HDD (Hard Disk Drive — устройство управления жестких дисков), или винчестер, имеет также название накопитель для жестких дисков, просто жесткие диски, дисководы жестких дисков (на практике — винт), накопитель на жестких дисках (НМЖД), HMDD (Hard Magmetic Disk Drive) и предназначен для хранения основной информации пользователя. Первый жесткий диск имел 30 цилиндров и 30 секторов на цилиндре, поэтому назывался 30/30, по аналогии с автоматической винтовкой, почему и получил прозвище «винчестер», по названию патрона «30-30 Wincheste» которое прижилось до наших дней. Основным отличием жестких дисков от оперативной памяти является то, что при выключении компьютера данные сохраняются, а не уничтожаются, как в оперативной памяти.
Одними из первых жестких дисков в компьютерах типа ХТ были диски емкостью 10Мб, сейчас выпускаются с емкостью, исчисляемой в терабайтах. Время доступа к данным при операциях чтения/записи медленнее, чем в оперативной памяти, но быстрее, чем у гибких дисков. Некоторые компании-производители указывают емкость в Мегабайтах, из расчета, что 1 Мб=1 000 000 байт. Поэтому, если у вас имеется жесткий диск емкостью по документации, например, 500 Гб, то тестирующие программы могут фактически указать 465 Мб. То есть, при измерении в мегабайтах разница может составлять в 4.8%, в гигабайтах разница может составлять 7.6 %, в терабайтах – 9.95%.
Физически жесткие диски устроены аналогично гибким дискам, за исключением того, что в накопителе может находиться не одна пластина, а несколько, расположенных одна под другой, при этом у каждой пластины сверху и снизу находится по магнитной головке. Кроме того, для хранения информации используется не гибкие, а жесткие диски из аллюминия либо стеклянные (последние разрабатывались IBM, но оказались хрупкими), покрытые слоем магнитного материала (ферромагнетика из сплавов железа, марганца и др). Как и в гибких дисководах, головки жестко связаны между собой и расположены одна под другой. Для перемещения одной головки перемещаются и другие, поэтому совокупность головок называется блоком головок. При их фиксированном расположении каждая головка может считывать информацию только с одной дорожки (дорожка — это область в виде узкого кольца на диске, которая считывается головкой без ее смещения), эти дорожки в совокупности всех дисков называются цилиндром. Например, цилиндр 0 содержит все нулевые дорожки дисков, цилиндр 1 содержит первые дорожки и так далее. Обычно в портативных жестких дисках находится один диск, а в стационарных несколько. Каждая дорожка обычно разбита на секторы объемом 512 (в будущем 4096) байт.
Общий объем дисковода рассчитывается по формуле: емкость диска = число цилиндров (или дорожек на одной поверхности) х количество головок (или количество рабочих поверхностей) х размер кластера (512, 1024 и более).
Жесткие диски названы так потому, что твердые пластины с намагниченным слоем жестко устанавливаются в устройстве на заводе и являются несъемными в отличие от гибких дисков. Из-за большой скорости вращения дисков может возникнуть резонанс, поэтому устройство должно быть прочно укреплено в системном блоке, зафиксировано винтами во всех необходимых местах и находиться в горизонтальном или вертикальном положении. Еше одно неприятное действие вращающихся дисков — эффект гироскопа, потому скорость вращения дисков для ноутбуков несколько ниже, чем у стационарных компьютеров, у которых системный блок неподвижен. При работе считывающие головки расположены очень близко от рабочей поверхности. Для сравнения: человеческий волос в 5-10 раз толще, чем воздушная подушка между диском и головкой. Поэтому тряска винчестера может привести к повреждению головки и рабочей поверхности дисков. Так как накопитель жестко установлен в системном блоке, то он не должен подвергаться ударным воздействиям. Винчестер не следует разбирать, так как попадание малейшей пыли выведет его из строя, и, кроме того, он центрирован на заводе, а в домашних условиях этого сделать невозможно.
Возможна работа и без жесткого диска, как это было в первом поколении компьютеров, но в этом случае можно работать только в системе ДОС и с небольшим числом программ, так как гибкие диски имеют небольшую емкость. Кроме того, работа будет намного медленнее из-за того, что время доступа к данным значительно больше, чем у жестких дисков.
В последнее время начали выпускаться жесткие диски типа SSP (Solid-State Drive – твердотельный накопитель), у которого вместо диска установлена память на основе флэш-памяти. Компьютер считает, что на нем имеются также оглавление, дорожки, сектора как на жестком диске. Контроллер жесткого диска адрес в виде дорожек, секторов преобразует во внутренний адрес и таким образом происходят операции с ним. Данный вид дисков более быстрый, бесшумный (нет движущихся частей), но более дорогой.
Жесткий диск находится, как правило, внутри системного блока, и пользователь его не видит. Гибкие диски предназначены для хранения и переноса информации с одного компьютера на другой. Рассмотрим вначале принцип действия жестких дисков. Принципы работы гибких дисков подобны жестким, поэтому рассмотрим их особенности далее. Чтобы получить справочную информацию о диске, нужно войти в режим: Мой компьютер →Имя диска, например, С: (правая кнопка) →Свойства →Общие, где будет указана общая емкость, занятого и свободного пространства, тип файловой структуры.
Содержание
Логическая структура диска
Существует несколько видов файловой системы:
FAT имеет несколько стандартов: FAT12, FAT16, FAT32 и exFAT. Цифры обозначают число бит, используемых для адреса сектора. FAT12 имеет всего 2 12= 4 096 секторов (на самом деле 4 084, так как некоторые номера используются для служебных целей)). В силу того, что количество секторов небольшое, то данный формат использовался для гибких дисков. Следующий формат FAT16 может иметь большее количество секторов 2 в степени 16 = 65 536 (на самом деле 65 524), что является все равно недостаточным для современных компьютеров, поэтому данный формат уже не используется. FAT 32 позволяет использовать 268 435 445 секторов, но он имеет ограничения на размер файла, который не может быть более 4 гигабайт. Поэтому появился следующий формат – NTFS. А FAT используется для флеш носителей в новом формате под названием exFAT.
NTFS создана компанией Microsoft в 90х годах для Windows NT. В отличие от FAT в ней записывается список изменений в главной файловой таблице (MFT), что позволяет восстановить систему после сбоя. Максимальный размер файла – 2 в степени 64 байтов, максимальное число файлов – 2 в степени 32, максимальная длина имени файла 255 из 16 битных слов,
Имеются и другие системы: EXT2, EXT3, EXT4 (для системы Linux), HFS+ (для Apple).
Кластер на жестком диске состоит из нескольких секторов и может содержать 512 байт и больше, число должно быть равно степени числа два, например, 1024, 2048 и более байт.
Цилиндры располагаются от внешнего края к центру, то есть нулевой цилиндр находится у внешнего края. Сделано это потому, что в нулевом цилиндре находится управляющая информация о диске так как длина дорожки больше, чем у дорожки ближе к центру, поэтому она более надежна. Если же нулевой цилиндр будет испорчен, то диски работать не будут.
В самом начале каждого сектора находится управляющая информация, которая включает в себя адрес и признак нормального или дефектного сектора, а в конце за этой информацией — два байта с контрольными кодами для проверки правильности считывания информации. При записи в сектор записывается и контрольная информация. Считывается также и контрольная информация и проверяется при помощи специального алгоритма (CLC) корректность считывания. Если результат проверки отрицательный, то система пытается сама восстановить данные. Для этого используется информация из строки ECC. Предполагается, что испорченная информация обычно составляет несколько байт на сектор, что на практике и происходит, и эти биты можно восстановить. Структуру сектора смотрите ниже. При этом общая длина каждого сектора составляет 571 байт, из которых 512 отводятся под данные. В некоторых моделях дисков может быть и другой размер секторов, но они должны быть поддержаны BIOS компьютера.
На дискете сектор представлен примерно в таком же виде, за исключением того, что в заголовке сектора находится адрес сектора и признак сбойности, а также вместо ЕСС находится контрольная циклическая сумма CRC.
Если в компьютере кроме С: имеются и другие диски (D:, E: и так далее), то это не обязательно означает, что такие логические устройства находятся на жестком диске, это может быть оптический диск, сетевые диски и пр. Поэтому если С: означает жесткий диск, то D: может обозначать как жесткий диск, так и другое устройство, которое зависит от конфигурации компьютера.
В самом первом секторе на диске находится исходная информация о разбиении диска на разделы, которые могут быть нескольких разных типов. Каждый раздел содержит сведения о его типе, является ли он загрузочным, адреса начала раздела, адреса конца раздела, числа секторов. Тип раздела может быть одним из следующих: первичным, скрытым или расширенным.
Для разбиения диска используется программа Fdisk. Однако нужно иметь в виду, что после работы с этой программой все данные на диске будут утеряны. ДОС различает два вида разделов: первичный и расширенный, другой тип он не понимает, поэтому он от него скрыт. Другие операционные системы (например, UNIX, OS/2) в некоторых случаях определяют структуру файлов ДОС, а в других — нет.
