Как хранится информация

Как хранится информация на компьютере

Как хранится информация

Понимание вопроса организации хранения информации в электронных устройствах является одним из важнейших моментов для тех, кто только начинает изучать компьютер. В этом материале вы узнаете, где и в каком виде хранятся личные данные пользователя, нужные программы и прочая необходимая информация.

Диски

Вся информация пользователя, включая операционную систему, программы, игры, документы и прочие данные, хранится на специальных носителях, называемых дисками. Внутри компьютера, как правило, размещается магнитный (в основном) или твердотельный накопитель, именуемый жестким диском (винчестер).

Так же данные могут храниться на всевозможных внешних носителях, к которым относятся гибкие магнитные накопители (дискеты), оптические диски (CD, DVD, Blu-Ray), карты памяти (носители, используемые для хранения данных в цифровых устройствах, например фотоаппаратах, плеерах и т.д.), флэш-диски и прочие.

При этом все они предназначены для долговременного хранения информации.

Работа со всеми перечисленными дисками практически однотипна. Каждому носителю или устройству хранения данных, операционной системой присваивается уникальное логическое имя в виде латинской буквы алфавита и двоеточия после нее. Устройствам для работы с дискетами дают имена «A:» и «B:».

За ними, начиная с буквы «C», в алфавитном порядке следуют имена жестких дисков, которых может быть несколько. После жестких дисков, так же в алфавитном порядке начинают присваиваться имена для оптических приводов (устройств чтения/записи оптических дисков).

Затем следуют названия сетевых дисков и устройств считывания данных с флэш-карт.

Информация, хранящаяся на компьютере, измеряется в байтах. При этом самая маленькая единица измерения данных называется битом. В одном байте содержится 8 бит.

Современные программы и данные пользователей имеют размеры в несколько десятков и сотен тысяч байт, так что в реальных условиях используются гораздо более крупные единицы измерения: килобайты, мегабайты, гигабайты и терабайты.

Единицы измерения информации

Например, данная страница, которую вы читаете, занимает места на жестком диске равным всего Кб. Сами же жесткие диски имеют емкости, начиная от 80 Гбайт, и доходят до 3 Терабайт.

Средний объем оперативной памяти у современного компьютера составляет от 2 до 4 Гбайт. Оптические диски могут разместить в себе от 700 Мб до 50 Гб информации в зависимости от типа.

Всевозможные карты памяти и флэшки имеют емкости от 512 Мбайт до 128 Гбайт.

Файлы

Основной единицей информации на компьютере является файл. Это некий контейнер, внутри которого хранится какое-то количество информации, объединённое определенной смысловой составляющей. Файл может быть какой-то таблицей, текстом, программой, фотографией, видеороликом, музыкальной композицией и так далее.

Каждый файл имеет собственное имя, которые ему присваивает пользователь в момент его создания и записи на диск. Его имя состоит из двух частей – самого имени (от 1 до 255 символов) и расширения (до четырех символов), разделенных точкой. Например, у файла с названием name.txt, «name» является его именем, а «txt» – расширением. Расширение для файла является необязательным.

Расширения имен файлов, определяют их тип, то есть принадлежности к тем или иным программам, способы создания и назначения. То есть, в большинстве случаев, по расширению файла можно понять, какого рода информацию он содержит. Например:

  • exe, bat, com, msi – как правило такие расширения имеют программы и исполняемые файлы.
  • sys, dll – системные файлы и библиотеки.
  • txt – файлы, содержащие внутри себя текст.
  • doc, docx– файлы, созданные с помощью популярнейшего тестового редактора Word (Ворд).
  • xls, xlsx – файлы, созданные с помощью редактора электронных таблиц Excel (Эксель).
  • jpg, tif, bmp, gif, png – графические файлы (фотографии, картинки).
  • avi, mov, wmv, mkv – видеофайлы (фильмы, ролики).
  • mp3, wav, wma– звуковые файлы (музыкальные композиции, звуковые дорожки).

Папки

Как правило, на жестком  диске в процессе эксплуатации компьютера хранится огромное количество всевозможных файлов.

