Организација података на диску

Физичка организација простора на хард диску који служи за смештање података назива се геометрија и одређује се у фабрици, процесом познатијим као форматирање ниског нивоа (low level format, LLF). Свака плоча на којој се смештају подаци дели се на стазе (track). По облику, једна стаза је кружница и представља део плоче који глава може прочитати без померања. Стазе су распоређене као концентрични кругови на обе површине свих плоча, почевши од спољње ивице, па према унутрашњости плоче. Свака стаза је подељена на одређен број сектора, с тим да сектор садржи 512 бајтова података, не рачунајући додатне податке за позиционирање и контролу, као и корекцију грешака. Подацима се може приступити тако што се задају редни број стазе и редни број сектора у којима се налазе. Треба поменути да је сектор уједно и најмања количина података коју хард диск може засебно да прочита односно упише.

hdd2


Пошто просечан хард диск има најмање једну плочу са две стране које се користе за смештање података, за одређивање позиције се користи тзв. CHS адреса. CHS (Cylinder, Head, Sector) адреса се састоји од редног броја цилиндра, редног броја главе и редног броја сектора којем треба приступити. Цилиндар представља скуп стаза које су подједнако удаљене од центра плоче. Како би се знало о којој површини се ради, користи се и редни број главе.

Ако су подаци које треба уписати већи од једног сектора, онда се прелази у следећи сектор на истој стази и тако даље. Ако ни цела стаза није довољна за смештај потребних података, после попуњавања те стазе, прелази се на стазу са истим бројем, која се налази на супротној страни исте плоче. Ако је величина података које треба сместити на диск, толика да и после попуњавања истоимених стаза на једној плочи сви подаци нису снимљени, прелази се на истоимену стазу на суседној плочи, то јест смештање података се обавља у оквиру једног истог цилиндра. Тек када се попуни цео цилиндар, а сви подаци још увек нису смештени на диск, ручице са главама за снимање се померају на следећи цилиндар, где се наставља са снимањем.

На тај начин је остварено минимално механичко померање ручица са главама. Пошто је ово померање најспорија операција у функционисању хард диска, на овај начин, са минимално могућим померањем ручица, се постиже највећа брзина уписивања или очитавања података. Наравно, када се касније током рада неки сектори или стазе попуне, приликом следећег уписивања података, контролер ће видети да су они заузети, па ће их прескочити, а што може имати за последицу прелазак на неки други цилиндар, а то значи додатно померање ручица са главама, односно спорији приступ тим подацима.

hdd3

У почетку, све до уназад 15-ак година, хард дискови су користили једноставну геометрију која је подразумевала да све стазе имају једнак број сектора. Последица овога је било неефикасно искоришћење физичког простора на ободу плоча јер су сектори у стазама ближим рубу плоче били знатно већи од сектора у стазама ближим центру. Због тога је уведен концепт зонског снимања (zone bit recording). Стазе, односно цилиндри, су груписани у зоне. Зона представља скуп стаза које имају једнак број сектора. Овим је постигнуто да стазе при рубу плоче имају више сектора од стаза на средини и при центру плоче, а уједно је задржана и једноставност приступа. Код модерних хард дискова стазе су подељене највише на пет зона.

skse02b.velika

Адресирање сектора на хард диску

Како би хард диск знао где треба да пише односно одакле треба да чита, од рачунара мора добити адресу сектора. Данашњи контролери, без обзира на то да ли су израђени по IDE/ATA или SCSI стандарду, користе начин адресирања познатији као LBA (Logical Block Addressing) који потпуно игнорише геометрију хард диска. Наиме, сваки сектор има свој редни број и подацима се приступа задавањем редног броја сектора у који податак треба да се упише односно из којег треба да се прочита.

Капацитет хард диска и садржај

Када се говори о капацитету хард диска, обично се мисли на количину простора која се може искористити за смештање корисничких података. У стварности, капацитет хард диска је много већи. Поред корисничких података, на хард диску се чува много других података које корисник не види, а који су неопходни за исправно функционисање уређаја. У њих спадају серво подаци, заглавља стаза и сектора, као и кодови за корекцију грешака (Error Correction Codes). Кориснику су, наравно, најбитнији његови подаци. Међутим, са становишта хард диска, кориснички подаци немају неку претерану употребну вредност. Као што смо раније рекли, геометрија хард диска одређује се приликом форматирања ниског нивоа и том приликом се у стазе и секторе уписују заглавља која садрже идентификационе податке (редни број) и податке о статусу (исправност), затим синхронизациони подаци који означавају почетак и крај стаза и сектора, као и делова сектора који садрже податке. Такође се дефинишу и размаци између сектора и стаза.

Посебни подаци који се фабрички уписују на хард диск јесу серво подаци. Услед термичког ширења плоча и феромагнетног материјала, стазе се не налазе увек на истом одстојању од центра плоче. Због овога је неопходно обезбедити систем корекције актуатора, како би уписно-читајуће главе биле смештене изнад тражене стазе! Ово се ради путем серво података. У фабрикама се на плоче помоћу посебних серво писача (servo writer) на дискове уписују серво подаци, то јест маркери на основу којих се одређује како треба кориговати положај главе да би податак био уписан на право место и касније ефикасно прочитан.

Последњи, али не и најмање важни помоћни подаци који се налазе на хард диску јесу кодови за откривање и корекцију грешака (Error Correction Codes). Приликом уписа корисничких података у сектор, хард диск израчунава ECC кôд који се уписује на хард диск иза податка. Приликом читања, из прочитаног податка се поново рачуна ECC и пореди с оним који је уписан на диску; уколико се поклапају, читање је успешно обављено, а уколико се не поклапају, читање се понавља и ако неколико пута не буде успешно, диск сматра да је дошло до грешке у читању.

Припрема хард диска за рад

Након форматирања ниског нивоа, хард диск још увек није спреман за рад. На хард диску се налази посебна област која се назива Master Boot Record. У MBR-у се може наћи програм који подиже оперативни систем (boot-strap loader), али обавезни део MBR-а је партициона табела. Диск је могуће изделити на више делова који се називају партиције. Разлог за ово је ефикаснија расподела простора, а циљ је једноставније одржавање целог система. Хард диск мора имати најмање једну партицију која може бити величине целог хард диска.

Након партиционисања, долази форматирање високог нивоа које, наравно, може да обави сам корисник. Форматирањем високог нивоа са прави фајл систем (FAT, NTFS, Ext3…) који омогућава смештање података на начин који је разумљив људима (распоред по директоријумима и давање имена фајловима). На једној партицији се може налазити само један фајл систем. Тек после овога, хард диск је спреман за употребу.

Следећи видео снимак показује како изгледа унутрашњост хард диска:

а на следећем можете видети како ради хард диск:

Advertisements

Оставите одговор

Попуните детаље испод или притисните на иконицу да бисте се пријавили:

WordPress.com лого

Коментаришет користећи свој WordPress.com налог. Одјавите се / Промени )

Слика на Твитеру

Коментаришет користећи свој Twitter налог. Одјавите се / Промени )

Фејсбукова фотографија

Коментаришет користећи свој Facebook налог. Одјавите се / Промени )

Google+ photo

Коментаришет користећи свој Google+ налог. Одјавите се / Промени )

Повезивање са %s