Первичный раздел используется для загрузки операционной системы, и в нем может быть только одно логическое устройство. В расширенном разделе может быть сколько угодно логических устройств, это ограничивается лишь числом букв латинского алфавита (кроме А: и В:). Первый сектор на расширенном разделе содержит специальную таблицу, в которой и находится информация о логическом устройстве расширенного раздела, аналогично записи в начале диска о разделах. Всего может быть три первичных раздела и один расширенный. Каждый из логических дисков может иметь разные файловые системы, например, на диске С: — NTFS, на диске D: — FAT32 и так далее. Если на диске Е: находится файловая структура от другой операционной системы, нежели Windows в зависимости от установленной на системном диске системе, этот диск может быть в списке логических дисков, а может и отсутствовать. Но в любом случае считывать из него и записывать на него информацию нельзя из системы Windows.
Структура FAT. Существует несколько форматов представления файлов на жестком диске. Это FAT для систем DOS и Windows OS/2, HPFS (High Performance File System — высокопроизводительная файловая система), которая используется в системах OS/2, Windows NT, и NTFS (Windows NT File System — Файловая система Windows NT) — в системе Windows NT. Так как большинство пользователей работает с системой FAT, рассмотрим ее более подробно. Существует три версии: FAT12, FAT16 и FAT32.
Любой логический диск имеет для FAT12 и FAT16 следующую структуру:
Структура FAT32, которая поддерживается, начиная с версии OSR2 Windows 95, имеет следующие отличия: 1. Используется не один, а три сектора начальной загрузки; 2. За ними находятся резервные сектора и копия записи начальной загрузки; 3. Корневой каталог не выделен и находится в области с подкаталогами и данными; 4. Существует специальная таблица, в которой указан размер диска, числе секторов в кластере и др. информация, которую можно просмотреть, используя Norton Disk Editor.
Расположение корневой директории в общей зоне данных выгодно тогда, когда область, выделенная под эту директорию, находится на сбойных местах и ее можно перенести в неповрежденную область. Кроме того, в FAT16 имелось ограничение на количество файлов, которые могут быть в корневой директории, и позволяло хранить 512 имен, а при использовании длинных имен – меньшее их значение. В FAT32 таких ограничений уже нет.
Сектор начальной загрузки содержит программу начальной загрузки. При включении электропитания компьютера в оперативную память загружается содержимое данного сектора и ему передается управление. Как правило, эта программа вызывает программу загрузки операционной системы и передает ей управление.
На жестких дисках, кроме этой информации, может присутствовать и таблица, содержащая данные о накопителе, а именно, число байт в секторе, общее число секторов, тип FAT и другие параметры. Более подробно эти данные можно увидеть, воспользовавшись программой Disk Editor из NU. В ДОС или FAT16 (в Windows 3.11) для управляющей информации используется один сектор, в FAT32 (Windows 95 и выше) — более одного сектора.
FAT представляет собой таблицу, в которой указано размещение файлов на диске. Там имеется две таблицы FAT: FAT#1 и FAT#2, причем вторая является копией первой, что сделано для надежности хранения информации. Поэтому при операциях записи информация о файле записывается как в FAT#1, так и в FAT#2. Если при считывании FAT#1 произошла ошибка, то система обращается к FAT#2. Если и в FAT#2 имеется ошибка, то система узнает об этом, когда будет обнаружена ошибка в FAT#1, либо при запуске диагностических программ. Чтобы этого избежать, можно воспользоваться программами, которые проверяют диски через заданные промежутки времени.
Что делать, если повреждены сектора, где находятся таблицы FAT? В этом случае можно попробовать отформатировать заново диск, предварительно сохранив записанные на диске файлы. Если это гибкий диск и после форматирования сбои на этом месте продолжаются, то этим диском пользоваться нельзя. Если это жесткий диск и сбой произошел не на диске С:, то можно сделать переопределение разделов при помощи программы Fdisk. Если имеется сбой на диске С:, то нужно иметь в виду, что для FAT32 можно использовать только одну FAT. Это применяется, если вторая FAT постоянно дает сбои, тогда нужно изменить некоторые параметры в первой загрузочной записи.
Информация в FAT оперирует с кластерами (объединением нескольких секторов), причем количество секторов в кластере является строго фиксированной величиной для каждого диска. Начинается адресация с 2, так как нулевой и первый кластеры принадлежат корневому каталогу. В FAT могут быть следующие величины: D — кластер не используются, символ EDF означает, что данный кластер — последний для файла. Существует символ, обозначающий, что кластер дефектный, и символ, что кластер используется файлом и не является последним.
Номер, который указан в таблице, определяет номер кластера, являющийся продолжением файла. Если номера последовательны, то файл находится в одном непрерывном куске данных на диске, то есть он не фрагментирован (в одном фрагменте), если номера разные, то файл располагается в нескольких областях, то есть файл фрагментирован (расположен на нескольких фрагментах) и процесс чтения таких файлов увеличивается.
Существует несколько видов таблицы FAT. Самая старая из них до сих пор используется на дискетах. В этом случае номер кластера в таблице имеет размер 12 бит, в результате можно записать значения номеров кластеров от 2 до 4086. Таким образом, общая емкость может быть: размер сектора (512), умноженный на число секторов (4086), что является меньше двух мегабайт, но больше 1,44 Мегабайт. Если кластер составляет 4 Кбайт (8 секторов), то можно использовать такую таблицу для жесткого диска емкостью 16 Мбайт.
16-разрядный FAT был введен, начиная с версии 3.0 DOS, и использует для номера кластера 16 бит, всего можно указать 65 тысяч значений, организован он для жестких дисков с емкостью до 2 Гигабайт. При размере диска 2 Гигабайт размер кластера составит 32 Кбайт (64 сектора), то есть кластер занимает для записи несколько байт, остальное пространство не будет использоваться.
В системе Windows 95 используется 32-разрядная таблица размещения файлов, в которой для номера кластера занято 32 бита и которая позволяет адресовать 4 миллиона кластеров. Вполне естественно, что при работе с Windows 95 и выше можно работать с дисками любого указанного вида FAT. Минимальный размер диска, с которым работает эта система, имеет размер 512 Мбайт, а максимальный — 137 Гбайт, достигается при использовании 28-разрядной LBA, что достаточно для современных дисков. Основной раздел FAT12 может достигать 2 Мбайт, FAT16 — от 32 Мбайт до 2 Гигабайт, FAT32 — от 512 Мбайт до 2048 Гбайт, тогда как расширенный раздел FAT12 и FAT32 может иметь любой размер.
Корневой каталог. Корневой каталог имеется во всех типах FAT, кроме FAT32, где он выведен в область основных данных. Корневой каталог имеет несколько отличий от поддиректорий. Одно из них заключается в том, что в нем содержится несколько системных файлов, с которых загружается операционная система. Из поддиректории загружаться нельзя. Кроме того, в корневом каталоге находится имя логического устройства. Подкаталог в свою очередь имеет в таблице первые две записи, которые обозначаются «.»(точка) и «..» (две точки), которых нет у корневого. В записи с «.» находится указатель номера кластера, где имеется описание текущей директории, в «..» — родительской, см. рис. ниже. На рисунке описание корневой директории находится в 0 кластере, SD1 в 5, SD2 в 10.
В каждой такой таблице о каталоге находится информация о подкаталогах и файлах, которые он содержит. В первой корневой директории имеется ссылка на подчиненную директорию с именем SD1 с указанием на номер 5-го кластера, где находится таблица описания поддиректории. Вторая таблица в первой строке описывает саму себя («.») с указанием, где она находится (5-й кластер), далее следует ссылка на корневой каталог («.») с указанием, где он находится, и подчиненную директорию («SD2»). Она находится в кластере с номером 10. 0 и обозначает не нулевой кластер, а то, что имеется ссылка на корневой каталог, поскольку кластера с таким номером не существует. Это сделано потому, что в FAT12 и FAT16 кластер корневой директории не имеет своего номера, так как он находится в другом разделе.
Длину каталога можно узнать, просмотрев в FAT цепочку кластеров, принадлежащих описанию каталогов. Для просмотра содержимого каталога можно использовать программу Norton Disk Editor, однако не следует менять параметр «только для чтения» с тем, чтобы не испортить диск. А если вы хотите потренироваться в записи на диск, можно использовать программу для гибких дисков. Для каждого элемента в трех FAT данные занимают 32 байта. Информация о файлах содержится в следующем виде:
11 байт — наименование и расширение файла (8+3 символа);
1 байт побитные атрибуты, которые включают:
— архивный атрибут(А);
— атрибут каталога (принадлежит каталогу или файлу) (D);
— атрибут тома (в записи с этим атрибутом хранится имя тома) (V);
— системный атрибут (S);
— атрибут скрытого файла (H);
— атрибут только для чтения (R).
2 байта — время создания файла (5 бит — часы, 6 бит — минуты, 5 — секунды);
2 байта — дата создания файла (7 бит — год, 4 — месяц, 5 — день);
2 байта — адрес кластера, где начинается файл. В FAT32 младшие байты – адреса и старшие 2 байта находятся в резервном поле.
4 байта — длина файла, которая доходит максимально до 4 Гбайт.
В FAT12 и FAT16 часть поля зарезервирована, а в FAT32 имеются дополнительные поля, включая время и дату создания файла, дату последнего доступа и т.д.
