Логическая структура диска разделы кластеры сектора. Жесткий диск: принцип работы и основные характеристики. Интерфейсы подключения HDD
Любой жесткий диск имеет в своем составе: пластину (блин, зеркало) покрытую тонким слоем магнитного материала, блок головок (БМГ), механизм, обеспечивающий высокоточную установку головок на нужный сектор, корпус и плату микроконтроллера. Зеркальный блин (их может быть и несколько), на котором хранятся данные, закреплен на вращающемся шпинделе. Головки всегда работают в паре – считывающая и записывающая. Позиционирующее устройство отвечает за расположение БМГ относительно поверхности магнитной пластины. Корпус фиксирует все перечисленные выше элементы и надежно защищает их от физического воздействия извне. Плата электроники, на которой размещен микроконтроллер, реализует функции управления работой всех систем жесткого диска и отвечает за двустороннюю транспортировку информации.
Геометрия жестких дисков
Пластины винчестера могут быть отлиты из легких металлических сплавов или керамики. Каждая плоскость блина (или рабочая поверхность) покрывается специальным магнитным веществом, благодаря которому данные сохраняются на диске, и полируется до зеркального блеска. Состав феромагнитного материала каждого слоя покрытия (слоев, как правило, несколько) не одинаков и является технологическим секретом. В непосредственной близости от каждой рабочей поверхности расположены магнитные головки. Для увеличения производительности HDD они всегда работают попарно, одна на чтение, другая на запись.
При форматировании на зеркало наносится концентрическая насечка, образую своеобразные кольцевые зоны, которые называют дорожками. Для удобства работы каждую дорожку исходящими от центра пластины радиусами разделяют на сектора (кластеры). Любой кластер состоит из двух условных сегментов используемых для хранения служебной информации и непосредственно данных пользователя. Содержание служебного сегмента формируется единожды на конвейере завода и не перезаписывается впоследствии. Кроме всего прочего, служебный сегмент содержит относительный адрес всего сектора на поверхности пластины. Именно поэтому адресу и происходит обращение к кластеру при операциях чтения или записи.
Кластерный сегмент данных наполнен информацией, необходимой пользователю.
Другими словами в нем хранятся кусочки тех файлов, что владелец накопителя записывает на него. Важно помнить, что сегмент данных каждого сектора не способен перезаписываться частями. Он будет обновлен полностью, даже если размеры копируемого на винчестер файла меньше допустимой области данных кластера.
В случае, когда жесткий диск состоит из нескольких магнитных пластин, специалисты вводят в обиход еще один термин – цилиндр. Этим словом обозначается набор из дорожек, расположенных на разных блинах или соседних рабочих поверхностях одного зеркала и доступных для чтения/записи без изменения положения блока магнитных головок. Если учесть, что позиционирование БМГ происходит не мгновенно, то идеально расположенные кластеры единого файла должны находиться в рамках одного цилиндра.
Изначально каждая дорожка в независимости от своей близости к центру была разбита на фиксированное количество кластеров. Это позволяло контроллеру проводить адресацию сектора, указывая лишь его номер и номер цилиндра, а также ту головку, которой необходимо выполнить операцию. Если проводить аналогию с трехмерной областью, то на пластине была сформирована своеобразная цилиндрическая система координат, где для определения точки в пространстве указывался ее угол (номер сектора), высоту (номер головки) и радиус (номер цилиндра). Продолжив аналогию на декартовую область трех измерений, мы придем к модели многоэтажного дома, каждая квартира в котором похожа на предыдущую и определяется отдельным номером.
Указанное расположение кластеров практически в три раза уменьшало плотность записи на периферийных дорожках, по отношению к внутренним. С учетом этого недостатка была разработана новая форма разметки поверхности, в которой количество кластеров на дорожке возрастает по мере удаления от центра пластины. Такая форма записи информации получила название зонная и позволила почти в два раза повысить количество полезного информационного объема, без увеличения геометрических размеров блина и относительной плотности записи на его поверхности.
Полученную разметку теперь гораздо сложнее представить в декартовой системе координат, поэтому отформатированный подобным образом жесткий диск не всегда корректно определялся BIOSом. Это связано с тем, что не каждый интерфейс способен правильно произвести преобразование кластерной структуры так, чтобы было понятно для микропрограммы материнской платы. Именно по этой причине из обихода вышли, а со временем и совсем забылись несколько дисковых интерфейсов — ST506/412, ESDI и прочие. С вводом новой геометрии разметки только IDE и SCSI не сошли с дистанции.
На самом деле процедура преобразования хаотичной круговой структуры в аккуратную трехмерную модель очень похожа на коварный обман. К примеру, BIOS ограничивает максимальное количество секторов на дорожке цифрой 63, в реалиях кластеров получается значительно больше. Интерфейс обманывает BIOS, представляя тому фальшивую адресную структуру, в которой секторов на дорожке ровно 63. Такая же подмена происходит и с числом головок. Для удобства адресации их количество варьируется в диапазоне от 16 до 255 штук, на самом деле их редко бывает больше 6. При зонной разметке скорость обмена данными мало зависит от близости дорожки к центру пластины, на ее величину в большей степени будет влиять номер цилиндра, в котором расположены кластеры информации.
Если Вам необходимо , то обращайтесь к нам, мы поможем Вам с этой проблемой.
Форматирование – создание физической и логической структуры диска Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые в свою очередь, делятся на секторы. В процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска магнитные метки дорожек и секторов.
Физическая структура гибкого диска Информационный объем гибких дисков: V = p*d*k*l Минимальный элемент дорожка хранения информации дискете р – количество поверхностей диска (p = 2) d – количество дорожек на поверхности (d = 80) Сектор 512 байт k – количество секторов на дорожке (k = 18) l – емкость сектора (l = 512 байт). V = 2 * 80 * 18 * 512 = 1440 Кбайт
Логическая структура носителя в файловой системе FAT имеет следующие разделы: загрузочный кластер; таблица размещения файлов (содержит в своих ячейках цепочку номеров кластеров для каждого файла); корневой каталог; файлы;
Организация хранения в файловой системе FAT Минимальный адресуемый элемент носителя информации – КЛАСТЕР (может включать в себя от 1 до нескольких секторов) Размер кластера (от 512 байт до 64 Кбайт) зависит от типа используемой файловой системы и (часто) от информационного объема носителя.
Нумерация кластеров Кластеры нумеруются в линейной последовательности на магнитных дисках – от первого кластера нулевой дорожки до последнего кластера последней дорожки № № кластера дор 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 2 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Файловая система организует кластеры в файлы и каталоги. Файловая система отслеживает, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные При записи файлов будет всегда занято целое число кластеров Минимальный размер файла равен размеру одного кластера Максимальный размер файла соответствует общему количеству кластеров на диске. Файл записывается в произвольные свободные кластеры Каталог – это тот же файл, в котором содержится список файлов этого каталога.
ПРИМЕР Файл_1 занимает на диске 4 кластера (например, 34, 35, 47, 48). Файл_2 занимает на диске 2 кластера (например, 36 и 49). загрузочный кластер № № кластера дор 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 2 37 38 39 40 41 42 B B 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 занятые кластеры свободные кластеры поврежденные кластеры
Таблица размещения файлов (FAT - file allocation table) Содержит полную информацию о кластерах, которые занимают файлы; Хранится в двух идентичных копиях с целью более надежного сохранения этой важной информации; Количество ячеек FATсоответствует количеству кластеров на диске, а значениями ячеек являются цепочки размещения файлов – последовательности адресов кластеров, в которых хранятся файлы
Фрагмент FAT 35 47 48 № К 49 К № сектора дор 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 2 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
FAT 12 Файловая система для ОС Windows Выделяет 12 битов для хранения адреса кластера. Может адресовать 212=4096 кластеров. Используется для дискет, в них объем одного кластера равен одному сектору (512 байтов). Максимальный объем 512 байт * 4096 = 2 097 152 байт= 2048 Кбайт = 2 Мбайт Используется только для дискет
FAT 16 Файловая система для ОС Windows Выделяет 16 битов для хранения адреса кластера. Может адресовать 216=65536 кластеров. Объем кластера не может быть больше 128 секторов (64 Кбайта) Максимальный объем 64 Кбайт * 65536 = 4 194 304 Кбайт= 4096 Мбайт = 4 Гбайт Используется для некоторых видов флэш-памяти
FAT 32 Файловая система для ОС Windows Выделяет 32 бита для хранения адреса кластера. Может адресовать 232 = 4 294 967 296 кластеров. Объем кластера по умолчанию составляет 8 секторов (4 Кбайт) Может использоваться для носителей объемом 4 Кбайт * 4 294 967 296 = 17 179 869 184 Кбайт= 16 777 216 Мбайт = 16 384 Гбайт = 16 Тбайт Может использоваться для жестких дисков самого большого объема
Журналируемые файловые системы Журналируемая файловая система сохраняет список изменений, которые она будет проводить с файловой системой, перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом»
NTFS Файловая система для ОС Windows Позволяет устанавливать различный объем кластера – от 512 байтов дл 64 Кбайт. По сравнению с FAT 32 увеличивает надежность и эффективность использования дискового пространства. Для этого используется система журналирования В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает такие дополнительные возможности, как разрешения для файлов и папок, шифрование, дисковые квоты и сжатие.