Например, только одна операционная система после установки создает на диске несколько тысяч собственных файлов, необходимых ей для корректной работы.

А если к ним приплюсовать еще те, которые создаются при установке всевозможных программ и ваши личные данные, то цифра получится очень впечатляющая.

Как вы понимаете, если все эти файлы свалить в одну кучу, то впоследствии найти нужные вам данные было бы практически невозможно. Именно поэтому в компьютерах используется структурированное хранение информации.

Суть этого метода в том, что файлы объединяются в отдельные группы по тому или иному признаку. Эти группы получили название Папки или Каталоги.

Они так же, как и файлы имеют собственные имена, только без расширений.

Выбор критериев объединения файлов в папки зависит исключительно от ваших целей и пожеланий. Внутри папок, вы можете создавать другие папки, в которых так же можно создавать необходимое количество каталогов.

Единственное условие – все объекты, находящиеся в одной папке, должны иметь разные имена. Файлы и каталоги с одинаковыми именами можно хранить в разных папках.

Вложенные папки образуют структуру, называемую деревом папок.

Дерево папок (каталогов)

При такой организации хранения данных, каждый файл, хранящийся на каком-либо носителе информации, имеет свой собственный путь.

Путь к файлу – это определенная последовательность вложенных друг в друга папок, начиная с той, в которой пользователь находится в текущий момент.

При написании пути имена разных каталогов и собственно файла разделяют символом обратной наклонной черты («\»).

Посмотрите на рисунок, например, если вы находитесь в папке Документы, то путь к файлу Диплом.doc, будет выглядеть так: Документы\Учеба\Диплом.doc

Из понятия вложенности каталогов следует и еще одно важное определение – полное имя файла – путь к файлу от имени диска, на котором он находится. В нашем примере, полное имя файла Документ.xls будет следующим: C:\Документы\Хобби\Документ.xls. Так же полное имя файла называют абсолютным путем к файлу.

Итак, теперь вы знаете, что вся электронная информация (программы, документы, фотографии и прочее) хранится в файлах на специальных носителях – дисках или картах памяти.

Для удобства поиска и сортировки данных, файлы объединяют по определенным признакам в группы, называемые папками.

Сами же файлы имеют расширения, с помощью которых можно понять, какого типа информация в нем содержится, а названия файлов, лишь часть его полного имени.

Источник: http://www.compbegin.ru/articles/view/_42

Урок 3. Как работает компьютер

Как хранится информация
Сергей Бондаренко        страница » IT-Уроки        110 комментариев

Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.

В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).

Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.

Как хранится информация на компьютере

Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.

Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».

В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.

Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):
Так человек видит изображение:Компьютер видит набор «0» и «1»(первые две строчки файла):
1111 1111 1101 1000 1111 1111 1110 00000000 0000 0001 0000 0100 1010 0100 01100100 1001 0100 0110 0000 0000 0000 00010000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 00010000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 00001111 1111 1101 1011 0000 0000 0100 00110000 0000 0000 0011 0000 0010 0000 00100000 0011 0000 0010 0000 0010 0000 0011

 А текст для компьютера выглядит так:

Человек видит текст:Компьютер опять видит набор «0» и «1»:
IT-uroki.ru0100 1001 0101 0100 0010 1101 0111 01010111 0010 0110 1111 0110 1011 0110 10010010 1110 0111 0010 0111 0101

Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.

Где хранится информация

Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. Обычно накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).

Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).

Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные

Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.

Подробнее об устройстве жесткого диска мы узнаем в одном из следующих IT-уроков.

Что обрабатывает всю информацию в компьютере

Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).

Процессор – обрабатывает информацию

Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.

Схема обработки данных

Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).

Но жесткий дискотносительно медленное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.

Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.

Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным

В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти, считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.

При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).

Процесс обработки информации

Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.

Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)

Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:

1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.

2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.

3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.

4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.

Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).

Ввод и вывод информации

Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных:

  • Клавиатура (с помощью неё мы вводим текст и управляем компьютером);
  • Мышь (с помощью мыши мы управляем компьютером);
  • Сканер (заносим изображение в компьютер);
  • Микрофон (записываем звук) и т.д.

Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных:

  • Монитор (выводим изображение на экран);
  • Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
  • Акустические системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);

Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:

  • Внешних накопителей(с них мы копируем уже имеющиеся данные в компьютер):
    • флэшка,
    • компакт-диск (CD или DVD),
    • переносной жесткий диск,
    • дискета;
  • Компьютерной сети (получаем данные с других компьютеров через Интернет или городскую сеть).

Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:

Ввод, обработка и вывод данных

То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).

Подводим итог

Итак, сегодня мы вместе с сайтом IT-uroki.ru  узнали, как работает компьютер. Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.

), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора.

Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).

Источник: http://IT-uroki.ru/uroki/urok-3-kak-rabotaet-kompyuter.html

Как устроены хранилища данных: обзор для новичков

Как хранится информация
Международный рынок гипермасштабируемых дата-центров растет с ежегодными темпами в 11%. Основные «драйверы» — предприятия, подключенные устройства и пользователи — они обеспечивают постоянное появление новых данных. Вместе с объемом рынка растут и требования к надежности хранения и уровню доступности данных.

Ключевой фактор, влияющий на оба критерия — системы хранения. Их классификация не ограничивается типами оборудования или брендами. В этой статье мы рассмотрим разновидности хранилищ — блочное, файловое и объектное — и определим, для каких целей подходит каждое из них.

/ Flickr / Jason Baker / CC
Хранение на уровне блоков лежит в основе работы традиционного жесткого диска или магнитной ленты. Файлы разбиваются на «кусочки» одинакового размера, каждый с собственным адресом, но без метаданных. Пример — ситуация, когда драйвер HDD пишет и считывает блоки по адресам на отформатированном диске.

Такие СХД используются многими приложениями, например, большинством реляционных СУБД, в списке которых Oracle, DB2 и др. В сетях доступ к блочным хостам организуется за счет SAN с помощью протоколов Fibre Channel, iSCSI или AoE.

Файловая система — это промежуточное звено между блочной системой хранения и вводом-выводом приложений.

Наиболее распространенным примером хранилища файлового типа является NAS. Здесь, данные хранятся как файлы и папки, собранные в иерархическую структуру, и доступны через клиентские интерфейсы по имени, названию каталога и др.

/ Wikimedia / Mennis / CC

При этом следует отметить, что разделение «SAN — это только сетевые диски, а NAS — сетевая файловая система» искусственно. Когда появился протокол iSCSI, граница между ними начала размываться. Например, в начале нулевых компания NetApp стала предоставлять iSCSI на своих NAS, а EMC — «ставить» NAS-шлюзы на SAN-массивы. Это делалось для повышения удобства использования систем.

Что касается объектных хранилищ, то они отличаются от файловых и блочных отсутствием файловой системы. Древовидную структуру файлового хранилища здесь заменяет плоское адресное пространство. Никакой иерархии — просто объекты с уникальными идентификаторами, позволяющими пользователю или клиенту извлекать данные.

Марк Горос (Mark Goros), генеральный директор и соучредитель Carnigo, сравнивает такой способ организации со службой парковки, предполагающей выдачу автомобиля. Вы просто оставляете свою машину парковщику, который увозит её на стояночное место. Когда вы приходите забирать транспорт, то просто показываете талон — вам возвращают автомобиль. Вы не знаете, на каком парковочном месте он стоял.

Большинство объектных хранилищ позволяют прикреплять метаданные к объектам и агрегировать их в контейнеры. Таким образом, каждый объект в системе состоит из трех элементов: данных, метаданных и уникального идентификатора — присвоенного адреса. При этом объектное хранилище, в отличие от блочного, не ограничивает метаданные атрибутами файлов — здесь их можно настраивать.

/ 1cloud

Блочные хранилища обладают набором инструментов, которые обеспечивают повышенную производительность: хост-адаптер шины разгружает процессор и освобождает его ресурсы для выполнения других задач. Поэтому блочные системы хранения часто используются для виртуализации. Также хорошо подходят для работы с базами данных.