Если в файле имеется один байт данных, то обычно много места тратится впустую, так как, если кластер равен 512 байт, тогда 511 байт не заняты. На практике размер кластера значительно больше.
Если установлены одновременно атрибуты только для чтения, системный, скрытый и атрибут тома, то эта запись служит для длинного имени файла, которое используется в системе Windows 95 и выше.
Все записи имеют единый формат, за исключением метки тома, которая содержит только имя тома. В системе DOS использовался формат для имени файла, содержащий 8 символов и 3 для расширения. Можно было использовать любые латинские буквы от А до Z, цифры от 0 до 9 и специальные символы: `, ‘, !, @, #, $, %, ^, &, _, (, ), {, }. При этом латинские символы заносились в едином формате вне зависимости от того, как их набивали: строчными или прописными. Если имя имеет меньшее количество символов, то они дополняются пробелами.
В формате Windows 95 стали использоваться имена до 254 символов, кроме указанных стали допустимыми: +, ; = [ ], строчные и прописные символы, а также кириллица. При этом длинное имя делится на определенное число фрагментов и хранится в нескольких записях, в каждой из которых находится до 13 символов имени. В первом байте находится счетчик, 1 — для первой записи, 2 — для второй, 128 — номер для последней, 12 байт содержат особую комбинацию, описанную выше, 13-й байт равен 0. В силу того, что имя хранится в формате Unicode, для каждого символа используется не 1, а 2 байта.
Чтобы нормально функционировать, система при работе с FAT32 преобразует имя в стандартный вид (8.3 символов). Это происходит следующим образом: убираются пробелы, вводится несколько новых символов, они преобразуются в прописные, далее ставится галочка (~) и номер. Например, “Список книг” преобразуется в “Список~1.doc”. Следующее название с одинаковым началом преобразуется в “Список~2.doc” и так далее. Если файлов более 10, то будет присвоен двухзначный номер. Если в имени имеется точка, то первые символы до точки используются для имени, а после точки — для расширения. Эти названия можно увидеть в NC, при работе в ДОС. Программа в ДОС не понимает длинных имен и не позволяет их копировать, удалять. Для того, чтобы это сделать, необходимо воспользоваться программой Проводник системы Windows. Для просмотра длинных имен можно воспользоваться командой DIR с выводом результатов в файл и затем просмотреть результат.
Отметим, что если на диске находятся файлы FAT32, то нельзя использовать некоторые утилиты, которые работают с FAT16, например, сжатия и дефрагментации. Если нужно дефрагментировать диск, то следует использовать программу, которая работает с FAT32, то есть под управлением Windows.
Фрагментирование.
Чтобы понять, что такое фрагментация файлов, выполняется, как распределяется их запись на диск. На рисунке выше показано распределение записи двух файлов на жестком диске. Первый располагается в 3, 4, 12, 9, 10, 11, 2, 1 кластерах, то есть, фрагментирован, второй расположен в 5, 6, 7 и 8 кластерах и не является фрагментированным, так как расположен в одной области. Цифры внутри квадратов показывают номер кластера, в котором находится продолжение файла, а комбинация EOT означает конец файла, то есть последнюю его запись. Файл, который преобразован из находящегося в разных местах в одну область, называется дефрагментированным.
Если файл фрагментирован, то при считывании данных блоки с головками должны перемещаться от одной области к другой, что приводит к замедлению операций с файлами. В то же время, если файл не фрагментирован, то операции считывания/записи проходят быстрее. Поэтому время от времени полезно производить дефрагментацию файлов (например, используя стандартную программу системы Windows: Пуск →Программы→ Стандартные→ Служебные программы→ Дефрагментация диска (Defrag)).
Фрагментация происходит из-за того, что вначале создается файл одного размера, при добавлении в него данных система ищет свободную область памяти на жестком диске и помещает продолжение файла в новое место. Если данных после корректировки станет меньше, то образуется свободное пространство, которое будет использовано для других файлов. Если нужно записать новый файл, а места будет недостаточно в выбранной области, то будет использована новая свободная область, то есть даже при записи нового файла он может быть фрагментирован. После дефрагментации файла размер занятого пространства не изменится, просто файлы будут расположены последовательно, что ускорит операции считывания.
Форматирование жестких дисков проводится довольно редко, чаще всего при нарушении файловой структуры в результате крупного сбоя либо в результате воздействия вирусной программы. После разбиения диска на разделы производится форматирование логических устройств, при этом диск С: форматируется как загрузочный. При установке новой операционной системы также желательно форматировать жесткий диск, с тем чтобы убрать ненужные файлы и обновить оглавление. Однако после форматирования вся информация на нем будет потеряна. Поэтому перед этой операцией нужно сделать архивацию всех важных файлов, которые потребуются в дальнейшем. После форматирования диска С: нужно восстановить операционную систему, то есть, установить ее заново с загрузочного диска, с которой в дальнейшем будет работать пользователь.
Когда диск изготовлен на заводе, то на нем не содержится никаких записей, поэтому перед работой его нужно физически отформатировать, то есть на диске установить специальные метки, которые обозначают начало и конец сектора. Физическое форматирование осуществляется на заводе-изготовителе. Затем выполняется логическое форматирование, которое составляет таблицы для определения местоположения файлов, называемые каталогом, информацию о свойствах диска и заполняет загрузочные сектора, необходимые для загрузки с диска операционной системы. Низкоуровневое форматирование для жестких дисков не рекомендуется производить самостоятельно, так как можно потерять важные параметры диска, что приведет к увеличению времени доступа к данным на нем. Логическое форматирование выполняется программой Format и различными функциями в разных программах, например, в Norton Commander, Windows, Norton Utilities и пр.
Как правило, все диски: и гибкие, и жесткие форматируются на физическом уровне еще на заводе-изготовителе, гибкие диски часто и логически отформатированы. Жесткий диск желательно отформатировать про помощи программы Format или других программ, имеющихся в системе Windows или NC.
При безопасном форматировании на дискете сохраняется копия FAT, а сама область FAT обнуляется, при этом происходит сканирование дискеты для поиска дефектных секторов. При быстром форматировании сканирование не происходит и оно происходит довольно быстро.
Параметры диска. При покупке жесткого диска основными характеристиками, на которые следует обратить внимание, являются его емкость, стоимость и быстродействие. Другие характеристики указаны в главе о техническом обеспечении компьютера. Одной из особенностей жесткого диска является тот факт, что со временем его емкости станет мало, так как вновь разрабатываемые программы требуют все больше и больше места. Поэтому лучше приобрести наиболее емкий диск.
Существует показатель, который определяет стоимость одного мегабайта на жестком диске. Это общая емкости диска, деленная на его стоимость. Например, если жесткий диск имеет емкость 200 Гигабайт и стоит 100 долларов США, то один гигабайт стоит 100/200= 0,5 доллара или 50 центов; если жесткий диск емкостью 40 Гигабайт стоит 50 долларов, то стоимость мегабайта равна 40/50=0,8 доллара, или 80 центов. В этом случае лучше покупать жесткий диск с минимальным показателем, то есть 200 Гигабайтный диск.
Время от времени сектора могут приходить в негодность, то есть с них будет считываться другая информация, нежели та, которая записывалась. На гибких дискетах такие сектора помечаются как дефектные и при записи игнорируются. При этом, естественно, общая емкость дискеты будет меньшей исходной. На жестком диске используется также другой подход, сущность которого состоит в следующем: емкость диска больше, чем указанная, за счет резервных секторов, которые могут располагаться в конце каждой дорожки или непрерывным куском. При обнаружении дефектного сектора происходит его замена на резервный сектор. Основное количество сбойных секторов обнаруживается при низкоуровневом форматировании, однако оно выполняется один раз компанией-производителем. Далее, в зависимости от сбоев, при считывании данных это выполняется при помощи специального алгоритма и ЕСС.
Если на экране появится сообщение, что имеется дефектный сектор, то это означает, что дисковод старый.
Отметим, что основными параметрами жесткого диска являются его емкость и скорость работы. Быстродействие определяется скоростью вращения дисков, средним временем поиска и видом интерфейса. Имеются и другие параметры, но эти наиболее существенны. Чем выше скорость вращения дисков, тем быстрее будет найден требуемый сектор. Стандартные скорости для настольных компьютеров 5 400, 5 900, 7 200 и 10 000 оборотов в минуту. В ноутбуках в виду наличия гороскопического эффекта она меньше — 4 200, 5 400 и 7 200 оборотов в минуту. Среднее время поиска определяется временем перехода головок с одного цилиндра на другой. Понятно, что чем выше эта скорость, тем быстрее работает накопитель. Наиболее распространенным интерфейсом для домашних и офисных компьютеров является IDE, который имеет несколько версий. IDE (АТА) имеет максимальную скорость передачи данных от 2,1 до 8,3 Мегабайт/сек, EIDE (АТА-2) – от 11,1 до 33,3 мегабайт/сек. Эта скорость зависит от того, куда передаются данные: в регистры центрального процессора (режим PIO) или непосредственно в оперативную память (режим DMA). Второй режим более производителен.
