположенные в первых физических секторах (чаще всего в самом первом) на жёстком диске или другом устройстве хранения информации.

MBR содержит небольшой фрагмент исполняемого кода, таблицу разделов (partition table) и специальную сигнатуру.

Функция MBR — «переход» в тот раздел жёсткого диска, с которого следует исполнять «дальнейший код» (обычно — загружать ОС). На «стадии MBR» происходит выбор раздела диска, загрузка кода ОС происходит на более поздних этапах алгоритма.

В процессе запуска компьютера, после окончания начального теста (Power-on self-test — POST), Базовая система ввода-вывода (BIOS) загружает «код MBR» в оперативную память (в IBM PC обычно с адреса 0000:7c00) и передаёт управление находящемуся в MBR загрузочному коду.

5. Каково содержимое Secondary Master Boot Record'а?

У расширенных разделов может быть несколько логических дисков, которые описываются структурами Secondary MBR (SMBR). По своей сути SMBR похожа на MBR, но загрузочная запись у SMBR заполнена нулями, и из четырех описаний раздела используются только два. В первом элементе лежит указатель на логический диск, второй элемент указывает на следующую SMBR, у последней SMBR второй элемент содержит нули.

6. В чём проблема четырёх первичных разделов? Почему её желательно решить? Каковы способы решения этой проблемы?

Распределение дискового пространства накопителя на жёстком диске между логическими дисками описывается в главной загрузочной записи (MBR). MBR содержит ссылки на начала первичных разделов. Вследствие ограниченного размера MBR на диске допускаются только четыре первичных раздела, хотя разделов можно создать и больше. Возникает проблема, как разбить таблицу на большее число разделов, обеспечить их представление как логических дисков и обеспечить возможность запуска операционных систем со всех логических дисков.

Решение проблемы: применение нестандартного загрузчика.

7. Что такое внесистемный и системный загрузчики? Каковы их функции?

На первом секторе логического диска С: располагается также специальная программа, которая называется внесистемным загрузчиком Non-System Bootstrap (NSB).

Процедура начальной загрузки (bootstrap loader) вызывается как программное прерывание (BIOS INT 19h). Эта процедура определяет первое готовое устройство из списка разрешенных и доступных (гибкий или жесткий диск, а в современных компьютерах это могут быть еще и компакт-диск, привод ZIP-drive компании Iomega, сетевой адаптер или еще какое-нибудь устройство) и пытается загрузить с него в оперативную память короткую главную программу-загрузчик. Для накопителей на жестких магнитных дисках — это уже известный нам главный, или внесистемный, загрузчик (NSB) из MBR, и ему передается управление. Главный загрузчик определяет на диске активный раздел, загружает его собственный системный загрузчик и передает управление ему. И наконец, этот загрузчик находит и загружает необходимые файлы операционной системы и передает ей управление. Далее операционная система выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств. Она добавляет новые сервисы, вызываемые, как правило, тоже через механизм программных прерываний, и расширяет (или заменяет) некоторые сервисы BIOS. Необходимо отметить, что в современных мультипрограммных операционных системах большинство сервисов BIOS, изначально расположенных в ПЗУ, как правило, заменяются собственными драйверами ОС, поскольку они должны работать в режиме прерываний, а не в режиме сканирования готовности.