Объем файла в разных файловых системах Жесткий диск Флэш-брелок DVD- диск Сколько места будут занимать эти файлы на дискете?
Src="https://present5.com/presentation/3/202611702_437655269.pdf-img/202611702_437655269.pdf-18.jpg" alt="Форматирование из командной строки С: > format A: /A: 1024 С: > format A:"> Форматирование из командной строки С: > format A: /A: 1024 С: > format A: /Q
Виды форматирования Полное форматирование включает в себя физическое и логическое форматирование. При физическом форматировании происходит проверка качества магнитного покрытия дискеты и ее разметка на дорожки и сектора. При логическом форматировании создаются корневой каталог и таблица размещения файлов. После полного форматирования вся хранившаяся на диске информация будет уничтожена. Быстрое форматирование производит очистку корневого каталога и таблиц размещения файлов. После быстрого форматирования информация, то есть сами файлы, сохранятся, и в принципе возможно восстановление файловой системы.
Дефрагментация дисков Если запись производится на незаполненный диск, то кластеры, принадлежащие одному файлу, записываются подряд: Если диск переполнен, на нем может не быть непрерывной области, достаточной для размещения файла – и файл запишется в виде нескольких фрагментов; Фрагментация файлов (т. е. фрагменты файлов хранятся в различных удаленных друг от друга кластерах) возрастает с течением времени в процессе удаления одних и записи других файлов.
Дефрагментация дисков В результате фрагментации файлов происходит замедление скорости обмена данными с носителем; Магнитным головкам в процессе чтения файла приходится постоянно перемещаться с дорожки на дорожку, что ведет к увеличению количества ошибок и преждевременному износу жесткого диска; Рекомендуется периодически проводить дефрагментацию диска, в процессе которой файлы записываются в кластеры, последовательно идущие друг за другом.
Проверка файловой системы диска В результате неправильного завершения приложений, внезапного отключения питания могут возникать повреждения отдельных кластеров и файлов: сбойные (нечитаемые) кластеры; ошибки в именах файлов; нарушения в цепочке размещения файлов – потерянные кластеры и кластеры, принадлежащие одновременно нескольким файлам. Для восстановления файловой системы можно использовать служебную программу «Проверка диска» (она автоматически запускается при загрузке ОС Windows после неправильного завершения работы или может быть запущена пользователем в произвольный момент.
Иерархическая файловая система } Носитель (диск, флэш) С: … Папка 1 Файл 1 … E: D: Файл 1 } } Папка N Файл 1 … Файл 1 физические диски разделы, тома, логические диски каталоги } файлы? корневой каталог (папка) ?
Структура записей в каталоге (в системе FAT) Имя файла Адрес первого кластера Объем файла (Кбайт) Дата создания Время создания Атрибуты Файл_1 34 2 14. 01. 2006 14: 29 ar Файл_2 36 1 20. 03. 2006 19: 45 hs Атрибуты: а – архивный, r – только чтение, h – скрытый, s - системный Фрагмент FAT 35 47 48 К К 49
Начнем с первой – разбивки единого пространства жесткого диска на более мелкие кусочки. Это только для нас, пользователей, жесткий диск выглядит существом монолитным, единым и неделимым. Хотя даже с физической точки зрения это не так: информационное пространство нашего винчестера размещено на нескольких физических пластинах? Теперь оказывается, что и на логическом уровне дисков на одном винчестере может быть несколько! Прежде всего, диск можно разбить на несколько разделов. Например, на два – основной и дополнительный. Главная программа, необходимая для работы компьютера (операционная система), должна обязательно проживать в основном разделе (на практике на компьютер можно установить НЕСКОЛЬКО операционных систем). Но самое интересное начинается дальше: в каждом разделе мы можем создать еще несколько логических дисков! При этом для нас, пользователей, да и для компьютера они будут выглядеть как отдельные устройства, каждое из которых будет носить собственное имя. Бывает и наоборот – благодаря технологии RAID вы можете объединить в один логический диск несколько физических « винчестеров» . Дома этот способ используется редко, а вот на мощных серверах, занятых, к примеру, обработкой видео или в компьютерах-« библиотеках» , такие « супердиски» встречаются сплошь и рядом.
В большинстве случаев при установке на компьютер нового жесткого диска на нем создается всего один раздел и, соответственно, один логический диск. Но многие пользователи считают, что для правильной организации работы разумнее сделать иначе. Например, если у вас в системе установлен винчестер большой емкости (от 100–200 Гб), его можно разбить хотя бы на два раздела. Первый, объемом около 25–30 Гб, можно отвести только под операционную систему и прикладные программы. А второй, больший раздел, отдать на откуп документам, фотографиям, коллекции музыки или фильмов. Зачем это нужно? Очень просто: в том случае, если с « системным» разделом что-то случится, ваши документы останутся в неприкосновенности в своей « резервации» .
Несколько логических дисков пригодятся вам и в том случае, если вы захотите установить на компьютер сразу несколько операционных систем (например, Windows и Linux). Правда, такими трюками занимается, по статистике, менее одного процента пользователей.
Итак, жесткий диск разбивается на разделы, в разделах, в свою очередь, создаются логические диски... Понятно, что у каждого такого диска должно быть имя – это удобнее и пользователю, и самому компьютеру.
Именами дисков служат буквы, например:
¦ А: – дискета;
¦ С: – жесткий диск;
¦ D: – второй жесткий диск или, при его отсутствии, дисковод DVD...
Кстати, когда вы подключаете к компьютеру сменные накопители, например, флэш-брелок или внешний винчестер – компьютер тут же выделяет им свою собственную букву А когда вы отключите устройство и удалите диск из системы, – буква освободится. Так что, теоретически, в компьютере можно спокойно создать хоть два десятка « логических дисков » – хватило бы букв. Хотя и здесь важно не переусердствовать – какой толк от десятка « виртуальных » дисков по нескольку гигабайт каждый!
Для разбивки жесткого диска на разделы мы можем использовать как стандартные программы, так и отдельные утилиты типа Partition Magic от компании Symantec.
Кластеры и секторы
Итак, мы разбили диск на разделы и логические диски (или создали один раздел и диск – не важно). Так сказать, разбили поле на участки. Но наша работа еще не закончена: после разбивки нам предстоит выполнить операцию форматирования, логической разметки всего пространства винчестера. Такое форматирование – это все равно что вспашка, превращающая бесформенное пространство в готовое для посева поле, украшенное аккуратными бороздами.
Впрочем, « борозды» уже проложили до нас: на физическом уровне жесткий диск уже разбит на дорожки, которые в свою очередь делятся на секторы. Сектор – это минимальный физический объем диска, который может быть занят данными: как правило, его объем составляет 512 байт. Это совсем немного – представьте, что вам понадобится дробить большой файл на кусочки по 512 байт, да еще и запоминать местонахождение каждого такого зернышка! Именно поэтому при логической разметке жесткого диска на нем создаются более крупные логические участки – кластеры , объединяющие несколько секторов. Число секторов в кластере, а стало быть, и его размер, зависят от объема жесткого диска и выбранного типа файловой системы.
Вот, к примеру, таблица размеров кластеров для файловой системы NTFS :
Размер кластера влияет и на объем, занимаемый вашими файлами, и на скорость работы всей системы. Ведь в кластер, частично занятый каким-либо файлом, нельзя поместить больше ничего. Допустим, ваш файл располагается в 10 кластерах размером 1024 Мб, причем в последнем – десятом кластере он занимает всего десять байт.