Максимальная скорость передачи данных для жесткого диска зависит не только от максимальной скорости передачи по шине, но и от произведения 512 (число байт в секторе) х (число секторов на дорожке) х (скорость вращения диска).
Формат файлов. Существует много форматов, которые определяются именем расширения. Файлы редактора Word имеют расширение doc, Write — wri и так далее. Каждый такой файл имеет свой индивидуальный формат, поэтому, когда файл считывается в программу, для которой не предназначен, он может не прочитаться и в этом случае следует выполнить его преобразование. Проблема упрощается тем, что многие программы сами преобразуют файлы в нужный формат, а также позволяют записывать данные в файл на диск в необходимых форматах.
Если щелкнуть в системе Windows по имени файла, то будет вызвана программа, которая его создавала, и загрузочный файл, чтобы с ним можно было начать работу. Если щелкнуть по имени файла в Norton Commander, то он может начать выполняться (расширение .ехе, .сом, .bat), показать структуру файлов в сжатом файле (например, .pkz) и т.д. То есть по имени расширения программа определяет формат файла и может с ним работать.
Текстовыми файлами в формате ASCII называются файлы, которые содержат только символы ASCII. В конце строки в этих файлах находятся специальные символы CR и LF(0Dh и 0Lh), а в конце файла — специальный символ Ctrl+Z (1Ah). Такие файлы могут также содержать символ табуляции, но в разных редакторах число пробелов неодинаково. Некоторые системные файлы тоже содержат информацию в таком виде, например, Autoexec.bat и Config.sys, файлы с расширением txt, ini, bat и другие.
Остальные файлы называются бинарными файлами, то есть там находятся любые значения от 0 до 255 в каждом байте. К данной категории относится огромное число файлов, которые имеются в компьютере. Если конец текстового файла можно найти, обнаружив символ Ctrl+Z, то в бинарном файле это любые символы, а система сама определяет конец файла по его размеру, значение которого находится в начале файла. Одним из распространенных видов является файл текстового редактора, который дополнен специальными символами, определяющими формат текста (подчеркивание, расположение, размер, вид шрифта, границы и так далее). Следующим видом являются программы (выполняемые модули), драйверы, библиотеки, звуковые и видеофайлы, базы данных, графические файлы и многое другое.
В отличие от текстовых, бинарные файлы являются критичными даже при наличии одного бита. Так, если изменить бит в программе, то результат может быть непредсказуем. Если изменить бит, который отвечает за длину файла, то можно получить неверную длину. Наиболее критичны в этом случае программные, далее сжатые файлы, где небольшое изменение может привести к невозможности выполнения программы или распаковки, а наименее — текстовые файлы.
При выполнении операции удаления файла сам файл не стирается, удаляется лишь информация о нем из каталога в таблице FAT, то есть вместо первого символа имени файла устанавливается знак с кодом Е5h и обнуляются записи о номере кластера, который принадлежит файлу, свидетельствуя о том, что кластер свободен. Может использоваться другая стратегия, когда удаленные файлы помещаются в специальный скрытый каталог и со временем их можно восстановить. При этом файл остается на месте, а изменяется соответствующий указатель в каталоге. В системе Windows 9х используется корзина для удаленных файлов, при котором удаляемый файл помещается в специальную скрытую директорию. При этом файл остается до тех пор, пока корзина не будет почищена или очистится скрытый каталог. Операция восстановления происходит лучше, когда файлы не фрагментированы, так как при фрагментации файлов выше вероятность того, что такой файл затрется. Так что, если на место файла ничего не записывалось, его можно восстановить, например, при помощи программы Undelete.
В компьютере можно установить несколько жестких дисков, до четырех, если имеется стандарт IDE. При этом один из них будет главным или ведущим, остальные ведомыми. Загрузка будет производиться с основного раздела ведущего диска. Названия дисков в системе будут следующими. Диск С: — основной раздел ведущего диска, D: — основной раздел ведомого диска, далее, если имеются другие диски, – их основные разделы и затем логические устройства расширенных разделов, причем вначале будет находиться логическое устройство ведущего диска.
Для работы с сжатыми дисками применяется программа DriveSpace: Программа→ Стандартные→ Служебные→ DriveSpace (выбрать диск)→ Уплотнить→ Запуск, после чего перезагрузить Windows. Дисковод будет иметь больше памяти, но будет медленнее работать, особенно на старых компьютерах.
Чтобы просмотреть, какой тип FAT используется, применяют режим: Мой компьютер→ название диска (правая кнопка) → Свойства→ Тип.
Fdisk — программа разметки дисков
Программа Fdisk предназначена для разметки жестких дисков и используется, когда диск не размечен, что случается довольно редко, или для переопределения размеров логических дисков.
Внимание ! При разметке диска все данные на нем уничтожаются !
Для вызова программы наберите в командной строке Fdisk и нажмите на клавишу Enter. При работе программы будут стираться данные на диске, поэтому эту программу нужно запускать с дискеты, а не с жесткого диска, за исключением случая, когда необходимо только просмотреть распределение.
После входа в программу на экране появится окно, в котором показаны четыре режима:
1. Create DOS partition or Logical DOS Drive (создать раздел или логический ДОС диск);
2. Set active partition (установить активный раздел);
3. Delete partition or Logical DOS Drive (уничтожить раздел или логический ДОС диск);
4. Display partition information (вывод информации о разделе).
Если в компьютере находится несколько жестких дисков, то на экране появится пункт: 5. Change current disk drive (сменить текущий диск). Чтобы войти в выбранный раздел, наберите номер режима и нажмите на клавишу Enter (Enter choice: [1] – сделайте выбор). Для выхода из программы нажмите на клавишу Esc (Press Esc to exit FDISK). В процессе работы может понадобиться следующее: 1. Просмотреть таблицу распределения разделов на диске; 2. Создать новое распределение для диска; 3. Удалить текущее распределение диска. Если ваш диск неразмечен, то сделайте второе. Если диск размечен и требуется переопределить разметку диска, необходимо вначале удалить текущую разметку (третий пункт) и затем создать новую (второй пункт).
По окончании работы программы на экране появится сообщение: (System will now restart Insert Dos system diskette in drive A: Press any key when ready) (система будет загружена вновь. Вставьте дискету с ДОС системой в дисковод А:. Нажмите любую клавишу). Установите загрузочную дискету и нажмите на любую клавишу. Если в процессе работы с программой были проведены изменения разделов, то отформатируйте логические устройства.
Просмотр разделов диска. Для просмотра разбиения диска наберите цифру 4 и нажмите на клавишу Enter. При этом на экране появится окно, в котором имеется следующая информация:
Заголовок — Display Partition Information (вывод информации о разделе);
Current fixed disk drive: 1 (текущее фиксированное устройство: 1)
Далее находится таблица для распределения первичного и вторичного разделов. На каждом жестком диске должен быть свой первичный диск и только один, с которого производится загрузка системы. Если на одном жестком диске имеется более одного логического диска, то это означает, что должно быть вторичное распределение, которое может содержать один или больше логических дисков. Таблица имеет столбцы со следующими названиями: Partition (распределение) — указывает номера разделов, может быть несколько разделов; Status (статус) — статус раздела; Type (тип) — тип раздела, который может быть: Pri (первичный) и Ext (вторичный). Volume Label (метка тома) — содержит имя тома; Mbytes (Мегабайт) — размер раздела в мегабайтах; System (система) — указывает тип оглавления; Usage (использование) — использование в процентах памяти на диске, эта величина равна размеру раздела, деленному на общий размер диска. Сумма чисел в столбце должна давать 100 %, если меньше, то операционная система будет использовать не весь диск, а его часть.
Далее находятся записи: Total disk space is 257 Mbytes (1 Mbyte = 1048576 bytes) (общее пространство на диске 257 мегабайт (1 мегабайт = 1048576 байт)), The Extended DOS Partition contains Logical DOS Drives. (Расширенный раздел ДОС содержит логические ДОС устройства). Внизу экрана: Press Esc to return to FDISK Options (нажмите на Esc для возврата к опциям Fdisk). При нажатии на клавишу Esc произойдет выход в первоначальное меню. Чуть выше запрос для продолжения работы: Do you want to display the logical drive information (Y/N)……?[Y] (вы хотите вывести на экран информацию о логических устройствах (Y/N)?). При ответе “Y” будет выведена информации, имеющая примерно такой же вид, как и предыдущее меню, за исключением того, что это информация о логических дисках вторичного раздела. Поэтому подробно на нем не будем останавливаться.
Уничтожение разделов. Для выполнения этой операции необходимо в первоначальном меню набрать цифру 3. При этом на экране появится окно, в котором сверху находится заголовок: Delete DOS Partition or Logical DOS Drive (уничтожение ДОС раздела устройства), далее: Current fixed disk drive: 1 (Текущее устройство фиксированного диска: 1). Отметим, что в первоначальном окне на экране было выведено две строчки с номерами 1 и 2, а название фиксированный и жесткий диск являются синонимами. Надпись ниже обозначает: Choose one of the following: — выберите одно из следующего. Можно выбрать один из следующих четырех режимов:
1. Delete Primary DOS Partition (удаление первичного ДОС раздела).
2. Delete Extended DOS Partition (удаление расширенного ДОС раздела).
3. Delete Logical DOS Drive(s) in the Extended DOS Partition (удаление логического ДОС устройства в расширенном ДОС разделе).