Недостатками блочного хранилища являются высокая стоимость и сложность в управлении. Еще один минус блочных хранилищ (который относится и к файловым, о которых далее) — ограниченный объем метаданных. Любую дополнительную информацию приходится обрабатывать на уровне приложений и баз данных.

Среди плюсов файловых хранилищ выделяют простоту. Файлу присваивается имя, он получает метаданные, а затем «находит» себе место в каталогах и подкаталогах. Файловые хранилища обычно дешевле по сравнению с блочными системами, а иерархическая топология удобна при обработке небольших объемов данных. Поэтому с их помощью организуются системы совместного использования файлов и системы локального архивирования.

Пожалуй, основной недостаток файлового хранилища — его «ограниченность». Трудности возникают по мере накопления большого количества данных — находить нужную информацию в куче папок и вложений становится трудно. По этой причине файловые системы не используются в дата-центрах, где важна скорость.

Что касается объектных хранилищ, то они хорошо масштабируются, поэтому способны работать с петабайтами информации. По статистике, объем неструктурированных данных во всем мире достигнет 44 зеттабайт к 2020 году — это в 10 раз больше, чем было в 2013. Объектные хранилища, благодаря своей возможности работать с растущими объемами данных, стали стандартом для большинства из самых популярных сервисов в облаке: от до DropBox.

Такие хранилища, как Haystack , ежедневно пополняются 350 млн фотографий и хранят 240 млрд медиафайлов. Общий объем этих данных оценивается в 357 петабайт.

Хранение копий данных — это другая функция, с которой хорошо справляются объектные хранилища. По данным исследований, 70% информации лежит в архиве и редко изменяется. Например, такой информацией могут выступать резервные копии системы, необходимые для аварийного восстановления.

Но недостаточно просто хранить неструктурированные данные, иногда их нужно интерпретировать и организовывать.

Файловые системы имеют ограничения в этом плане: управление метаданными, иерархией, резервным копированием — все это становится препятствием.

Объектные хранилища оснащены внутренними механизмами для проверки корректности файлов и другими функциями, обеспечивающими доступность данных.

Плоское адресное пространство также выступает преимуществом объектных хранилищ — данные, расположенные на локальном или облачном сервере, извлекаются одинаково просто. Поэтому такие хранилища часто применяются для работы с Big Data и медиа. Например, их используют Netflix и Spotify. Кстати, возможности объектного хранилища сейчас доступны и в сервисе 1cloud.

Благодаря встроенным инструментам защиты данных с помощью объектного хранилища можно создать надежный географически распределенный резервный центр. Его API основан на HTTP, поэтому к нему можно получить доступ, например, через браузер или cURL. Чтобы отправить файл в хранилище объектов из браузера, можно прописать следующее:

После отправки к файлу добавляются необходимые метаданные. Для этого есть такой запрос: curl -i [url_storage/account/container/object] -X POST -H “X-Auth-Token: [token]” -H “X-Object-Meta-ValueA: [value-a]” Богатая метаинформация объектов позволит оптимизировать процесс хранения и минимизировать затраты на него. Эти достоинства — масштабируемость, расширяемость метаданных, высокая скорость доступа к информации — делают объектные системы хранения оптимальным выбором для облачных приложений. Однако важно помнить, что для некоторых операций, например, работы с транзакционными рабочими нагрузками, эффективность решения уступает блочным хранилищам. А его интеграция может потребовать изменения логики приложения и рабочих процессов. P.S. Еще несколько материалов о хранении данных из блога 1cloud:

