Методические указания по Организации ЭВМ и систем

Привалко Катерина, гр.22-6, 21.12.2000

Лабораторная работа №4

Диски - это запоминающие устройства, основу которых составляет вращающаяся пластина с намагниченной поверхностью, на которой сохраняется цифровая информация. Для считывания и записи данных в дисководе диска имеются головки считывания-записи. Диски называются также устройствами с произвольным доступом, поскольку головка считывания-записи может быть независимо позиционирована в любое место на диске.

Существуют два основных вида дисков: гибкий диск (дискета) и жесткий диск (диск).

Жесткий диск состоит из нескольких жестких круглых пластинок, покрытых магнитным материалом. Пластинки вращаются с огромной скоростью (порядка 3600 - 7000 об/мин) (в наше время гораздо больше) в геометрическом корпусе. Пластинки смонтированы на оси, вращаемой небольшим мотором. Около каждой стороны пластинки располагается по одной магнитной головке, но эти головки не соприкасаются с диском, а плавают на воздушной подушке в непосредственной близости от его поверхности. Головки считывания-записи смонтированы на позиционерах, перемещаемых вместе и управляемых с помощью другого мотора.

Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок головок вдоль радиуса диска, переходя, таким образом, от одного цилиндра к другому.

Перемещаясь вдоль окружности дорожки, магнитная головка может записывать или считывать информацию примерно так, как это происходит в бытовом магнитофоне. Запись выполняется по битам, при этом добавляется различная служебная информация и информация для контроля данных.

Контроллер диска, соединенный с каждым дисководом проводами либо представляет собой плату, вставляемую в слот компьютера, либо вмонтированную в материнскую плату, которая с помощью электрических сигналов управляет диском и головками.

Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера - секторами. Сектор представляет собой наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером.

Для каждого сектора выполняется контроль записи или чтения. При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов, находящихся в секторе и эта контрольная сумма записывается на диск в служебную область, расположенную после сектора. При чтении эта контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается с контрольной суммой, считанной из служебной области. При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке.

Дорожки нумеруются, начиная от нулевой, головки тоже начиная от нулевой, а сектора - начиная с первого. Для правильной работы с дисками на физическом уровне программе недостаточно знать номер нужной головки или дорожки. Например, она должна знать, сколько головок и сколько дорожек имеет то или иное дисковое устройство, сколько байт содержится в одном секторе, и многое другое. Эти характеристики можно определить из таблиц параметров НМД, заполняемых BIOS в процессе инициализации системы.

Анализируя содержимое CMOS-памяти или установку перемычек на плате в компьютере, BIOS в процессе инициализации создает таблицу параметров дискеты DPT (Diskette Parameter Table). Если имеется специальная "дисковая"" система ввода/вывода, то она сама создает таблицы HDPT.

Адреса таблиц параметров жестких дисков HDPT расположены по адресам, соответствующим векторам прерываний INT 41h (для первого физического диска) и INT 46h (для второго физического диска). Наиболее полезная информация, которую можно извлечь из таблицы параметров диска - это код размера сектора. Также таблица содержит такие важнейшие значения, как максимальное количество дорожек и максимальное количество головок.

Программирование контроллера.

Большинство дисковых операций можно выполнить на уровне BIOS. Это самый простой и надежный способ работы с диском на физическом уровне. Однако в отдельных случаях вам может потребоваться непосредственный доступ к контроллеру (например, если вы разрабатываете систему защиты данных от несанкционированного копирования).

Формат дорожки диска:

Каждый сектор на дорожке состоит из областей индекса и данных. Секторы разделены промежутками. В конце дорожки располагается конечный промежуток, его размер зависит от скорости вращения диска, длин секторов и других промежутков. Область индекса содержит информацию о номере дорожки, головки, сектора, код длины сектора. Область данных, очевидно, содержит данные, которые хранятся на диске.

Формат сектора.

Функции BIOS для работы с дисками.

Наилучший и самый безопасный способ работы с дисками на физическом уровне - использование функций базовой системы ввода/вывода BIOS. Эти функции учитывают все особенности аппаратуры и предоставляют достаточно широкий набор средств доступа к дискам на физическом уровне.

Вся дисковая подсистема обслуживается прерыванием INT 13h. Это прерывание выполняет множество функций. Для вызова определенной функции программа должна занести ее код в регистр AH. При этом в другие регистры следует записать параметры - номер НМД или номер НГМД, номер цилиндра, головки, адрес таблицы параметров НМД или НГМД и т.д.

Краткая таблица функций прерывания INT 13h.

С помощью функций BIOS можно выполнить низкоуровневое форматирование диска, как стандартное, так и использующее нестандартный формат дорожки. В любом случае при записи информации в секторы следует внимательно анализировать работу программы - ошибки могут привести к разрушению логической структуры. В результате этого могут появиться потерянные каталоги и файлы. Все опасные эксперименты лучше проводить на дискетах, и только когда вы уверены безошибочной работе программы, можно "допустить" ее к жесткому диску.

PS Главный недостаток этой работы - отсутствие конкретной информации по собственному винчестеру, главное достоинство - много информации общего характера, хотя и не так полно, как во многих книгах. Разумеется, повторять книги и не требуется, т.е. объем скорее избыточен, чем достаточен. Работа защищена на оценку отлично.