4. Delete Non-DOS Partition (удаление не-ДОС раздела).
И ниже: Enter choice: (введите выбор). Вначале нужно удалить не-ДОС раздел (если он имеется. Как правило, его нет и данный пункт пропускают), логические устройства в расширенном разделе (пункт 3), затем расширенный раздел (пункт 2), и, наконец первичный раздел (пункт 1). После чего удаление разделов будет закончено и можно создавать новые разделы. Чтобы выйти из этого режима, нужно воспользоваться замечанием, которое находится внизу окна: Press Esc to return to FDISK Options (нажмите Esc для возврата в режимы (опции) Fdisk).
Удаление логического устройства. Выбрав опцию 3 в окне, можно войти в режим удаления логического устройства. При этом на экране появится окно, в котором имеется заголовок: Delete Logical DOS Drive(s) in the Extended DOS Partition (уничтожение логических ДОС устройств в расширенном разделе). Ниже находится описание логических устройств в расширенном разделе. Отметим, что диск С: находится в первичном разделе. Ниже находятся надписи: Total Extended DOS Partition size is 117 Mbytes (1 MByte = 1048576 bytes) (общий размер расширенного ДОС раздела — 117 мегабайт (1 мегабайт = 1048576 байт)) и WARNING! Data in a deleted Logical DOS Drive will be lost. (ВНИМАНИЕ ! Данные в уничтожаемом логическом ДОС устройстве будут потеряны).
Ниже находится запрос: What drive do you want to delete…….? [ ] (какое устройство вы хотите уничтожить..?). Необходимо указать имя логического устройства, например, “D” или “E”. При этом на экран будут выведены запросы: Enter Volume Label…….? [ ] (введите метку тома). Можно просто нажать на клавишу Enter (если метки нет, имя можно посмотреть под надписью Label) и Are you sure (Y/N)……? [N] (вы уверены (Y/N).?). При ответе “N” уничтожения не произойдет, а при ответе “Y” указанное устройство будет уничтожено и на экране станет на одну строчку меньше, а именно на ту, где было указано имя устройства,. Чтобы уничтожить все устройства, нужно ввести два раза ответ на запрос об удалении устройств в виде: “D” и “E”. В конце удалений на экране должна появиться надпись: «All logical drives deleted» (Все логические устройства удалены).
Для выхода из данного подрежима нажмите на клавишу Esc.
Удаление расширенного раздела на диске. При вводе символа “2” в меню удалений на экране появится окно, где сверху находится надпись: Delete Extended DOS Partition (уничтожение расширенного ДОС раздела). Для удаления расширенного раздела нужно набрать символ “1”. Внизу экрана будет находиться текст: Press Esc to return to Fdisk options (нажмите на клавишу Esc для возврата в режимы (опции) Fdisk).
Уничтожение первичного раздела диска. При вводе символа “1” в меню удалений будут выведены следующие сообщения: Delete Primary DOS Partition Current fixed disk drive: 1 (уничтожение первичного ДОС раздела на диске: 1), далее следует заголовок: Partition Status Type Volume Label Mbytes System Usage (Раздел Статус Тип Том Метка Мбайт Система Использовано) и ниже значения: C: 1 A PRI DOS AA 140 FAT16 54%, то есть раздел С:, статус 1А и так далее. Total disk space is 257 Mbytes (1 Mbyte = 1048576 bytes) (Общее дисковое пространство 257 Мбайт (1 Мбайт=1048576 байт), WARNING! Data in a Primary DOS Drive will be lost. (Внимание! Данные в первичном разделе ДОС Диска будут уничтожены), Do you wish (Вы желаете), to continue……? [N] (продолжить ? [N]). Для уничтожения раздела нужно ответить Y. Внизу экрана находится надпись: Press Esc to return to Fdisk options (нажмите на клавишу Esc для возврата в режимы (опции) Fdisk, то есть для выхода из данного подрежима).
Создание разделов и логических устройств на диске
При вводе символа “1” из списка режимов (первое окно), на экране появится окно, где сверху находится заголовок: Create DOS Partition or Logical DOS Drive (создание ДОС разделов или логических ДОС устройств). Далее: Current fixed disk drive: 1 (текущий фиксированный диск: 1) и Choose one of the following: (выберите одно из следующих:). Далее следует описание режимов:
1. Create Primary DOS Partition (создание первичного ДОС раздела);
2. Create Extended DOS Partition (создание расширенного ДОС раздела);
3. Create Logical DOS Drive(s) in the Extended DOS Partition (создание логического ДОС устройства в расширенном ДОС разделе).
Вначале нужно создать первичный раздел, затем вторичный и разбить его на логические диски. Для того, чтобы выполнить один из режимов, наберите его номер и нажмите на клавишу Enter. Для выхода из данного подрежима нужно нажать на клавишу Esc.
Создание первичного раздела. Для того, чтобы создать первичный раздел, необходимо набрать символ “1” в меню создания разделов. При этом на экране появится окно, где сверху находится заголовок: Create Primary DOS Partition (создание первичного раздела ДОС).
Ниже находится запрос: Do you wish to use the maximum available size for a Primary DOS Partition and make the partition active (Y/N)…? [Y] (Вы желаете использовать максимально имеющееся пространство для Первичного ДОС раздела и сделать раздел активным (Y/N)…? ). Ответ “Y” (Да) означает, что на диске будет находиться только один первичный раздел. Так как первичный раздел содержит только одно логическое устройство, то данный ответ предполагает, что на диске будет находиться только одно логическое устройство. При ответе “N” необходимо в дальнейшем создать и вторичный раздел, на котором может находиться несколько логических устройств. Чтобы выйти из этого подрежима, нажмите на клавишу Esc.
Создание вторичного раздела. Для создания вторичного раздела необходимо набрать символ “2” в меню создания разделов; в результате на экране появится окно, в котором имеются надписи: Create extended DOS partition (создание вторичного ДОС раздела), далее следует заголовок: Partition Status Type Size in Mb Percentage of disk used (Раздел Статус Тип Размер в мегабайтах Процент использования) и ниже значения: C: 1 A PRI DOS 50 20%, то есть раздел С:, статус 1А и так далее. Total disk space is 250 Mbytes (1 Mbyte = 1048576 bytes) (Общее дисковой пространство 250 Мбайт (1 Мбайт=1048576 байт), Maximum space available for partition is 200 Mb (80 %). Enter partition size in Mb or percent of disk space (%) to create an extended DOS partition…..[200] (Максимальное пространство, имеющееся для разбиения, составляет 200 Мегабайт (80%). Введите размер разбиения в мегабайтах или в процентах дискового пространства (%) для создания расширенного раздела … [200]). Введите размер памяти для расширенного (вторичного) раздела. Если это значение будет меньше, чем имеется на диске, то последует запрос для следующего вторичного раздела и так далее. После разбиения всего оставшегося дискового пространства под расширенный раздел нужно выйти из режима и создать логические устройства в расширенном разделе.
Внизу экрана находится надпись: Press Esc to return to Fdisk options (нажмите на клавишу Esc для возврата в режимы (опции) Fdisk, то есть для выхода из данного подрежима).
Создание логических устройств во вторичном разделе. Для того, чтобы создать логическое устройство, необходимо набрать символ “3” в меню создания разделов; в окне режима появится надпись: Create logical DOS drive(s) in the extended DOS partition (создание логического ДОС устройства в расширенном ДОС разделе), далее следует текст: Total partition space is 200 Mbytes (1 Mbyte = 1048576 bytes) (Общее пространство в разделе 200 Мбайт (1 Мбайт=1048576 байт), Maximum space available for logical drive is 200 Mb (100 %). Enter logical drive size …..[200] (Максимальное пространство, имеющееся для логического устройства, составляет 200 Мегабайт (100%). Введите размер логического устройства … [200]). Необходимо ввести размер памяти для логического устройства. Если это значение будет меньше, чем имеется в разделе, то последует запрос для следующего логического устройства и так далее. Чтобы выйти из подрежима, нажмите на клавишу Esc.
Технические характеристики и установка дисковода
Параметры диска. Рассмотрим основные характеристики жесткого диска.
Расположение может быть внутренним и внешним. Внутренний диск используется для установки внутри компьютера (ноутбука или стационарного). Его устанавливают при покупке и как правило, больше не трогают. При установке к нему подключают два кабеля: один информационный (разъем EIDE или SATA), второй для подвода электропитания от блока питания. Если жесткий диск выполнен в виде карты расширения, то он может подключаться к разъему PCI—E. Внешний жесткий диск можно перемещать между компьютерами и, как правило, можно подключать к разъему USB (могут быть и другие разъемы, например, eSATA, FireWire, Wi—Fi. Кроме того, жесткий диск может быть выполнен как карта для подключения в разъем ExpressCard/34). Внешний жесткий диск может получать энергопитание от разъема, но, когда этого питания не достаточно, то может иметь свой блок питания. Таким образом, в этом случае к нему также подключается два провода, один к разъему компьютера, второй к адаптеру, который подключается в свою очередь в электророзетку.