  • Тема «удаленки» в этом году уже успела всем надоесть, но мир вынужден погружаться в нее с каждой новой эпидемиологической волной и в массовом порядке мигрировать из офиса. Этот процесс связан со множеством сложностей, в том числе с точки зрения адаптации технологий и поддержания должного уровня информационной безопасности. Именно они все чаще ассоциируются с этим форматом работы, а разговоры о ванильных метриках — вроде сокращения временных затрат на дорогу до рабочего места и обратно — отходят на второй план. Читать далее
  • Ранее мы обсуждали неочевидные моменты, связанные с ротацией парольных фраз и персональной ИБ. Сегодня продолжим тему, но поговорим о работе с файлами, а именно о том, как вычислить, кто «слил» конфиденциальную информацию по метаданным и защитить документы компании. Читать далее
  • Одни считают, что образовательные -каналы и подкасты по определению не могут дать глубоких знаний, другие — находят там новые идеи и черпают вдохновение. Мы решили разобраться, что смотрят опытные разработчики и те, кто только начинают учебных процесс в IT.Сегодня остановимся на общих темах, а в следущий раз — перейдем к специализированным. Читать и смотреть
  • На днях мы рассказали об исследовании, в рамках которого был предложен механизм квантового распределения ключа для десяти участников сети. Продолжаем смотреть на аналогичные проекты. Читать дальше →
  • Расскажем, кто их придумал и в чем они заключаются. Также поговорим о критике этого подхода — о том, почему некоторые разработчики отказываются следовать SOLID-методологиям. Читать дальше →
  • Продолжаем делиться (раз, два) TL;DR-версиями постов из нашего блога. Здесь — только главные моменты из каждой статьи, а ссылки на развернутые тексты — есть в подзаголовках дайджеста. Читать дальше →
  • Группа физиков представила систему квантового распределения ключа для десяти участников — долгое время их количество не превышало двух. Расскажем, что известно о разработке и аналогах. Читать дальше →
  • Расскажем, в чем суть философии, кто её сформулировал, расширял и критиковал по ходу развития. (Кстати, вчера вышел и наш очередной TL;DR-дайджест про «удаленку» и личную ИБ.) Читать дальше →
  • Продолжаем делиться TL;DR-версиями публикаций из нашего блога. Здесь — все основные моменты каждого материала, а ссылки на развернутые тексты публикаций — легко найти в подзаголовках. Читать дальше →
  • В августе Linux Foundation основали фонд OpenSSF. В него вошли — Core Infrastructure Initiative и Open Source Security Coalition. Их участники разработают инструментарий для поиска уязвимостей в коде и верификации программистов, участвующих в его написании. Рассказываем, что к чему. Читать дальше →
  • Это — наша компактная подборка бесплатных инструментов, позволяющих оценить производительность и стабильность контейнеризированных приложений. Под катом — система мониторинга кластеров Kmoncon, среда разработки Lens с функциями бенчмаркинга, а также утилита для стресс-тестирования нодов в формате компьютерной игры. Читать дальше →
  • В прошлый раз мы подобрали книги про обслуживание и защиту корпоративных сетей. Сегодня рассказываем о трех аудиошоу на эту же тему — для тех, у кого нет времени читать. Читать дальше →
  • Это компактный дайджест с литературой о настройке сетевой инфраструктуры и политик безопасности. Мы выбрали книги, часто упоминаемые на Hacker News и других тематических площадках об управлении ресурсами сетей, настройке и защите облачной инфраструктуры. Читать дальше →
  • Формат RFC существует с 1969 года — его представили во время обсуждения ARPANET. Тогда инженер Стив Крокер написал RFC 1 о работе программного обеспечения хоста. С тех пор прошло более 50 лет, но Request for Comments все еще в ходу — опубликовано ~9 тыс. документов по сетевым протоколам, моделям хранения данных и алгоритмам шифрования.В этом многообразии встречаются RFC, у которых нет практического применения. Их написали по большей части ради шутки. Сегодня расскажем о некоторых находках из этой области. Читать дальше →
  • Дистанционка — тренд этого года. В переходе к такому формату работы заинтересованы и сотрудники, и сами компании. Первые — хотят избавиться от временных затрат на дорогу, вторые — от необходимости платить за аренду пустующих офисов. Быстрый переход требует сил и средств — далеко не всегда менеджеры пользуются даже ходовыми инструментами вроде облачных сервисов для разворачивания и настройки удаленных рабочих мест, а еще чаще — пытаются внедрить классические «офисные» средства для поддержания бизнес-процессов. Так происходит и с сервисами для мониторинга эффективности сотрудников, но на практике такой подход — без адаптации к дистанционному формату — не приводит ни к чему хорошему. Читать дальше →
  • Месяц назад американский суд запретил правоохранителям изучать экран блокировки смартфона без ордера. Мы обсуждали эту ситуацию и решили продолжить тему. Поговорим о том, как обстоят дела с досмотром мобильных в других странах мира — Великобритании, Австралии и Германии. Читать дальше →
  • Вместо привычных дайджестов избранных постов из нашего блога сегодня пробуем новый TL;DR-формат — рассказываем все самое главное из каждого материала. Если захотите детально изучить пруфы и углубиться в какую-либо тему, ссылки на полные версии — в подзаголовках. Читать дальше →
  • На днях мы обсудили, как госучреждения в Европе переходят на открытое ПО. Теперь расскажем, кто делает что-то подобное на уровне ИТ-инфраструктуры — на примере пары открытых ОС. Читать дальше →
  • Говорим об инициативах Мюнхена, Барселоны, а также CERN. Читать дальше →