Что происходит с оставшимся свободным килобайтом? Ничего. Он просто пропадает для вас. Такие не пригодные ни к чему остатки называют «хвостами» . А в « хвосты» нередко уходит довольно значительный объем – до нескольких сотен мегабайт!
Если для вас важнее объем, размер кластера должен быть как можно меньше. Но и уменьшать его до бесконечности тоже нельзя: чем меньше размер кластера, тем больше фрагментация данных на вашем компьютере (что в свою очередь приводит к снижению скорости обмена данными с жестким диском). Последний этап подготовки жесткого диска к работе – создание таблицы размещения файлов (FAT), своеобразного оглавления, в котором будут перечислены все ваши файлы и папки, а также их физические адреса на вашем жестком диске. Впрочем, о файлах и папках – « контейнерах» , в которых хранится вся информация на вашем компьютере, – стоит рассказать поподробнее.
Как хранится информация?
Теперь, если вас спросят, как хранится информация на вашем компьютере, вы можете ответить так:
¦ Где именно? – на дорожках и секторах жесткого диска (или, на логическом уровне – в виде кластеров на логических дисках).
¦ Как именно? – в виде логических нулей и единиц (битов), а также их групп (байтов).
Все это правильно... Но все равно непонятно. Компьютеру так, может, и проще, ведь ему абсолютно безразлично, чем именно мы забиваем винчестер – документами ли, музыкой или картинками. Для него все это – информация, которую нужно лишь разбить на определенные кусочки – и в любой момент знать, где именно находится тот или иной кусочек. Но нам, пользователям, придется иметь дело не с битами и байтами. И уж тем более – не с кластерами и секторами. Нам же интересно другое деление информации – логическое. Содержательное. Следовательно, нам нужно принять новую единицу, новую точку отсчета. Такими единицами и станут для нас файл и папка.
ФайлыФайл (File) в переводе с английского – лист, на котором может быть записана некая информация. Неважно, что это – код программы или созданный вами текст. Важно другое – каждый такой листок является чем-то логически завершенным, законченным.
Файл может хранить в себе любую информацию – текст, графическую информацию, программный код и так далее (хотя бывают и некие комбинированные файлы, включающие, к примеру, картинку, текст и элемент программы). Главное, чтобы мы, пользователи, всегда могли отличить один « кусочек информации» от другого и знали, как именно нам работать с каждым типом файлов.
Как это делается? Очень просто: каждый файл, подобно человеку, имеет собственное « имя» и « фамилию» (ее называют « типом» файла).
Имя файла чаще всего может быть выбрано произвольно самим пользователем. Скажем, вы создали файл-документ с текстом своего договора с фирмой – его можно назвать « Договор» , « Документ 4155» или вообще « Апрельские тезисы» . Раньше, в эпоху DOS, имена файлов могли состоять максимум из восьми букв латинского алфавита – сегодня их может быть до 256 и никаких языковых ограничений не осталось. Работая с русской версией Windows, мы можем давать нашим документам-файлам русские имена, а китайцы, к примеру, могут с легкостью использовать свои иероглифы. Другой вопрос, что такой документ не всегда можно открыть на других компьютерах – « американская» Windows может не понять китайское имя, ну а наша, российская версия частенько спотыкается на западноевропейских символах.
Тип файла показывает, какого рода начинка хранится в каждом информационном « контейнере» – рисунок ли это, текст или программа.
О типе файла рассказывает его расширение – часть имени из трех (редко – из четырех) букв, отделенное от основной части названия точкой. Например, файл, в котором хранится эта книга, называется Compbook.doc.
В компьютерном мире существует бесчисленное множество расширений – запомнить все просто нереально.
Однако основных расширений не так уж много:
¦ ехе – обозначает « исполняемый» файл, хранящий в себе программу. Например, winword.exe;
¦ com – другой тип программного файла. Обычно файлы.com соответствуют небольшим (до сотни килобайт) программкам. Часто встречались в эпоху DOS, однако сегодня практически сошли со сцены;
¦ bat – так называемый пакетный файл, предназначенный для последовательного запуска нескольких программ (или команд). По сути дела, это обычный текстовый файл, в котором набраны названия программных файлов, которые вы хотите выполнить в необходимом вам порядке. Пример – файл autoexec.bat, автоматически выполняющийся в момент загрузки компьютера;
¦ cfg – конфигурационный файл, в котором программа указывает параметры своей работы;
¦ dll – так называемая динамически подключающаяся библиотека данных, к которой могут обратиться по мере надобности сразу несколько программ;
¦ hlp – файл справки, в котором хранятся « подсказки» , а иногда и полное руководство по той или иной программе;
¦ txt , doc – текстовые файлы;
¦ htm , html – гипертекстовый документ Интернета;
¦ xls – электронная таблица;
¦ dat – файл данных;
¦ wav , mp3 – звук в цифровом формате;
¦ bmp , jpg – графическая информация, картинки;
¦ arj , zip , rar , 7z – файлы архивов, то есть сжатой с помощью специальных программ «архиваторов» информации. В одном архивном файле на самом деле может храниться множество файлов. И так далее.
Работая в Windows, вы чаще всего будете видеть не расширение файла, а соответствующий ему графический значок. Например, лист с текстом и буквой W покажет, что перед вами – документ, созданный в программе Microsoft Word. Это, конечно, удобно – но только не забывайте, что значки могут меняться в зависимости от того, к какой именно программе привязан тот или иной тип файла. К тому же одним значком могут обозначаться файлы сразу нескольких типов. Расширение же во всех случаях остается неизменным. Есть у файла и еще один признак, называемый атрибутом . Однако, в отличие от имени и расширения (а в Windows – значка определенного типа) его-то пользователь как раз и не видит. Зато великолепно видит и понимает компьютер.
Вот лишь некоторые из этих атрибутов:
Скрытый (Hidden). Файлы с этими атрибутами обычно не видны пользователю. Для перестраховки – как правило, файлы эти весьма важные для функционирования системы. Хотя опытному юзеру не составит труда настроить программу просмотра файлов (файловый менеджер) таким образом, что все скрытые файлы будут видны как на ладони.
Только для чтения (Read-Only). А вот эти файлы всегда открыты любопытному взору... Но и только. Изменить их содержание нельзя – по крайней мере, без специальной команды пользователя, дабы последний был полностью уверен в том, что именно он делает.
Системный (System). Этим атрибутом, как особым знаком отличия, отмечены самые важные файлы в операционной системе, отвечающие за загрузку компьютера. Их повреждение или удаление всегда влечет за собой самые тяжкие последствия, поэтому щедрый компьютер, не скупясь, « награждает» их заодно и двумя предыдущими атрибутами – « только для чтения» и « скрытый» .
Архивный (Archive). Этот атрибут устанавливается обычно во время работы с файлом, при его изменении. По окончании сеанса работы он, как правило, снимается.
ПапкиЕсли мы сравнили файлы с листиками, то почему бы нам не продолжить аналогию дальше? Где же те деревья, на которых растут такие полезные листики? Сравнение с деревом тут не случайно. Ведь расположение файлов на жестком диске и называется именно древовидной структурой. Есть листья. Они растут на веточках. Веточки в свою очередь растут на ветках. Ветки... Ну, скажем, на сучьях. А уж сучья... И так до бесконечности. Понятно, что держать совершенно разные файлы в одной куче нельзя. Их надо упорядочивать. Каждому сверчку – свой шесток, каждой семье – отдельную квартиру... Ну и так далее.
Файлы объединены в особые структуры – папки . Или – каталоги . Или – директории . Или – фолдеры . Совершенно непонятно, зачем понадобилось создавать такую кучу терминов для одного-единственного предмета. Папка – самый поздний термин и, на мой взгляд, самый удачный. Именно в папке лежат листочки-файлы. Папка, которую в любой момент можно открыть и отыскать нужный листок. Папка, в которую, кстати говоря, можно вложить другую папку...
Обычно каждый программный пакет, установленный на вашем компьютере, занимает свою, отдельную папку. Однако бывает и так, что программа, словно хитрая птица-кукушка, раскидывает свои файлы по многим папкам. Особенно это любят делать программные пакеты, работающие под операционной системой Windows.