Следующим показателем является вид разъема и наличие адаптера для внешних дисков, о чем было рассказано ранее. При возможности подключения к USB нужно смотреть какой стандарт он поддерживает 2.0 или 3.0, а при SATA какую скорость передачи он поддерживает – 1.5, 3 или 6 Гб/сек. Накопитель также может иметь возможность подключения к разъему Ethernet, в таком случае он станет сетевым накопителем в локальной сети.
От выбора шины (как следствие вид разъема) зависит быстродействие работы жесткого диска и, как результат, общая производительность компьютера. Вид шины определяется материнской платой, которая адаптирована к тому или другому стандарту. Кроме установки его параметров в Bios, где, как правило, выбирается режим автоматического распознавания дисков, дополнительных настроек не требуется. Внешние диски обычно используют разъем USB.
Форм-фактор может быть для внутренних устройств 1.8 и 2.5 дюймов для ноутбуков и 3.5 дюймов для стационарных компьютеров, а для внешних – 2.5 и 3.5 дюймов.
Емкость. Одной из особенностей жесткого диска является тот факт, что со временем его емкости станет мало, так как вновь разрабатываемые программы требуют все больше и больше места. Поэтому лучше приобрести наиболее емкий диск.
Существует показатель, который определяет стоимость одного мегабайта на жестком диске. Это общая емкости диска, деленная на его стоимость. Например, если жесткий диск имеет емкость 10 Гигабайт и стоит 100 долларов США, то один мегабайт стоит 100/10 000= 0,01 доллара или 1 цент; если жесткий диск емкостью 5 Гигабайт стоит 80 долларов, то стоимость мегабайта равна 80/5 000=0,016 доллара, или 1.6 цента. В этом случае лучше покупать жесткий диск с минимальным показателем, то есть 10 Гигабайтный диск.
В настоящее время продаются жесткие диски, имеющие емкость, исчисляемых в сотнях гигабайт или в терабайтах (1 терабайт = 1 000 гигабайт).
Скорость вращения жестких дисков в несколько раз выше, чем у флоппи-дисков и достигает 15 000 оборотов в минуту (для серверов). Как правило, в ноутбуках скорость вращения около 5 тысяч оборотов в минуту, у внутренних стационарных – 7 000, у внешних – 5 000. Могут быть, скорости вращения – 5 200, 5 400, 5 900, 7 200, 10 000. Этот параметр – один из важнейших, так как определяет скорость записи и считывания данных; из двух дисков, имеющих разные скорости, лучше выбрать накопитель с большей скоростью вращения. Жесткие диски вращаются непрерывно даже тогда, когда к ним нет обращений. Это увеличивает скорость передачи данных, так как при обращении не требуется времени для разгона диска (пока не будет достигнута необходимая скорость вращения диска).
Нельзя устанавливать компьютер вблизи горячих объектов. Необходимо, чтобы к компьютеру был доступ свежего воздуха, так как при высокой температуре теплый воздух, который имеет меньшую плотность, сокращает воздушную прослойку между головками и рабочей поверхностью, что может привести к неблагоприятным результатам. При отсутствии доступа свежего воздуха, например, когда компьютер установлен в замкнутом пространстве, вентилятор не сможет в должной мере охлаждать внутренние устройства. Хотя изготовители часто гарантируют нормальную работу жестких дисков от 0 до +500С, лучше работать в температурном режиме окружающего воздуха порядка +200 С. В случае высокой температуры окружающей среды желательно установить дополнительный вентилятор.
После конфигурации нового диска, обычно диск разбивается на сектора при помощи программы Fdisk и выполняется форматирование для каждого из разделов. Если диск уже использовался и разделы переопределять не нужно, то операцию разбиения на разделы производить не обязательно, а если информацию на диске необходимо оставить, то можно обойтись и без форматирования.
Современные компьютеры сами определяют тип жесткого диска. В старых моделях при установке нового жесткого диска нужно настроить параметры программы BIOS, в частности, воспользоваться режимом IDE HDD Auto Detection (автоматическое определение IDE HDD). Этот параметр автоматически определяет основные параметры жесткого диска, то есть: Size (размер, точнее емкость), Cyls (цилиндры), Head (головок), Precomp (см. далее), Landz (зона парковки), Sector (секторы), Mode (способ, виды которых можно узнать из документации на материнскую плату), Bus Clock Frequence — установка частоты, с которой будет работать накопитель. Для жестких дисков имеется много различных установок, которые зависят от системы BIOS и типа жесткого диска. Все эти виды параметров нельзя указать в силу их значительного разнообразия, поэтому в главе о BIOS описаны лишь некоторые основные виды параметров. Затем нужно разбить диск на разделы при помощи программ Fdisk и отформатировать каждый раздел.
Винчестеры с адаптером SCSI (читается “скази”, Small Computer System Interface — интерфейс малых компьютерных систем) по скорости обмена самые быстрые, но и более дорогие. Данное устройство имеет собственную систему BIOS, а BIOS компьютера не используется. Поэтому в компьютере устанавливается параметр Not installed (не установлена), сам дисковод подключается при помощи 50-жильного кабеля.
Другими характеристиками жестких дисков являются:
— количество головок и дисковых пластин; Если имеется одна пластина и один жесткий диск, то технологию RAID нельзя использовать;
— передача данных из буфера в оперативную память может быть от 25 до 600 Мб/сек;
— скорость передачи данных в буфер-диск, то есть скорость передачи данных от диска в буфер, однако данный параметр не однозначен, так как различные устройства имеют свои размеры буфера. Измеряется в мбит/сек (от 34 до 2 370 Мбит/сек);
— среднее время доступа (Average Seek Time), определяется как среднее значение времени, которое проходит от выдачи запроса до начала передачи данных. У хороших устройств равно или меньше 10 мсек.;
— время, необходимое для перехода головки от цилиндра к следующему цилиндру (Track to Track Seek), от 0.14 до 3 мс;
— максимальное время доступа, то есть перемещение головок от первого цилиндра до последнего (от 5 до 27 мс);
— размер буфера в килобайтах (от 1 до 512 Мбайт). Чем больше значение, тем лучше;
— среднее время поиска, чтение (мс). Чем время поиска меньше, тем лучше. У современных устройств оно меньше 10 мсек;
— минимальная (от 1 до 5 С) и максимальная (от 35 до 50 С) температура, при которой работает накопитель;
— потребляемая мощность (от 75 до 121 Вт), потребляемая мощность в спящем режиме (от 4 до 40 ВТ);
— возможность горячей замены накопителя при работе в локальной сети;
— допустимые перегрузки (при включении/выключении), чем выше, тем лучше;
— среднее время между поломками (MTBF – Time Between Failures), которая обозначает среднее время, в течении которого устройство будет работать без поломок. Чем больше, тем лучше. Значение от 10 000 до 1 000 000 часов;
— гарантийный срок, в течение которого изготовитель обеспечивает ремонт накопителя за свой счет.
Могут быть и другие показатели, например, наличие дисплея и кнопки резервного копирования в сетевом накопителе, максимальное время поиска, скорость записи (от 7 до 1 500 Мб/сек), скорость чтения (от 11 до 1 500 МБ/с), среднее время доступа, запись (от 3 до 16 мс), чтение (от 3 до 16 мс), задержки (от 2 до 8.3 мс), среднее ожидание сектора, вероятность неисправимых ошибок чтения, ударопрочность при работе, при хранении (G-shockrating, от 2 до 2 000G), которая чем выше, тем лучше, уровень шума при простое, при работе, число циклов старт/стоп (CSS) – количество включений, после которого головки могут повредить поверхность диска, тип DMA режимов и другие.
В настоящее время ряд жестких дисков содержит DSP (Digital Signal Processor) – цифровой сигнальный процессор, который управляет работой накопителя.
Среднее время безотказной работы MTBF (Mean Time Between Failure) вычисляется на основе теста, при котором определенное количество устройств, например, 500, 1000, работает в течение месяца или двух. По количеству отказавших устройств вычисляют искомую величину.
Быстрые диски имеют время доступа 6 мсек и менее. Некоторые диски имеют 3 пары переключателей: одиночный (DS), ведущий (SP) или ведомый (SP). Часть видов жестких дисков могут иметь перемычку, запрещающую запись на диск.
Диски вращаются с помощью двигателя. На диск нанесен индексный маркер, который при прохождении мимо датчика отмечает начало диска. Для записи и считывания данных применяются специальные магнитные головки, в которых находятся катушки индуктивности на магнитном сердечнике. При прохождении головки над нужным участком, при считывании информации в головке возникает индуктивный ток, который передается далее для расшифровки сигнала. При записи в головке создается магнитный ток, головка намагничивается и намагничивает проходящую под ней поверхность в зависимости от направления пропускаемого электрического тока.
Чем больше скорость вращения дисков, тем выше скорость считывания данных. При высоких скоростях возникает гироскопический эффект и возникают трудности с балансировкой, поэтому накопитель не рекомендуется трясти. Это может повредить накопитель, в то же время для портативных компьютеров накопители более надежны, но имеют большую стоимость.
