Основним типом пристрою, який використовується в сучасних обчислювальних системах для зберігання файлів, є дискові накопичувачі. Ці пристрої призначені для зчитування і запису даних на жорсткі і гнучкі магнітні диски.
Дискова пам'ять заснована на двох речах: технології запису і швидкому доступі.
Технологія запису представляє магнітний запис. Вона заснована на тому факті, що залізо і деякі інші матеріали можна намагнітити. Грубо кажучи, магнітне поле записується в залізо.
Для запису інформації на магнітну поверхню дисків застосовується наступний спосіб. Поверхня розглядається як послідовність точкових позицій, кожна з яких вважається бітом і може бути встановлена в магнітний еквівалент нуля і одиниці. Оскільки положення точкових позицій визначаються неточно, для запису потрібні заздалегідь нанесені мітки, які допомагають записуючого пристрою знаходити позиції записи. Необхідність таких синхронізуючих міток є однією з причин того, чому диски повинні бути відформатовані, перш ніж їх можна буде використовувати.
Другим ключовим фактором зберігання даних на дисках є механізм швидкого доступу до диска. Швидкий доступ до будь-якої частини поверхні забезпечують дві обставини. Першим з них є обертання. Завдяки швидкому обертанню диска затримка при проходженні цією точкою будь-якій частині кола невелика. Швидкість обертання жорстких дисків становить 3600 - 7200 оборотів в хвилину, тобто один оборот триває 1/60 (1/120) секунди.
При об'єднанні двох чинників (переміщення головки зчитування / запису поперек диска і обертання диска під головкою) забезпечується швидкий доступ до будь-якої частини диска. Саме тому комп'ютерні диски називаються пам'яттю з довільним доступом; можна звернутися до будь-якої частини записаних даних без послідовного проходження всієї записаної інформації.
Кожна з концентричних кіл диска називається доріжкою. Поверхня диска розбивається на доріжки, починаючи з зовнішнього краю, а число доріжок залежить від типу диска. Наприклад, гнучкий диск 3,5 дюйма 1,44 Мбайт має 80 доріжок. Число доріжок жорсткого диска 300 - 1000 і більше. Незалежно від числа доріжок вони ідентифікуються номером, починаючи з нульової зовнішньої доріжки.
Аналогічно розбиття поверхні диска на доріжки окружність доріжки також розбивається на ділянки, звані секторами (sectors), або блоками (blocks). Число секторів на доріжці визначається типом і форматом диска. Наприклад, розглянутий нами гнучкий диск 3,5 дюйма 1,44 Мбайт має на доріжці 18 секторів, а диск 3,5 дюйма 2,88 Мбайт - 36 секторів. Число секторів на доріжці жорстких дисків зазвичай становить 17.
Для будь-якого конкретного диска розмір всіх секторів фіксований. ПК можуть працювати з декількома розмірами секторів від 128 до 1024 байт, але розмір сектора в 512 байт став стандартним і виробники ПК рідко відходять від такого розміру. Взаємозв'язок між доріжками і секторами показана на рис. 11.6.
У всіх дискових операціях читання і запису даних беруть участь тільки повні сектори. Сектори на доріжці, як і доріжки на поверхні диска, визначаються номерами, починаючи з одиниці, а не з нуля. (Сектор з нульовим номером на кожній доріжці резервується для ідентифікації, а не для зберігання даних).
Ще один вимір диска - число сторін (або поверхонь). Якщо гнучкий диск має дві сторони, накопичувачі на жорстких дисках містять часто більш одного власне диска, тому число сторін виявляється більше двох. Сторони диска ідентифікуються також номером, починаючи з нуля. Пристрій накопичувача з двома дисками наведено на рис. 11.7.
Іноді зручно виділити сукупність всіх доріжок, по одній на кожній стороні, що знаходяться на однаковій відстані від центру диска. Ця сукупність називається циліндром. У накопичувачі з двома дисками (ріс.11.7) кожен циліндр складається з чотирьох доріжок.