Как отличить папку от файла? Не так уж и сложно. Во-первых, папки не имеют расширения и обозначаются в Windows особыми значками – как раз в виде открывающейся папки. Во-вторых, в отношении папки нельзя применить операции редактирования. Переименовать, перенести, удалить – пожалуйста. И, конечно же, папку можно открыть, чтобы посмотреть, что в ней находится. Для этого достаточно просто щелкнуть по ней дважды левой кнопкой мыши.
Ну а теперь разберемся, как выглядит логический адрес любого файла или папки на нашем жестком диске. Первый элемент этого адреса – имя диска. Состоит оно из одной буквы, двоеточия и обратной косой черты, называемой на компьютерном жаргоне бэк-слэш :
А:\ С:\ D:\ Е:\
Диском А: чаще всего называется дисковод и, пока вы не вставите в него дискету, этого диска у вас как бы и не будет. И бог с ним: и без него дисков хватает.
Диск С: – главный жесткий диск вашего компьютера (либо логический диск в основном разделе). Именно с этого диска производится загрузка системы, именно на нем « живет» большинство ваших программ и документов.
Если в вашей системе больше одного жесткого диска или единственный жесткий диск разбит на несколько разделов, эти разделы будут носить имена, соответствующие следующим буквам латинского алфавита. А последняя буква-имя обычно обозначает дисковод CD-ROM.
C:\WINDOWS.
Ну а третий элемент адреса – имя самого файла. Например, адрес
C:\WINDOWS\regedit.exe
соответствует программе для редактирования системного реестра Windows, которая находится на диске C:\ в папке Windows.
Файловая системаЧто ж, теперь мы с вами поняли, как компьютеру удобнее хранить данные и в каком виде предпочитаем видеть их мы. Осталось за кадром лишь одно – каким же образом секторы и кластеры, забитые под завязку битами и байтами, превращаются в удобные для нас файлы и папки! Мистика, волшебство? Ничуть. Просто, рассказывая о логической структуре жесткого диска, мы намеренно пропустили очень важный этап – создание файловой системы . А именно она позволяет окончательно упорядочить данные на нашем жестком диске и в любой момент извлекать из этой информационной кладовой нужный кусочек.
Когда мы записываем на винчестер файлы и папки, компьютер разбивает их на привычные ему кластеры и раскидывает по всему пространству жесткого диска. Файл, конечно же, в одном кластере не помещается. Проживает он сразу в нескольких, причем совершенно не обязательно, что кластеры эти будут жить рядышком, как горошины в стручке. Чаще случается наоборот: файл хранится на диске в раздробленном виде – « голова» в одном участке диска, « ноги» в другом... Чтобы не заблудиться в собственных « закромах» , компьютер создает в самом начале жесткого диска специальный « путеводитель» по его содержанию – FAT, таблицу размещения файлов. Именно в FAT хранятся все сведения о том, какие именно кластеры занимает тот или иной файл или папка, а также – их заголовки. С одной стороны, это удобно: при таком способе размещения компьютер не должен лихорадочно искать на жестком диске кусок именно такого размера, который подходит для конкретного файла. Пиши куда вздумается! Да и удалять файлы и папки становится проще – не нужно стирать содержимое принадлежащих им кластеров, достаточно просто объявить их свободными, изменив пару байт в FAT. Да и у пользователя остается возможность быстро их восстановить с помощью все той же пары байт...
Таблица размещения файлов – это часть файловой – системы, ответственной за хранение данных на нашем компьютере. Файловая система создается на жестком диске на заключительном этапе форматирования, и именно от нее зависят такие важные параметры, как размер кластера, количество (или вид) символов в имени файла, возможности работы с папками и многое другое – вплоть до максимального размера жесткого диска...
Существует несколько стандартных файловых систем, привязанных к конкретным операционным системам.
Например, древняя DOS и первые версии Windows использовали 16-разрядную файловую систему FAT16, в которой отсутствовала поддержка длинных имен, а объем логического диска не мог превышать 4 Гб (65536 кластеров по 64 кб). В частности, именно этот фактор заставлял владельцев винчестеров большой емкости « разбивать» его на несколько разделов – иначе работать с диском было невозможно.
Для Windows 95 была создана новая модификация файловой системы – 32-битная FAT32, которая позволяла использовать так полюбившиеся нам длинные имена. Уменьшился максимальный размер кластера – до 16 кб (стандартный же размер составлял 4 кб). А главное, увеличился максимальный размер жесткого диска – до 4 Тб! Впрочем, довольно скоро выяснилось, что и FAT32 работает небезупречно: несмотря на декларированную поддержку до 4 Тб дисковой памяти, стандартные утилиты позволяли создавать логические разделы объемом лишь до 32 Гб. К тому же размер файла в FAT32 не мог превышать 4 Гб, что крайне осложняло работу любителям цифрового видео (ведь оцифрованный фильм может занять на диске сотни гигабайт!). Так что задуматься о смене файловой системы пришлось довольно скоро, хотя и сегодня FAT32 используется, например, при создании DVD-дисков. А семь лет назад мир потихоньку начал переходить на файловую систему нового типа – NTFS , количественные изменения в который были куда менее интересны, чем качественные. Да, благодаря NTFS удалось снять ограничения на объем файла – теперь он может занимать хоть весь жесткий диск целиком – а максимальный размер дискового раздела увеличился до 12 Тб. Однако куда интереснее были новые возможности: помимо привычных логических дисков фиксированного размера NTFS позволяет создавать еще и динамические жесткие диски, поддерживает шифрование и защиту паролем отдельных разделов и папок.
Главное качество новой системы – надежность хранения данных: если « уронить » жесткий диск с FAT32 было легче легкого, то под защитой NTFS ваши данные будут чувствовать себя гораздо увереннее. NTFS ведет свой собственный журнал операций, который позволяет защитить данные в случае сбоя.
Попробуйте внезапно выключить компьютер при копировании или удалении файла в FAT32 – и, скорее всего, вы поплатитесь за такую вольность потерей данных. Ведь изменения в таблице размещения файлов не будут сохранены, и ваш документ превратится в кучу « потерянных кластеров» . Поэтому FAT всегда хранится в 2-х экземплярах! NTFS же вносит изменения в таблицу лишь тогда, когда операция успешно завершена, а « журнал» помогает застраховать файлы от преждевременной кончины.
Увы – ради надежности приходится жертвовать совместимостью:
Если жесткие диски, отформатированные в FAT16 и FAT32, способны увидеть практически все версии Windows (а также операционные системы семейства Linux), то при использовании NTFS вы намертво привязаны к линейке Windows 2000 -ХР -Vista .
Если на вашем компьютере уместилось две операционные системы – старая Windows ME и новая Windows ХР (с файловой системой NTFS), – то содержимое « икспишного» раздела или целого диска останется невидимым для ME. Более того – вы теряете возможность работать с диском, загружаясь в режиме « командной строки» с компакт-диска или « загрузочной» дискеты – для DOS файловая система NTFS тоже как бы не существует.
Наконец, если преобразовать файловую систему FAT32 в NTFS не составит никакого труда даже с помощью штатных программ Windows, причем с полным сохранением всей информации, то выполнить обратное преобразование в большинстве случаев просто невозможно без форматирования диска. И, как следствие, утраты всей информации...
Конечно, существуют специальные программы для работы с разделами и файловыми системами – например Partition Magic, которая умеет конвертировать диск NTFS в FAT32 без потери информации. Но их использование сопряжено с немалыми трудностями – в особенности для новичков... И все же, несмотря на все недостатки, использование NTFS сегодня дает куда больше преимуществ, чем неудобств. Поэтому уверенно отвечайте «Да!» на вопрос о переводе в NTFS – и окончательно прощайтесь с прошлым.
Программы и их виды
Работая с компьютером, большинство людей не создает нужные программы самостоятельно, а лишь пользуется уже готовыми разработками. Потому и называются они пользователями. Впрочем, быть пользователем тоже непросто. Ведь необходимо уметь не только обращаться с несколькими распространенными программными пакетами, но и ориентироваться в « программном море» – для того, чтобы в случае нужды легко и быстро найти нужную программу и научиться с ней работать. Перечислить их все? Но это почти невозможно: существуют сотни тысяч, если не миллионы разнообразных программ, и каждый день к ним прибавляется еще около сотни! Так стоит ли пытаться объять необъятное? Поэтому попытаемся разбить весь массив созданных в мире программ на несколько основных групп.