В силу того, что данные часто располагаются одно за другим и требуется время для переключения головок, сектора в цилиндре находятся не один под другим, а с некоторым смещением. Таким образом, сначала считывается один сектор, затем идет переключение головок, считывается следующий сектор и так далее. Такое смещение называется послойным смещением. Когда прочитан последний сектор цилиндра, то головки должны быть установлены на следующий цилиндр, что требует времени, поэтому вводится радиальное смещение секторов, при котором учитывается время перехода головок на следующий цилиндр.
В некоторых накопителях происходит термокалибровка, означающая, что из-за изменения температуры, давления воздуха позиционирование головки может потребовать корректировки. В таких накопителях, когда нет обращения к головкам, слышится характерный шум перемещения головок, который производится для корректировки позиционирования.
На устройствах жестких дисков имеется кэш-память, которая работает приблизительно по тем же принципам, что и кэш-память у процессора. То есть запоминает данные, которые считываются с дисков, при последующем обращении к тем же данным со стороны ЦПУ считывание произойдет из кэш-памяти, а не с диска, что сокращает число и время обращения к данным. При этом могут быть реализованы разные методы. При методе упреждающего чтения происходит считывание не только требуемого сектора, но и следующих, помещаемых в буфер. Аддитивное кэширование позволяет определять, какие запросы на чтение произошли: одиночные или множественные. Если одиночные, то следующие сектора не считываются, если множественные, то считываются несколько следующих секторов. В настоящее время все устройства выпускаются с кэш-памятью, которая может составлять 64, 256, 512 Кб и достигать значения 1 Мб и более. Можно организовать также большее количество буферов в оперативной памяти, что дает видимый эффект.
При покупке нового диска необходимо определить основные необходимые параметры. Далее нужно узнать, поддерживаются ли они компонентами компьютера. Так, если установлена старая BIOS, то возможна несовместимость с новым диском. Перед заменой диска нужно произвести архивацию важных данных.
Для подключения жесткого диска используется два кабеля. Первый — подводит электропитание и состоит из пучка проводов в следующем порядке: желтый, желтый, черный, черный, красный, красный. Штекер имеет направляющие, позволяющие подключать его в определенном положении. Второй — информационный, который подключается к материнской плате. Данный кабель подключается также к CD-ROM.
Жесткие диски, клавиатура, мышь, накопители гибких дисков должны иметь свой контроллер, который часто размещается на материнской плате. Контроллер — это микропроцессор, который управляет переносом данных между системной шиной и самим устройством, то есть обрабатывает запросы к устройству, с которым он работает, например, к жесткому диску, в то же время процессор может работать независимо. Понять это можно на работе контроллера клавиатуры. При работе программы, например, игровой контроллер позволяет программе работать, и в то же время можно вводить с клавиатуры команды и символы.
Приведем еще один пример. В то время, когда Norton Commander производит копирование большого количества файлов на дискету, можно набрать следующую команду, которая будет выполняться после копирования. После того, как набран символ, он не сразу появится на экране, сначала он будет обработан контроллером, затем можно вводить следующий символ, и так далее. Правда, вводить символы вы можете не бесконечно, а только 16 или, точнее, сделать 16 нажатий на символьные или функциональные клавиши. При вводе семнадцатого символа возникает звуковой сигнал, означающий, что буфер клавиатуры заполнен и последний введенный символа в буфер не поместился, то есть не будет передан центральному процессору. Когда процессор закончит свою работу, он обработает все символы, введенные в буфер обмена. Исключения составят несколько команд, например, нажатие клавиши Esc, которая свидетельствует о необходимости прервать процесс копирования и некоторых других режимов. Эти принципы реализованы в контроллерах других устройств. На современных моделях жестких дисков контроллеры встроены в сам накопитель и отдельно покупать их не нужно.
Фактор Interleave использовался в более ранних дисководах. После чтения головкой одного сектора размером 512 байт данные через контроллер направляются в процессор, а со следующего сектора в это время операция считывания не происходит, так как контроллер занят. Поэтому при необходимости чтения следующего сектора, диск должен сделать один оборот, чтобы установиться на нужном секторе и произвести операцию чтения. Для того, чтобы убыстрить работу, сектора стали располагать не последовательно (1, 2, 3, 4, …), а через один (1, 7, 2, 8, 3, 9 …), обозначаемый 1:2, или через два, обозначаемый 1:3. Современные диски могут считывать несколько последовательных секторов и хранить данные в буферах, поэтому указанный прием не используется.
Парковка. Современные дисководы имеют режим автопарковки, когда головка жесткого диска устанавливается после выключения электропитания, как правило, в крайнее положение и в этом положении можно безопасно перемещать системный блок. Место, где располагаются головки, называются Landing Zone, или сокращенно Lzone и обычно находятся на последнем цилиндре. Более ранние версии дисководов устанавливали головки при помощи специальных программ.
В случае внезапного отключения электроэнергии для накопителя нужна энергия для того, чтобы установить головки в зону парковки. Эта энергия может быть взята из конденсатора (в старых моделях) или за счет вращения дисков, когда шпиндель, на котором держатся головки, работает как генератор электроэнергии. Может существовать пружина, которая устанавливает головки в зону парковки, или другие методы.
Метод зонно-секционной записи (Zone Bit Recording) заключается в том, что, поскольку на диске внешние окружности ближе, чем внутренние, то на них можно поместить больше секторов. В этом случае диск делится на несколько зон, в каждой из которых находится разное число секторов, но одинаковое для каждой зоны. Этот параметр указывается в BIOS или там устанавливается опция Translation Mode, указывающая, что контроллер сам будет вычислять адреса цилиндров и секторов.
WPCom (Write Precompensation — компенсация при записи) – в силу того, что внешние окружности диска имеют большую длину, чем внутренние, применяется предкомпрессия. Для таких жестких дисков указывается номер цилиндра, начиная с которого происходит компенсация времени доступа.
Форматирование может быть низкоуровневым и высокоуровневым (команда Format). Низкоуровневое форматирование не рекомендуется применять для современных жестких дисков, за исключением, может быть, очень старых дисков (шина ESDI), так как при этом могут быть испорчены основные параметры, которые повышают производительность накопителя (смещение, чередование и пр.) Если контроллер находится в самом накопителе (АТА), то команда форматирования может не выполниться, но будет выдано сообщение о том, что форматирование прошло успешно, или форматирование проводится, но жесткие диск будет работать в несколько раз медленнее.
В компьютере можно установить более одного жесткого диска. К достоинствам можно отнести:
— при выходе из строя одного накопителя, с вторым можно работать;
— при хранении на двух накопителях важных данных повышается надежность их хранения;
— одно устройство можно перенести с одного компьютера на другой;
— можно использовать старый жесткий диск, не выбрасывая его.
К недостаткам относится:
— большая стоимость из расчета одного мегабайта;
— использование дополнительного объема внутри системного блока, большее число подключенных проводов;
— больше шума, увеличенное энергопотребление. Если имеется возможность приобрести накопитель типа Zip или Jaz со сменными дисками большой емкости (см. далее), то вопрос наличия двух жестких дисков чаще решается в пользу использования одного.
В старых компьютерах может возникнуть ситуация, когда после установки жесткого диска, например, 1,2 Гб, можно работать только с емкостью 0,5 Гб. Это связано с тем, что емкость определяется как произведение цилиндров (которых может быть максимум 1024), головок (максимум 16), количества секторов на дорожке (максимум 63), максимальное число которых определено прерыванием 13h. Итого 1024х16х63х512 (размер сектора) = 528482304 байт или 504 Мб. Так как диски меньше 500 Мб не всегда содержали ровно 1024 цилиндров, то емкость была еще меньше. Первое время можно было увеличить емкость дисков до 504 Мб при помощи трансляции или пересчета. Например, если диск имеет 1200 цилиндров и 8 головок, существует специальный пересчет (метод ECHS), который позволяет считать, что диск имеет 600 цилиндров и 16 головок, то есть производится пересчет от возможных значений в операционной системе в фактические параметры.
В дальнейшем возник метод LBA (Logical Block Adressing — адресация логического блока), который позволяет использовать линейный адрес для адреса сектора, вычисляемый по формуле: номер сектора = (номер цилиндра х количество головок + номер головки) х количество секторов на дорожке + номер сектора -1. Для стандарта АТА-2 используется 28-битный линейный адрес, который позволяет работать с дисками емкостью до 500 гигабайт, для шины SCSI — до 2 000 гигабайт. При этом компьютер должен иметь расширенное прерывание 13h, которое отвечает за операции ввода/вывода с жесткими дисками и находится в BIOS. Если в компьютере имеется старый BIOS, то он может не поддерживать новые стандарты. В этом случае его нужно заменить на новый. Такое ограничение возникло на основе недостатков не аппаратного обеспечения, а программного, поэтому BIOS должен поддерживать данные методы. Современные компьютеры имеют ограничение на размер жесткого диска в 2 терабайта. Если диск имеет больший объем, то нужно устанавливать драйвер. Постепенно будет происходить переходи на более емкие стандарты.
Если имеется старый BIOS, то он может не определять автоматически параметры жесткого диска. В этом случае нужно устанавливать параметры вручную в поле параметры, определяемые пользователем (User Defined), что довольно сложно, если параметры не были записаны ранее.