Источник: https://habr.com/ru/company/1cloud/blog/345154/

Хранение информации на жестких дисках

Как хранится информация

Большинство пользователей, отвечая на вопрос, что находится в их системном блоке, помимо прочего упоминают винчестер. Винчестер – это устройство, на котором чаще всего хранятся Ваши данные. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название.

Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 МБ информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф.

Винчестера имела калибр — 0,30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло — не знаю, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.

В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки — все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске.

Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить.

Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных.

С одной стороны, в процессе написания этой статьи я ставил для себя задачей рассказать Вам:

  1. о принципах записи информации на жесткий диск;
  2. о размещении и загрузке операционной системы;
  3. о том как грамотно разделить Ваш новый винчестер на разделы с целью использовать несколько операционных систем.

С другой стороны, я хочу подготовить читателя ко второй статье, в которой я расскажу о программах, называемых boot manager-ами. Для того чтобы понимать, как работают эти программы, нужно обладать базовыми знаниями о таких вещах как MBR, Partitions и т. д.

Довольно общих слов — приступим.

2. Устройство жесткого диска

Жесткий диск (НDD — Hard Disk Drive) устроен следующим образом: на шпинделе, соединенным с электромотором, расположен блок из нескольких дисков (блинов), над поверхностью которых находятся головки для чтения/записи информации. Форма головкам придается в виде крыла и крепятся они на серпообразный поводок.

При работе они «летят» над поверхностью дисков в воздушном потоке, который создается при вращении этих же дисков. Очевидно, что подъемная сила зависит от давления воздуха на головки. Оно же, в свою очередь, зависит от внешнего атмосферного давления. Поэтому некоторые производители указывают в спецификации на свои устройства предельный потолок эксплуатации (например, 3000 м).

Ну чем не самолет? Диск разбит на дорожки (или треки), которые в свою очередь поделены на сектора. Две дорожки, равноудаленные от центра, но расположенные по разные стороны диска, называются цилиндрами.

Жесткий диск, как и всякое другое блочное устройство, хранит информацию фиксированными порциями, которые называются блоками.

Блок является наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес на жестком диске. Для того чтобы прочесть или записать нужную информацию в нужное место, необходимо представить адрес блока в качестве параметра команды, выдаваемой контроллеру жесткого диска. Размер блока уже довольно с давних пор является стандартным для всех жестких дисков — 512 байт.

К сожалению, достаточно часто происходит путаница между такими понятиями как «сектор», «кластер» и «блок». Фактически, между «блоком» и «сектором» разницы нет. Правда, одно понятие логическое, а второе топологическое. «Кластер» — это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Почему не отказались от простой работы с секторами? Отвечу.

Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 МБ кластер будет составлять 8 КБ, до 1 ГБ — 16 КБ, до 2 ГБ — 32 КБ и так далее.

Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать все три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS (cylinder, head, sector).

Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним. Дело в том, что BIOS определил разрядную сетку адресов на 63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок. Однако развитие жестких дисков в то время ограничилось использованием лишь 16 головок в связи со сложностью изготовления.

Отсюда появилось первое ограничение на максимально допустимую для адресации емкость жесткого диска: 1024×16×63×512 = 504 МБ.