Виды программ по назначениюКак известно, каждая программа отвечает за свой, конкретный участок работы. Одни помогают создавать текст или графику, другие – наводить порядок на жестком диске, третьи – работать в сети Интернет... Порой кажется, что сколько программ – столько может быть и их категорий. И отчасти это действительно так. Однако при некотором усердии можно попытаться свести всё программное изобилие к нескольким основным разделам. Побалуемся классификаторством и мы, создав небольшую « периодическую таблицу программ» в духе Менделеева.
Первую и самую обширную группу программ, с которыми нам придется иметь дело, составляют Системные программы.
Системные – значит, необходимые для обеспечения нормальной работы компьютера, его обслуживания и настройки. К таким программам относится в первую очередь операционная система. И ряд вспомогательных небольших программ – утилит.
Операционная система – это первый и главный посредник между компьютерным « железом» и всеми остальными программами, душа и сердце компьютера. Нет операционной системы – и ваш компьютер будет не в состоянии воспринять ни одну команду – даже загрузиться не сможет.
Утилиты . Этот класс объединяет громадное количество полезных программок, предназначенных для обслуживания вашего компьютера. К выбору утилит надо подходить особенно тщательно, дабы не слишком переусердствовать. Но и пропускать что-нибудь действительно полезное не стоит – правильно подобранная утилита может существенно облегчить вам жизнь. Сюда же можно включить и тесты – программы для тестирования как программного обеспечения, так и аппаратных ресурсов ПК.
Конечно, несправедливо, что самое большое количество программ создано для обслуживания потребностей компьютера, а не его хозяина – человека...
Прикладные программы. Наиболее важные для нас программы, так сказать, созидательные, рабочие инструменты, предназначенные для создания и обработки информации.
Пользователь, в отличие от компьютера, – существо необычайно прихотливое. Поэтому и типов прикладных программ куда больше, чем системных. Назовем лишь некоторые из них:
Офисные программы . Задача этих программ – создание и редактирование документов, будь то текст, электронная таблица, изображение или их совокупность. Иногда такие программы называют по старинке « редакторами» (хотя настоящим редактором остается человек, а программа – лишь его рабочий инструмент). Сегодня отдельных программ этого класса на рынке почти не осталось – куда чаще продаются « полные наборы» , включающие все, что вам нужно. Самый популярный офисный пакет Microsoft Office состоит из текстового редактора Microsoft Word, электронной таблицы Microsoft Excel, программы для подготовки презентаций Microsoft PowerPoint, программы управления базами данных Microsoft Access и ряда вспомогательных программ поменьше.
Особняком стоят финансовые и бухгалтерские программы . Домашняя бухгалтерия сегодня пока что не стала у нас модной, но это только вопрос времени! На Западе программы планирования расходов, учета семейных финансов и расчета налогов всегда были в числе самых популярных. В этой же группе – электронные таблицы и вспомогательные финансовые утилиты.
Мультимедийные программы. « Медиа» в переводе означает – « носитель» , « вестник» , а в современном толковании – вид информации. Стало быть, « мультимедиа» – это совокупность всех видов информации. Сам этот термин появился на свет в эпоху, когда использование каких-либо информационных средств, помимо « голого» текста, было для компьютера в диковинку. Строго говоря, « мультимедийными» можно называть лишь те программы, которые умеют работать с несколькими видами информации. Но таких программ в природе не много... И так уж повелось, что « мультимедийными» сегодня называют и графические, и звуковые, и видеопрограммы... словом – те, которые работают с видом информации, отличным от текстового.
Программы для обработки и создания изображений . Это – уже вполне профессиональные программы, ставить которые на ваш компьютер стоит лишь в одном случае – если вы хотя бы умеете рисовать. Если нет, то даже такая мощная программа, как редактор векторной графики (рисунков) CorelDraw, вам не поможет. То же самое относится и к программам для обработки фотоизображений – например Adobe Photoshop. Конечно, с их помощью можно соорудить великолепный фотомонтаж или поиздеваться над фотографией обожаемой женушки... Но, опять-таки, является ли это для вас жизненно необходимым?
Программы для работы со звуком. Минимальный комплект программ для обработки и проигрывания звуков и музыки уже включен в комплект вашей операционной системы. Несколько дополнительных программ (например, проигрывателей, или « плейеров» ) не помешают. А серьезные, профессиональные пакеты для обработки звуков (Sound Forge, CoolEdit) оставьте профессионалам.
Проигрыватели (плейеры) и программы просмотра (вьюверы) в отличие от редакторов не позволяют редактировать текстовый документ, звуковой файл или видео. Их задача скромнее – например, проиграть музыкальную композицию или вывести на экран картинку.
Редакторы трехмерной графики и анимации . Благодаря « Парку Юрского периода» и прочим напичканным спецэффектами фильмам, эти программы стали у нас удивительно популярны (хотя на Западе те же 3D Studio MAX или SoftImage – сугубо профессиональные программы стоимостью в десятки тысяч долларов).
Профессиональные программы. Весьма условная группа. Вообще-то к профессиональным, узкоспециализированным программам можно отнести программу любой группы – это зависит только от ее « навороченности» , востребованности сравнительно небольшим кругом людей и, как следствие, высокой цены. Объединяет эти программы одно – для домашнего офиса и для повседневного употребления они непригодны. А необходимы они специалистам, которые знают, зачем им, собственно, эта программа нужна. Можно, конечно, и дома в 3D-Studio поиграться, но дело это неблагодарное. Конечно, помимо того, что описано здесь, существует еще море « специализированных» программ, но обо всех написать, увы, невозможно.
Инструменты программирования . Суперсложные системы программирования, профессиональные компиляторы и многое другое. Для программистов это – инструмент номер один, а вот домашнему пользователю чаще всего они не нужны. Хотя многие современные системы программирования настолько просты и « визуальны» , что позволяют создавать приложения, конструируя их из готовых блоков.
Системы автоматизированного проектирования (CAD). Эти программы (например, AutoCAD) тоже частенько ставят на домашние машины – по незнанию, видимо, ибо рисование профессиональных блок-схем занятие трудное и на игру не похожее.
Математические и научные программы – вотчина ученых и продвинутых инженеров.
Коммерческий статус программПомимо тематического деления программ существует еще одна классификация. Связана она со способом распространения программы и теми условиями, приняв которые, потребитель получает возможность оной воспользоваться. Ну и, разумеется, с ее стоимостью... То, что программы бывают платные и бесплатные, знает каждый пользователь. Но мало кто догадывается, сколько именно модификаций « платного» и « бесплатного» напридумывали хитрые авторы программ!
Бесплатное программное обеспечение (freeware). Первоначально по принципу freeware распространялись небольшие утилиты или бесплатные дополнения к известным коммерческим пакетам. Однако сегодня по принципу freeware иногда распространяются и довольно серьезные пакеты известных производителей, включая Microsoft.
К freeware программам иногда относят и приложения, распространяющиеся по принципу OpenSource (открытых исходников) – например, операционную систему Linux и приложения для нее. Однако это не совсем верно: постулаты OpenSource подразумевают возможность изменения кода программы самим пользователем (на что идут далеко не все авторы freeware-программ). А распространение таких продуктов не обязательно должно быть бесплатным – так, в мире существует множество « коммерческих» версий той же Linux. Однако чаще всего freeware и OpenSource идут рука об руку.
Условно-бесплатное программное обеспечение (shareware). Самая массовая группа программ, в которую входят практически все утилиты, а часто – и весьма серьезные, умелые программные пакеты. Как правило, shareware-программы распространяются в виде полнофункциональных версий, ограниченных либо по времени работы, либо по количеству запусков. По истечении отведенного вам на тестирование срока (как правило – от 15 до 45 дней) программа либо просто перестает запускаться, либо утрачивает часть своих функций, превращаясь в менее функциональную freeware-версию. В самом благоприятном для вас случае программа полностью сохраняет работоспособность, однако время от времени надоедает вам настоятельными призывами заплатить – так поступает, например, популярный файловый менеджер Windows Commander.
Если вы все-таки решитесь приобрести программу и перечислите на счет автора некую сумму, то в обмен вы получите специальный цифровой код (ключ), который необходимо ввести в специальное регистрационное окошко программы. В качестве варианта может быть выслан специальный « ключевой » файл, который необходимо скопировать в папку с установленной программой.