При установке переключателей нужно иметь в виду, что новые установки происходят при включении электропитания, поэтому, если установки сделаны при включенном электропитании, то они могут не дать никакого эффекта.
Установка жесткого диска. Перед установкой нового диска, если он принесен с холода, нужно выдержать его два часа в комнате, чтобы он согрелся до комнатной температуры. Обращайтесь с дисководом аккуратно, не допуская сильных ударов. Далее проведите следующие действия:
— заархивируйте важные данные из старого жесткого диска;
— перепишите параметры старого диска из BIOS, чтобы при необходимости можно было восстановить старый диск;
— отключите электропитание, затем снимите защитный кожух или боковую панель с системного блока;
— запишите расположение проводов к диску. К диску подведены два провода, один из которых от блока питания, второй — информационный от материнской платы;
— открутите винты с двух сторон, сбоку от жесткого диска и выньте его;
— установите переключатели на накопителе, с тем чтобы он был первым ведущим (Primary Master). Для шины SCSI диски конфигурируются не как первый ведущий, а устанавливается его номер, который может быть от 0 до 6, а номер 7 зарезервирован для самой платы адаптера;
— вставьте новый жесткий диск и закрепите его винтами. Если жесткий диск не будет хорошо закреплен, то быстро выйдет из строя из-за резонанса. Винты должны быть стандартные, если они будут слишком длинные, то могут повредить накопитель;
— закрепите провода. Как правило, большинство жестких дисков подключены через шину E-IDE, поэтому и старый и новый диск используют те же провода, то есть в этом случае нужно подключить два провода, которые следовали к старому накопителю. Проследите, чтобы контакт 1 в разъеме информационного кабеля совпал с контактом 1 на накопителе. Напомним, что жила с первым контактом обозначается цветной полосой, второй конец подключается к материнской плате (смотри документацию на плату). Для современных накопителей для жестких дисков используется 80-жильный кабель, совместимый по разъемам с 40-жильным. Если подключить 40-жильный кабель, то режимы Ultra DMA 66 и Ultra DMA 100 не будут работать, а диск будет работать в режиме Ultra DMA 33. Не подключайте жесткий диск и вентилятор вместе через разветвитель питания;
— наденьте защитный кожух или боковую панель, подключите компьютер к сети и включите его. После включения в BIOS воспользуйтесь параметром автоматического определения типа жесткого диска, после чего можно попробовать загрузиться с диска, если на нем имеется операционная система. Одной из причин неопределения диска может быть неправильное подключение информационного кабеля к жесткому диску или материнской плате или неплотный контакт, что не приводит к фатальным последствиям, но не позволяет нормально функционировать.
Для дисков ESDI и SCSI в BIOS указывается тип диска как None, так как их контроллер имеет свой BIOS и сам устанавливает параметры диска. Для накопителей IDE задаются параметры геометрии диска. Так как накопитель может иметь разные параметры, неустановленные значения нужно записать, иначе при установке других параметров жесткий диск не будет работать.
Прежде чем восстанавливать данные, нужно решить, сделать ли перераспределение разделов при помощи программы Fdisk, после чего отформатируйте каждый раздел и перенесите операционную систему на загрузочный раздел.
При подключении второго жесткого диска установите первый накопитель (для АТА) при помощи переключателей как главный ведущий (Primary Master), второй — как первый ведомый (Primary Slave), третий — второй главный (Secondary Master для третьего жесткого диска) и четвертый — второй ведомый (Secondary Slave для четвертого жесткого диска). Значение переключателей можно найти в инструкции к диску или на его крышке. Если описания нет, то обратитесь к продавцу, у которого было приобретено устройство, или воспользуйтесь сетью Интернет. Можно попробовать и не устанавливать переключатели, а просто поставить накопитель, подключив к нему кабели питания и информационный. Часто это проводит к желаемому результату. При установке второго диска желательно, чтобы более быстродействующий был главным ведущим (с него происходит загрузка системы), поскольку, как правило, на этом диске содержатся временные данные, к которым происходит частое обращение (особенно при небольшой оперативной памяти).
Предпочтительно после установки жесткого диска запустить программу тестирования винчестера. Для этого достаточно провести тест непрерывной работы в течение одного дня. После установки второго жесткого диска для проверки его работы скопируйте файлы с первого жесткого диска на второй.
Обслуживание жестких дисков. При работе с жестким диском:
— старайтесь поменьше двигать системный блок, особенно при включенном электропитании;
— не разбирайте жесткий диск, так как он регулируется на заводе-изготовителе и вновь его можно не собрать;
— не размещайте системный блок около источников тепла, в том числе на месте, куда падает солнечный свет, и не заслоняйте заднюю стенку системного блока, чтобы нормально функционировал вентилятор и внутри блока был хороший воздухопоток;
— выполняйте проверку логических дисков (например, программой Scandisk) и проводите дефрагментацию дисков хотя бы раз в месяц.
Одна из главных неприятностей, которая может случиться при эксплуатации жестких дисков — это повреждение таблицы распределения файлов (оглавления диска). Однако, если файлы дефрагментированы, то лучше обратиться к специалисту, который может восстановить большинство данных.
Жесткий диск при работе издает характерный звук. Если этого шума нет или он изменяется при работе и слышатся посторонние шумы, то неисправность, скорее всего, внутри устройства и, вероятно, повреждена головка или ее привод.
Если при включении компьютера на экране появляется сообщение с просьбой установить гибкий диск, то это свидетельствует о том, что загрузка с жесткого диска не производится и причиной этому может быть разрядка батарейки на материнской плате, которая питает BIOS. При этом все установленные параметры обнуляются, в том числе и параметры жесткого диска. В этом случае нужно войти в BIOS и включить режим автоматического определения типа накопителя жесткого диска, после чего снова включить компьютер.
Если диск издает посторонние шумы, скрипит, пощелкивает, то это означает механические проблемы. В этом случае нужно провести архивацию данных и проконсультироваться у специалистов. Одной из причин может быть неправильное крепление, которое нужно проверить, может быть, оно ослабло. При установке двух жестких дисков более высокопроизводительный нужно установить как С:, а менее — D:.
Если при установке двух накопителей на жестких дисках один работает медленно, то причиной может быть неправильная установка накопителей. Если используются два накопителя с разной скоростью передачи данных шина настраивается на минимальную скорость, чтобы обслужить оба диска. В этом случае нужно переставить накопители на разные каналы. Та же ситуация может возникнуть при подключении CD-ROM накопителя и жесткого диска в один канал, но она случается не со всеми типами накопителей. Некоторые модели CD-ROM накопителей не тормозят работу накопителя жестких дисков. Соответственно, если работа замедляется, то нужно поставить накопители на разные каналы. При установке одновременно IDE и SCSI винчестеров проблем обычно не бывает.
Если два IDE-диска не хотят работать нормально, то попробуйте поменять их приоритеты, то есть главный на подчиненный и наоборот. Если это не помогает, то попробуйте поменять один из жестких дисков на устройство другой компании, так как устройства разных компаний могут конфликтовать между собой.
В момент запуска двигателей накопителя требуется повышенная мощность электропитания и если мощности недостаточно, накопитель может остановиться и потом снова попытаться начать работу. Если услышите, что накопитель безрезультатно пытается начать работу, то в этом случае нужно заменить блок питания на более мощный.
Поскольку накопитель весьма чутко реагирует на пыль, пылинка, попадая в зазор между головкой и диском, может поцарапать и головку и диск. Внутри накопителя находится чистый воздух, однако для выравнивания давления он имеет отверстие, в котором находится специальный фильтр. Поэтому разборка накопителя выполняется в специальных помещениях. Если накопитель находился на морозе, то нужно подождать некоторое время (несколько часов), чтобы конденсированная влага на дисках смогла испариться, иначе она может их повредить.
Некоторые диски используют технологию SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), при которой на основании анализа количества оборотов диска, перемещения головок, периодического повреждения секторов и др. анализируется работа дисковода и, в случае необходимости, выдается сообщение о возможных неисправностях. Существует три версии этой технологии: I – предсказывает ошибки, II – тестирует диски в режиме холостого хода, то есть при включенном дисководе, когда к нему нет обращений, III – анализирует сбойные сектора и их восстанавливает.
Второй подход — RAID (Redundant Array of Independent Disks, «избыточный массив независимых дисков») используется для более надежной системы хранения данных. В этом случае используется несколько жестких дисков, где по определенной технологии хранятся копии файлов, и в некоторых таких системах предусмотрена горячая замена дисков, то есть замена без выключения компьютера. Понятно, что такие системы используются в крупных организациях, где требования к надежности хранения повышены.
Наиболее распространены два варианта этой технологии:
1. Так называемое зеркалирование дисков, когда информация записывается одновременно на два диска, тем самым создается копия данных, что повышает надежность хранения.
2. RAID нулевого уровня, при этом вся поступающая информация раздваивается между жесткими дисками, что повышает емкость накопителя с одновременным увеличением скорости обмена данными.
Могут быть стандарты RAID 0, RAID 1, RAID 3, RAID 5, RAID 6, RAID 10.