Со временем, производители стали делать HDD большего размера. Соответственно число цилиндров на них превысило 1024, максимально допустимое число цилиндров (с точки зрения старых BIOS).

Однако, адресуемая часть диска продолжала равняться 504 Мбайтам, при условии, что обращение к диску велось средствами BIOS.

Это ограничение со временем было снято введением так называемого механизма трансляции адресов, о котором чуть ниже.

Проблемы, возникшие с ограниченностью BIOS по части физической геометрии дисков, привели в конце концов к появлению нового способа адресации блоков на диске. Этот способ довольно прост. Блоки на диске описываются одним параметром — линейным адресом блока. Адресация диска линейно получила аббревиатуру LBA (logical block addressing). Линейный адрес блока однозначно связан с его CHS адресом:

lba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1);

Введение поддержки линейной адресации в контроллеры жестких дисков дало возможность BIOS'aм заняться трансляцией адресов. Суть этого метода состоит в том, что если в приведенной выше формуле увеличить параметр HEADS, то потребуется меньше цилиндров, чтобы адресовать то же самое количество блоков диска.

Но зато потребуется больше головок. Однако головок-то как раз использовалось всего 16 из 255. Поэтому BIOS'ы стали переводить избыточные цилиндры в головки, уменьшая число одних и увеличивая число других. Это позволило им использовать разрядную сетку головок целиком.

Это отодвинуло границу адресуемого BIOS'ом дискового пространства до 8 ГБ.

Нельзя не сказать несколько слов и о Large Mode. Этот режим работы предназначен для работы жестких дисков объемом до 1 ГБ.

В Large Mode количество логических головок увеличивается до 32, а количество логических цилиндров уменьшается вдвое. При этом обращения к логическим головкам 0..

F транслируются в четные физические цилиндры, а обращения к головкам 10..1F — в нечетные. Винчестер, размеченный в режиме LBA, несовместим с режимом Large, и наоборот.

Дальнейшее увеличение адресуемых объемов диска с использованием прежних сервисов BIOS стало принципиально невозможным. Действительно, все параметры задействованы по максимальной «планке» (63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок). Тогда был разработан новый расширенный интерфейс BIOS, учитывающий возможность очень больших адресов блоков.

Однако этот интерфейс уже не совместим с прежним, вследствие чего старые операционные системы, такие как DOS, которые пользуются старыми интерфейсами BIOS, не смогли и не смогут переступить границы в 8GB. Практически все современные системы уже не пользуются BIOS'ом, а используют собственные драйвера для работы с дисками.

Поэтому данное ограничение на них не распространяется. Но следует понимать, что прежде чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна как минимум его загрузить. Поэтому на этапе начальной загрузки любая система вынуждена пользоваться BIOS'ом.

Это и вызывает ограничения на размещение многих систем за пределами 8GB, они не могут оттуда загружаться, но могут читать и писать информацию (например, DOS который работает с диском через BIOS).

4. Разделы, или Partitions

Обратимся теперь к размещению операционных систем на жестких дисках. Для организации систем дисковое адресное пространство блоков разделяется на части, называемые разделами (partitions). Разделы полностью подобны целому диску в том, что они состоят из смежных блоков.

Благодаря такой организации для описания раздела достаточно указания начала раздела и его длины в блоках. Жесткий диск может содержать четыре первичных раздела.

Во время загрузки компьютера, BIOS загружает первый сектор головного раздела (загрузочный сектор) по адресу 0000h:7C00h и передает ему управление.

В начале этого сектора расположен загрузчик (загрузочный код), который прочитывает таблицу разделов и определяет загружаемый раздел (активный). А дальше все повторяется. То есть он загружает загрузочный сектор этого раздела на этот же адрес и снова передает ему управление.

Разделы являются контейнерами всего своего содержимого. Этим содержимым является, как правило, файловая система. Под файловой системой с точки зрения диска понимается система разметки блоков для хранения файлов.

После того, как на разделе создана файловая система и в ней размещены файлы операционной системы, раздел может стать загружаемым. Загружаемый раздел имеет в своем первом блоке небольшую программу, которая производит загрузку операционной системы.