«Рекламно-оплачиваемые» программы (adware). Расцвет этого вида программ пришелся на конец 90-х годов – сегодня их популярность значительно снизилась. Принцип adware подразумевает, что платит за программу не пользователь, а рекламодатель, которому взамен дается пространство для размещения информации о своих продуктах – в виде баннеров или всплывающих окошек. А пользователи вынуждены эту рекламу смотреть, а иногда – еще и щелкают по особо понравившимся картинкам, отправляясь прямиком на сайт фирмы-рекламодателя... Отдача от этих путешествий не слишком велика, однако и пара клиентов может принести, например, интернет-магазину сотни долларов прибыли, 10– 15 из которых он с охотой выплатит программисту.
К сожалению, создатели программ часто злоупотребляли этой возможностью, внедряя в свои продукты шпионские модули и даже вирусы, так что сегодня adware программы практически поставлены вне закона.
Коммерческое программное обеспечение (commercialware). За эти программы всегда надо платить, и чаще всего – довольно значительные суммы. Сюда относятся все крупные программные пакеты известных производителей и ряд утилит. Программы этого типа можно приобрести в красивых коробках или без оных в любом компьютерном супермаркете. Однако сегодня все чаще и чаще программные продукты продаются через сеть Интернет. Купить их можно либо на сайтах производителей программ, либо – в больших интернет-магазинах программного обеспечения. Получить товар вы можете двумя способами. Большие программы в виде тех самых красочных коробок с компакт-диском или документацией доставляются вам на дом курьерской службой или по почте, а мелкие программы вы можете скопировать прямо с сайта Интернет. При этом, как и в случае с shareware-программами, вы получаете урезанную (Demo ) или ограниченную по времени работы (Trial ) версию. Trial, как и shareware-программу, можно превратить в полнофункциональный вариант с помощью регистрации, а вот с демоверсией такой фокус не пройдет, поскольку в ней некоторые функции отсутствуют изначально. Например, в текстовом или графическом редакторе вы не сможете сохранить внесенные вами изменения.
OEM-версии . Специальные варианты обычных коммерческих программ, поставляющиеся по сниженной цене вместе с готовыми компьютерами. Например, стоимость Windows в OEM-поставке может быть в несколько раз дешевле « коробочной» версии.
«Условно-платные» программы (donation ware). Автор такой программы намекает, что, в принципе, он не отказался бы от пары-другой монет за свое детище, но платить он никого не принуждает и функциональность программы не ограничивает. Появится желание – заплатите, не появится... Ну что ж, на нет и суда нет! Понятно, что таких « альтруистов наполовину» среди программистов немного. А честных плательщиков среди пользователей – и того меньше.
«Открыточные» версии (cardware). Весьма экзотический вид программ, в качестве вознаграждения за пользование которыми вас просят отправить автору красивую почтовую открытку.
Версии программПрограммы, как известно, пишут живые люди. А люди имеют привычку ошибаться. А в программах ошибки встречаются, пожалуй, чаще, чем во всех остальных видах человеческой деятельности вместе взятых. Причин для этого много, но основная – сложность современных компьютеров: ни один человек не может отследить все команды, выполняемые компьютером при работе программы, – уж очень там много всего задействовано. Я даже не говорю о диком разнообразии всевозможных железок, настроек и установленных программ, с которым встречается творение любого программиста, вышедшее « в свет» . Ну и, разумеется, про ошибки самого программиста – как в алгоритме, так и в его реализации – тоже забывать не стоит...
Для того чтобы понять, откуда берутся ошибки реализации, можно взять типичный пример – деление на ноль. Допустим, вы решили написать программу, которая будет считать среднюю скорость роста человека (не знаю зачем, но допустим). Пользователь вводит дату своего рождения и свой рост, а программа вычитает из сегодняшнего числа дату рождения, подсчитывает ваш возраст в днях и делит рост на число ваших дней. Такая программа будет прекрасно работать для вас и ваших родственников, но если вы ее « выпустите в люди» , то обязательно найдется кто-то, кто в качестве дня рождения введет сегодняшнее число. И готово – возраст ноль дней, попытка деления на ноль и программа вылетает с ошибкой. Разумеется, это самый простой пример. В реальной жизни все сложнее и зависит не только от данных, вводимых пользователем (которые можно, а точнее, нужно проверять перед использованием в программе), но и от установленных системных файлов, драйверов и кучи других вещей, предсказать которые невозможно, а их влияние на работоспособность программы – совсем не очевидно. Как правило, ошибки « первого типа» вычисляются и исправляются очень легко, в течение 10 минут. « Второй тип» – сложнее, но он затрагивает относительно небольшое число пользователей. Обычно исправление подобных ошибок приводит к изменению второй или третьей цифры в номере версии (или же, автор вообще не меняет версию, а просто выкладывает обновленный файл).
Если вы видите, что вместо версии 2.1 появилась, скажем, 2.11, то имеет смысл заглянуть на сайт программы и посмотреть, не появилось ли там описание изменений, чтобы понять, нужно оно вам или нет. Ну а если программа небольшая, то можно просто скачать обновленную версию...
Другая штука – это внесение новых функций в программу. Ведь после выхода программы автор получает какое-то количество писем от пользователей с просьбами добавить или изменить что-то в программе, советами по ее совершенствованию и тому подобное. Если много людей просят что-то одно, то автор часто прислушивается к их мнению и дописывает соответствующую функцию. Кроме того, он и сам может придумать что-то новое и интересное и встроить в программу. Обычно подобные изменения приводят к увеличению второй цифры в номере версии, то есть вместо 1.1 появляется 1.2.
Такие обновления в большинстве случаев документируются и их описание помещается в файл history.txt или WhatsNew.txt. К такой версии стоит приглядеться повнимательнее – есть большая вероятность того, что там появилось что-то такое, чего вам не хватало...
Обнаруженные ошибки или неоптимальные куски в алгоритме программы, как правило, оказываются самыми неприятными для автора, так как они требуют переписывания больших кусков кода или даже всей программы « с нуля» . В то же время их исправление приносит наибольшую пользу тем, кто этой программой пользуется – значительно увеличиваются возможности программы, скорость ее работы, часто меняется внешний вид, появляется много новых функций... С другой стороны, при этом может измениться формат хранения данных, что потребует каких-то специальных действий при переходе на новую версию; может измениться название программы, ее цена и какие-то другие вещи, которые потребуют от пользователя внимательного изучения документации (что, в общем-то, никогда не мешает). Подобные « глобальные» изменения обычно приводят к увеличению первой цифры версии программы, то есть из 1.х она превращается в 2.0.
К сожалению, правила изменения версий нигде не описаны и не формализованы; то, что я описал – это усредненное описание. Многие авторы в качестве номера версии используют дату выхода программы. Кто-то не использует « минорные » версии вообще, увеличивая номер на единицу при любом самом маленьком обновлении. Кто-то меняет программу, не меняя версии. Иногда встречаются случаи, когда версия меняется, но отсутствует какое-либо упоминание о сделанных изменениях. Все в руках авторов...
Альфа (Alpha) – самая первая версия программы, черновой набросок. Статус « альфы» гарантирует вам, что скачанная программа установится и даже запустится, однако ее дальнейшие действия непредсказуемы. Чаще всего « альфа-версия» напичкана ошибками, как сдобная булочка изюмом, многие из ее возможностей и функций просто не работают. Вот почему пользоваться « альфой» могут лишь самые нетерпеливые и отчаянные экспериментаторы, выполняя таким образом роль тестеров. Остальным же стоит дождаться появления более стабильной и надежной версии – « беты» .
Бета (Beta) – уже вполне пригодный к употреблению продукт. Грубые ошибки убраны, базовые задачи программа выполняет успешно. Остались лишь маленькие недоделки, которые могут исчезнуть уже в следующих « бетах» . В статусе « беты» многие программы пребывают большую часть жизни, вспомним хотя бы проигрыватель WinAmp, почтовую программу The Bat! и ряд других программ, « бетовость» которых не мешает пользоваться ими миллионам пользователей.
После того как ошибки, обнаруженные в альфа– и бета-версиях программы, исправлены, а функции добавлены, наступает очередь RC (Release Candidate) – кандидат на окончательную версию. Эта программа уже считается стабильной и используется для выявления наиболее скрытых ошибок – такую программу, практически без опаски, могут скачивать и устанавливать даже те пользователи, которые слабо разбираются в компьютерах. А так как таких – большинство, то увеличивается число пользователей, что означает увеличение числа « тестеров» . Ошибки в RC-версиях вычисляются довольно редко, так что при переходе в « основную» версию программа практически не меняется.
