Организация внешней памяти на магнитных дисках

Для организации внешней памяти желательно использовать относительно недо­рогие, но достаточно быстродействующие и емкие устройства с прямым доступом к данным. К таким устройствам, прежде всего, относятся накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). Нынче чаще всего такие накопители называют «вин­честерами», но мы не будем употреблять это название.

Детальное изучение этих устройств выходит за рамки темы настоящей книги, в ос­новном их изучают в рамках дисциплины «Устройства ввода-вывода». Однако поскольку большинство компьютеров имеет накопители на жестких магнитных дисках и фактически ни одна современная операционная система для повсемест­но распространенных персональных компьютеров не обходится без дисковой под­системы, мы ознакомимся с логической организацией хранения и доступа к дан­ным в этих устройствах, причем применительно к персональным компьютерам.

Действительно, дисковая подсистема для большинства компьютеров является од­ной из важнейших. Именно на магнитных дисках чаще всего располагается загру­жаемая в компьютер операционная система, которая и обеспечивает нам удобный интерфейс для работы. Благодаря использованию систем управления файлами, данные на магнитных дисках располагаются в виде именованных наборов данных, называемых файлами. Таким образом, помимо файлов самой операционной сис­темы, на дисках располагаются многочисленные прикладные программы и разно­образные файлы пользователей. Наконец, благодаря тому, что по сравнению с дру­гими устройствами внешней памяти дисковые механизмы обладают большими быстродействием и вместительностью, а также средствами непосредственной (пря­мой) адресации блоков данных, дисковую подсистему часто используют для орга­низации механизмов виртуальной памяти, что существенно расширяет возможно­сти компьютера.

Основные понятия

Из оперативной памяти в НЖМД и обратно информация передается байтами, а вот записывается на диск и считывается с него она уже последовательно (побитно). Из-за того что запись и считывание бита данных не являются абсолютно надежны­ми операциями, информация перед записью кодируется с достаточно большой

146_____________ Глава 5. Управление вводом-выводом в операционных системах

избыточностью. Для этой цели применяют коды Рида-Соломона. Избыточное кодирование информации позволяет не только обнаруживать ошибки, но и автома­тически исправлять их. Следовательно, перед тем как данные, считанные с поверх­ности магнитного диска, будут переданы в оперативную память, их нужно пре­дварительно обработать (перекодировать). На эту операцию необходимо время, ■ поэтому в ходе обработки данных быстро вращающийся диск успевает повернуть­ся на некоторый угол, и мы можем констатировать, что на магнитном диске дан­ные располагаются не сплошь, а порциями (блоками). Говорят, что НЖМД отно­сится к блочным устройствам. Нельзя прочитать (или записать) байт или несколько байтов. Можно прочитать сразу только блок данных и уже потом извлекать из него нужные байты, использовать их в своих вычислениях и изменять. Записать потом данные обратно тоже можно только сразу блоком.

За счет того что при вращении диска магнитная головка, зафиксированная на не­которое время в определенном положении, образует окружность (дорожку — track), блоки данных на таких окружностях называют секторами (sectors). С некоторых пор размер сектора стал стандартным и в абсолютном большинстве случаев он ра­вен 512 байт хранимых данных. Все сектора пронумерованы, и помимо данных пользователя на магнитных дисках размещается и служебная информация, с по­мощью которой можно находить искомый сектор. Служебная информация (сер-воинформация), как правило, располагается в межсекторных промежутках.

Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенные на поверхностях маг­нитных дисков, образуют так называемые цилиндры (cylinders). Современные же­сткие диски могут иметь по нескольку десятков тысяч цилиндров. Выбор конкрет­ной дорожки в цилиндре осуществляется указанием порядкового номера той головки (head) чтения/записи данных, которая и образует эту дорожку. Таким образом, адрес конкретного блока данных указывается с помощью уже упоминавшихся трех координат C-H-S — номеров цилиндра, головки и сектора. Устройство управле­ния НЖМД обеспечивает позиционирование блока головок на нужный цилиндр, выбирает заданную поверхность и находит требуемый сектор. Этот способ адреса­ции нынче считается устаревшим и почти не используется. Второй способ адреса­ции блоков данных основывается на том, что все блоки (секторы) пронумерованы.