Однако для загрузки определенной системы нужно явно запустить ее загрузочную программу из первого блока. О том, как это происходит, будет рассказано чуть ниже.

Разделы с файловыми системами не должны пересекаться.

Это связано с тем, что две разные файловые системы имеют каждая свое представление о размещении файлов, но когда это размещение приходится на одно и то же физическое место на диске, между файловыми системами возникает конфликт.

Этот конфликт возникает не сразу, а лишь по мере того, как файлы начинают размещаться в том месте диска, где разделы пересекаются. Поэтому следует внимательно относиться к разделению диска на разделы.

Само по себе пересечение разделов не опасно. Опасно именно размещение нескольких файловых систем на пересекающихся разделах. Разметка диска на разделы еще не означает создания файловых систем.

Однако, уже сама попытка создания пустой файловой системы (то есть форматирование), на одном из пересекающихся разделов может привести к возникновению ошибок в файловой системе другого раздела.

Все сказанное относится в одинаковой степени ко всем операционным системам, а не только самым популярным.

Диск разбивается на разделы программным путем. То есть, Вы можете создать произвольную конфигурацию разделов. Информация о разбиении диска хранится в самом первом блоке жесткого диска, называемым главной загрузочной записью (Master Boot Record (MBR)).

5. MBR

MBR является основным средством загрузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. Для наглядности представим содержимое загрузочной области в виде схемы:

Все то что находится по смещению 01BEh-01FDh называется таблицей разделов. Вы видите, что в ней четыре раздела.

Только один из четырех разделов имеет право быть помеченным как активный, что будет означать, что программа загрузки должна загрузить в память первый сектор именно этого раздела и передать туда управление. Последние два байта MBR должны содержать число 0xAA55. По наличию этой сигнатуры BIOS проверяет, что первый блок был загружен успешно.

Сигнатура эта выбрана не случайно. Ее успешная проверка позволяет установить, что все линии данных могут передавать и нули, и единицы.

Программа загрузки просматривает таблицу разделов, выбирает из них активный, загружает первый блок этого раздела и передает туда управление.

Давайте посмотрим как устроен дескриптор раздела:

Смещение Описание
0000hмаркер начальной загрузки
0001hголовка
0002hcектор и цилиндр
0003hцилиндр
0004hсистемное описание
0005hголовка
0006hcектор и цилиндр
0007hцилиндр
0008h-000Bhсмещение секторов
000Ch-000Fhколичество секторов в разделе

* 0001h-0003h начало раздела
** 0005h-0007h конец раздела

С точки зрения разделов диска наиболее популярной до недавнего времени была и остается MS-DOS. Она забирает в свое пользование два из четырех разделов: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Первый из них, (primary) это обычный досовый диск C:. Второй — это контейнер логических дисков.

Они все болтаются там в виде цепочки подразделов, которые так и именуются: D:, E:, … Логические диски могут иметь и инородные файловые системы, отличные от файловой системы DOS.

Однако, как правило, инородность файловой системы связана присутствием еще одной операционной системы, которую, вообще говоря, следовало бы поместить в свой собственный раздел (не extended DOS), но для таких выходок часто оказывается слишком маленькой таблица разделов.

Отметим еще одно важное обстоятельство. Когда на чистый жесткий диск устанавливается DOS, то при загрузке нет никаких альтернатив в выборе операционных систем.

Поэтому загрузчик выглядит весьма примитивно, ему не надо спрашивать у пользователя, какую систему тот хочет загрузить.

С желанием иметь сразу несколько систем возникает необходимость заводить программу, позволяющую выбирать систему для загрузки.

6. Заключение

Я надеюсь, что смог достаточно понятно и подробно представить для Вас базовую информацию об устройстве жесткого диска, MBR и PT. На мой взгляд, такого набора знаний вполне достаточно для мелкого «ремонта» хранилища информации. В следующей статье я расскажу Вам о программах, зовущихся Boot Manager, и принципах их работы.

Большое спасибо за помощь Владимиру Дашевскому

Источник: https://www.ixbt.com/storage/boot-man1.shtml

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.