Наконец, после всех мучений и доделок на свет появляется релиз (Release) – полностью готовая, окончательная версия программы.
Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры, являются одной из самых главных составляющих компьютерной системы. Об это знают все. Но вот далеко не каждый современный пользователь даже в принципе догадывается о том, как функционирует жесткий диск. Принцип работы, в общем-то, для базового понимания достаточно несложен, однако тут есть свои нюансы, о которых далее и пойдет речь.
Вопросы предназначения и классификации жестких дисков?
Вопрос предназначения, конечно, риторический. Любой пользователь, пусть даже самого начального уровня, сразу же ответит, что винчестер (он же жесткий диск, он же Hard Drive или HDD) сразу же ответит, что он служит для хранения информации.
В общем и целом верно. Не стоит забывать, что на жестком диске, кроме операционной системы и пользовательских файлов, имеются созданные ОС загрузочные секторы, благодаря которым она и стартует, а также некие метки, по которым на диске можно быстро найти нужную информацию.
Современные модели достаточно разнообразны: обычные HDD, внешние жесткие диски, высокоскоростные твердотельные накопители SSD, хотя их именно к жестким дискам относить и не принято. Далее предлагается рассмотреть устройство и принцип работы жесткого диска, если не в полном объеме, то, по крайней мере, в таком, чтобы хватило для понимания основных терминов и процессов.
Обратите внимание, что существует и специальная классификация современных HDD по некоторым основным критериям, среди которых можно выделить следующие:
- способ хранения информации;
- тип носителя;
- способ организации доступа к информации.
Почему жесткий диск называют винчестером?
Сегодня многие пользователи задумываются над тем, почему называют винчестерами, относящимися к стрелковому оружию. Казалось бы, что может быть общего между этими двумя устройствами?
Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было в полной мере созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, однако до сих пор остается популярным на постсоветском пространстве.
Устройство и принцип работы жесткого диска
Но мы отвлеклись. Принцип работы жесткого диска кратко можно описать как процессы считывания или записи информации. Но как это происходит? Для того чтобы понять принцип работы магнитного жесткого диска, в первую очередь необходимо изучить, как он устроен.
Сам жесткий диск представляет собой набор пластин, количество которых может колебаться от четырех до девяти, соединенных между собой валом (осью), называемым шпинделем. Пластины располагаются одна над другой. Чаще всего материалом для их изготовления служат алюминий, латунь, керамика, стекло и т. д. Сами же пластины имеют специальное магнитное покрытие в виде материала, называемого платтером, на основе гамма-феррит-оксида, окиси хрома, феррита бария и т. д. Каждая такая пластина по толщине составляет около 2 мм.
За запись и чтение информации отвечают радиальные головки (по одной на каждую пластину), а в пластинах используются обе поверхности. За которого может составлять от 3600 до 7200 об./мин, и перемещение головок отвечают два электрических двигателя.
При этом основной принцип работы жесткого диска компьютера состоит в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила. Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жестких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).
Но как же происходит считывание информации? Принципы работы накопителя на жестких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.
При этом можно выделить еще один принцип работы жесткого диска: чем ближе считывающая головка к магнитной поверхности (но не касается ее), тем выше плотность записи.
Как осуществляется запись и чтение информации?
Жесткие диски, или винчестеры, потому и были названы магнитными, что в них используются законы физики магнетизма, сформулированные еще Фарадеем и Максвеллом.
Как уже говорилось, на пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.
Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава. Далее принцип работы жесткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.
За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение - нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.
Кроме того, магнитную поверхность чисто из соображений информатики можно ассоциировать, как некую точечную последовательность битов информации. Но, поскольку местоположение таких точек абсолютно точно вычислить невозможно, на диске нужно установить какие-то заранее предусмотренные метки, которые помогли определить нужную локацию. Создание таких меток называется форматированием (грубо говоря, разбивка диска на дорожки и секторы, объединенные в кластеры).
Логическая структура и принцип работы жесткого диска с точки зрения форматирования
Что касается логической организации HDD, здесь на первое место выходит именно форматирование, в котором различают два основных типа: низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое). Без этих этапов ни о каком приведении жесткого диска в рабочее состояние говорить не приходится. О том, как инициализировать новый винчестер, будет сказано отдельно.
Низкоуровневое форматирование предполагает физическое воздействие на поверхность HDD, при котором создаются секторы, расположенные вдоль дорожек. Любопытно, что принцип работы жесткого диска таков, что каждый созданный сектор имеет свой уникальный адрес, включающий в себя номер самого сектора, номер дорожки, на которой он располагается, и номер стороны пластины. Таким образом, при организации прямого доступа та же оперативная память обращается непосредственно по заданному адресу, а не ищет нужную информацию по всей поверхности, за счет чего и достигается быстродействие (хотя это и не самое главное). Обратите внимание, что при выполнении низкоуровневого форматирования стирается абсолютно вся информация, и восстановлению она в большинстве случаев не подлежит.
Другое дело - логическое форматирование (в Windows-системах это быстрое форматирование или Quick format). Кроме того, эти процессы применимы и к созданию логических разделов, представляющих собой некую область основного жесткого диска, работающую по тем же принципам.
Логическое форматирование, прежде всего, затрагивает системную область, которая состоит из загрузочного сектора и таблиц разделов (загрузочная запись Boot record), таблицы размещения файлов (FAT, NTFS и т. д.) и корневого каталога (Root Directory).
Запись информации в секторы производится через кластер несколькими частями, причем в одном кластере не может содержаться два одинаковых объекта (файла). Собственно, создание логического раздела, как бы отделяет его от основного системного раздела, вследствие чего информация, на нем хранимая, при появлении ошибок и сбоев изменению или удалению не подвержена.
Основные характеристики HDD
Думается, в общих чертах принцип работы жесткого диска немного понятен. Теперь перейдем к основным характеристикам, которые и дают полное представление обо всех возможностях (или недостатках) современных винчестеров.
Принцип работы жесткого диска и основные характеристики могут быть совершенно разными. Чтобы понять, о чем идет речь, выделим самые основные параметры, которыми характеризуются все известные на сегодня накопители информации:
- емкость (объем);
- быстродействие (скорость доступа к данным, чтение и запись информации);
- интерфейс (способ подключения, тип контроллера).
Емкость представляет собой общее количество информации, которая может быть записана и сохранена на винчестере. Индустрия по производству HDD развивается так быстро, что сегодня в обиход вошли уже жесткие диски с объемами порядка 2 Тб и выше. И, как считается, это еще не предел.
Интерфейс - самая значимая характеристика. Она определяет, каким именно способом устройство подключается к материнской плате, какой именно контроллер используется, как осуществляется чтение и запись и т. д. Основными и самыми распространенными интерфейсами считаются IDE, SATA и SCSI.
Диски с IDE-интерфейсом отличаются невысокой стоимостью, однако среди главных недостатков можно выделить ограниченное количество одновременно подключаемых устройств (максимум четыре) и невысокую скорость передачи данных (причем даже при условии поддержки прямого доступа к памяти Ultra DMA или протоколов Ultra ATA (Mode 2 и Mode 4). Хотя, как считается, их применение позволяет повысить скорость чтения/записи до уровня 16 Мб/с, но в реальности скорость намного ниже. Кроме того, для использования режима UDMA требуется установка специального драйвера, который, по идее, должен поставляться в комплекте с материнской платой.
Говоря о том, что собой представляет принцип работы жесткого диска и характеристики, нельзя обойти стороной и который является наследником версии IDE ATA. Преимущество данной технологии состоит в том, что скорость чтения/записи можно повысить до 100 Мб/с за счет применения высокоскоростной шины Fireware IEEE-1394.
Наконец, интерфейс SCSI по сравнению с двумя предыдущими является наиболее гибким и самым скоростным (скорость записи/чтения достигает 160 Мб/с и выше). Но и стоят такие винчестеры практически в два раза дороже. Зато количество одновременно подключаемых устройств хранения информации составляет от семи до пятнадцати, подключение можно осуществлять без обесточивания компьютера, а длина кабеля может составлять порядка 15-30 метров. Собственно, этот тип HDD большей частью применяется не в пользовательских ПК, а на серверах.
Быстродействие, характеризующее скорость передачи и пропускную способность ввода/вывода, обычно выражается временем передачи и объемом передаваемых расположенных последовательно данных и выражается в Мб/с.