Знаючи всі наведені розміри, неважко визначити розмір, або ємність, накопичувача:
Число сторін · число доріжок · число секторів на доріжці ·
В результаті такого множення виходить так звана сира ємність диска. Зрозуміло частина цієї ємності витрачається на службову інформацію. Однак отримане число, по суті, визначає ємність диска: саме цю, або близьку до неї ємність повідомляють більшість дискових утиліт.
Операційна система при роботі з диском використовує, як правило, власну одиницю дискового простору, звану кластером (cluster) [1]. При створенні файлу місце на диску йому виділяється кластерами. Наприклад, якщо файл має розмір 2560 байт, а розмір кластера в файлової системі визначено в 1024 байта, то файлу буде виділено на диску 3 кластера.
Доріжки і сектори створюються в результаті виконання процедури фізичного, або низкоуровневого, форматування диска, що передує використанню диска. Для визначення меж блоків на диск записується ідентифікаційна інформація. Низькорівневий формат диска не залежить від типу операційної системи, яка цей диск буде використовувати.
Розмітку диска під конкретний тип файлової системи виконують процедури високорівневого, або логічного, форматування. При високорівневої форматуванні визначається розмір кластера і на диск записується інформація, необхідна для роботи файлової системи, в тому числі інформація про доступне і невикористовуваних просторі, про межі областей, відведених під фай- ли і каталоги, інформація про пошкоджених областях. Крім того, на диск записується завантажувач операційної системи - невелика програма, яка починає процес ініціалізації операційної системи після включення живлення або рестарту комп'ютера.
Перш ніж форматувати диск під певну файлову систему, він може бути розбитий на розділи. Розділи потрібні в основному для того, щоб на одному диску могли одночасно співіснувати кілька операційних систем. ОС використовують однакове поняття розділу, кожна має програму зі створення і видалення розділів на диску. Який би програмою не був створений розділ, інша операційна система повинна пізнавати його межі, навіть якщо не може впізнати його вмісту. У кожному розділі «живе» своя операційна система і. як правило, вона не виходить за рамки свого розділу. Хоча часто ОС може управляти не одним, а по крайней мере 2 (системи Windows) або більше (системи UNIX) розділами.
Отже, розділ - це безперервна область диска, що знаходиться під управлінням деякої ОС і яку операційна система надає користувачеві як логічний пристрій (використовуються також назви логічний диск і логічний розділ). Логічне пристрій функціонує так, як якщо б це був окремий фізичний диск. В одному розділі може перебувати або один логічний диск, або декілька. Саме з логічними пристроями працює користувач, звертаючись до них по символьних імен, використовуючи, наприклад, як в системах Windows, позначення А. В. С:, SYS і т. П. Операційні системи різного типу використовують єдине для всіх них уявлення про розділи, але створюють на його основі логічні пристрої, специфічні для кожного типу ОС. Так само як файлова система, з якою працює одна ОС, в загальному випадку не може інтерпретуватися ОС іншого типу, логічні пристрої не можуть бути використані операційними системами різного типу. На кожному логічному пристрої може створюватися лише одна файлова система.
На різних логічних пристроях одного і того ж фізичного диска можуть розташовуватися файлові системи різного типу. Всі розділи одного диска мають однаковий розмір блоку, певний для даного диска в результаті низькорівневого форматування. Однак в резуль- таті високорівневого форматування в різних розділах одного і того жедіска, представлених різними логічними пристроями, можуть бути встановлені файлові системи, в яких визначені кластери відрізняються розмірів.
Операційна система може підтримувати різні статуси розділів, особливим чином відзначаючи розділи, які можуть бути використані для завантаження модулів операційної системи, і розділи, в яких можна встановлювати тільки програми та зберігати файли даних. Один з розділів диска позначається як завантажується (або активний). Саме з цього розділу зчитується завантажувач операційної системи.