Некоторые дополнительные параметры
Говоря о том, что представляет собой принцип работы жесткого диска и какие параметры влияют на его функционирование, нельзя обойти стороной и некоторые дополнительные характеристики, от которых может зависеть быстродействие или даже срок эксплуатации устройства.
Здесь на первом месте оказывается скорость вращения, которая напрямую влияет на время поиска и инициализации (распознавания) нужного сектора. Это так называемое скрытое время поиска - интервал, в течение которого необходимый сектор поворачивается к считывающей головке. Сегодня принято несколько стандартов для скорости вращения шпинделя, выраженной в оборотах в минуту со временем задержки в миллисекундах:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Нетрудно заметить, что чем выше скорость, тем меньшее время затрачивается на поиск секторов, а в физическом плане - на оборот диска до установки для головки нужной точки позиционирования пластины.
Еще один параметр - внутренняя скорость передачи. На внешних дорожках она минимальна, но увеличивается при постепенном переходе на внутренние дорожки. Таким образом, тот же процесс дефрагментации, представляющий собой перемещение часто используемых данных в самые быстрые области диска, - не что иное, как перенос их на внутреннюю дорожку с большей скоростью чтения. Внешняя скорость имеет фиксированные значения и напрямую зависит от используемого интерфейса.
Наконец, один из важных моментов связан с наличием у жесткого диска собственной кэш-памяти или буфера. По сути, принцип работы жесткого диска в плане использования буфера в чем-то похож на оперативную или виртуальную память. Чем больше объем кэш-памяти (128-256 Кб), тем быстрее будет работать жесткий диск.
Главные требования к HDD
Основных требований, которые в большинстве случаев предъявляются жестким дискам, не так уж и много. Главное - длительный срок службы и надежность.
Основным стандартом для большинства HDD считается срок службы порядка 5-7 лет со временем наработки не менее пятисот тысяч часов, но для винчестеров высокого класса этот показатель составляет не менее миллиона часов.
Что касается надежности, за это отвечает функция самотестирования S.M.A.R.T., которая следит за состоянием отдельных элементов жесткого диска, осуществляя постоянный мониторинг. На основе собранных данных может формироваться даже некий прогноз появления возможных неисправностей в дальнейшем.
Само собой разумеется, что и пользователь не должен оставаться в стороне. Так, например, при работе с HDD крайне важно соблюдать оптимальный температурный режим (0 - 50 ± 10 градусов Цельсия), избегать встрясок, ударов и падений винчестера, попадания в него пыли или других мелких частиц и т. д. Кстати сказать, многим будет интересно узнать, что те же частицы табачного дыма примерно в два раза больше расстояния между считывающей головкой и магнитной поверхностью винчестера, а человеческого волоса - в 5-10 раз.
Вопросы инициализации в системе при замене винчестера
Теперь несколько слов о том, какие действия нужно предпринять, если по каким-то причинам пользователь менял жесткий диск или устанавливал дполнительный.
Полностью описывать это процесс не будем, а остановимся только на основных этапах. Сначала винчестер необходимо подключить и посмотреть в настройках BIOS, определилось ли новое оборудование, в разделе администрирования дисков произвести инициализацию и создать загрузочную запись, создать простой том, присвоить ему идентификатор (литеру) и выполнить форматирование с выбором файловой системы. Только после этого новый «винт» будет полностью готов к работе.
Заключение
Вот, собственно, и все, что вкратце касается основ функционирования и характеристик современных винчестеров. Принцип работы внешнего жесткого диска здесь не рассматривался принципиально, поскольку он практически ничем не отличается от того, что используется для стационарных HDD. Единственная разница состоит только в методе подключения дополнительного накопителя к компьютеру или ноутбуку. Наиболее распространенным является соединение через USB-интерфейс, который напрямую соединен с материнской платой. При этом, если хотите обеспечить максимальное быстродействие, лучше использовать стандарт USB 3.0 (порт внутри окрашен в синий цвет), естественно, при условии того, что и сам внешний HDD его поддерживает.
В остальном же, думается, многим хоть немного стало понятно, как функционирует жесткий диск любого типа. Быть может, выше было приведено слишком много тем более даже из школьного курса физики, тем не менее без этого в полной мере понять все основные принципы и методы, заложенные в технологиях производства и применения HDD, понять не получится.
Первый серийный жесткий диск емкостью 16 кбайт был выпущен компанией IBM еще в 1973 р., и содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Острые на язык разработчики уловили схожесть этих цифр с маркой "30/30", которая соответствует названию оружия - "винчестеру". - это накопитель информации на жестких магнитных дисках. Основным элементом накопителей на жестких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Drive) является несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластин круглой формы - дисков. Поверхность такого диска покрывается тонким слоем вещества, которая способна сохранять остаточную намагниченность после воздействия на нее внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным и на нем сохраняются записанные данные. Накопитель состоит из таких элементов.- Дисков с вращающимся приводом, которые смонтированы на общей вертикальной оси.
- Головки чтения/записи информации с собственным приводом.
Второй блок
- механика жесткого диска, которая отвечает за вращение массива "блинов" и точное позиционирование системы считывающих головок. Каждой рабочей поверхности жесткого диска соответствует одна считывающая головка, причем размещаются они по-вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра.
Третий блок
включает электронную начинку - микросхемы, отвечающие за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управления механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.
Кластер (cluster)
- это наименьшая область диска, которая выделяется для файла или его части. Каждый файл занимает на диске пространство, которое равняется целому числу кластеров. Как правило, кластер состоит из нескольких секторов.
Для жестких дисков размер кластера определяется при форматировании и зависит от версии операционной системы и размера диска. Но дисковое пространство занимается неэффективно. Например, необходимо сохранить файл в 500 байт. Зная, что каждый файл может занимать пространство на целом числе кластеров, то в этом случае будет занят один кластер. Файл будет записан с потерей дискового пространства.
Качественные характеристики жесткого диска
Время поиска сектора . Время поиска сектора (latency time) - это среднее время, необходимое для того, чтобы искомый сектор оказался под головкой после ее выведения на дорожку. Среднее время поиска равняется половине периода вращения диска и рассчитывается по формуле: Среднее время поиска = 1/(число оборотов двигателя в секунду*2) То есть при частоте вращения 7200 об/хв. время поиска составляет величину 4,17 мс. Скорость чтения данных и спецификация . Средний показатель скорости чтения данных - около 40-45 Мбайт/с. Считается, что контроллер на материнской плате спецификации UDMA/33 обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 33 Мбайт/с. А современные спецификации, например, UDMA/100 и UDMA/133 должны гарантировать не менее 100 и 133 Мбайт/с. Скорость передачи данных определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя в компьютер и назад за определенные промежутки времени. Скорость передачи данных определяется двумя факторами:- Способом подключения накопителей, то есть производительностью интерфейса.
- Скоростью считывания данных головками.
Таблица размещения файлов
Таблица размещения файлов - это область на диске, куда заносятся номера кластеров, которые занимаются файлами. Сюда не входят кластеры, которые содержат служебную информацию (загрузочные секторы, сама таблица размещения файлов и данные корневого каталога). В операционных системах производства Microsoft популярна файловая система FAT (File Location Table). На каждом логическом диске может быть создана отдельная файловая система. Таким образом, на одном жестком диске могут существовать файловые системы нескольких типов.Популярные файловые системы
FAT . Эта файловая система используется в операционных системах MS DOS, Windows 3.x/9.x/2000, ME, XP, OS/2. HPFS . Название этой файловой системы пошло от High Реrfomаnce File System, что значит высокопродуктивная файловая система. Поддерживается операционными системами OS/2, Windows NT. NTFS . Название этой файловой системы пошло от Windows NT File System, что значит файловая система Windows NT/2000, поддерживается операционными системами Windows NT/2000, ХР.Логические диски
Известно, что компьютер присваивает всем дискам, независимо от их конструкции логические имена А:, В:, С:. Имена А:, В: по умолчанию присваиваются накопителям на гибких дисках. Системному логическому диску, тому, на котором записана операционная система, присваивается имя С:. Пространство жесткого диска можно разбить на разделы и логические диски. Операционные системы работают с логическими дисками, а не с физическими. Преимущества развития винчестеров на несколько логических дисков:- Уменьшаются потери дискового пространства.
- Упрощается структуризация данных.
- Упрощается процесс дефрагментации диска, проверки на вирусы, и т. д.