Физическая адресация на дисках.

Как только включается компьютер, в ОП с НМД загружается BIOS(базисная система ввода-вывода) –это набор программ, которые отрабатывают предопределенные функции компьютера и прежде всего обслуживающие все устройства, такие как клавиатура, экран, мышь, принтеры и, конечно, НМД.

Эти программы называются INT №(interrupt-прерывания с обязательным указанием номера). Запрос к любому внешнему устройству сводится к выполнению прерывания с известным номером.

Для НМД это прерывание требует указания трех координат

C – цилиндра,

H- пластины,

R-сектора,

для того чтобы обратится к конкретному сектору для чтения или записи.

Рассмотрим еще раз эти координаты. Номер цилиндра C –это позиция гребенки, то есть всех головок на одной вертикали в каждое мгновение. Перемещение гребенки –это чистая механика. В произвольный момент времени все головки находятся над дорожками с одним номером, то есть все дорожки всех пластин с одним номером доступны без механических перемещений головок.

В этом основа концепции цилиндров как способа борьбы с механикой.

Приведем пример. Пусть некий файл требует для размещения на НМД 20 дорожек памяти.

Вапиант1(плохой вариант). Пусть файл размещается на 20 смежных дорожках одной пластины, например, начиная с 15 дорожки и по 34. Как в этом случае прочитать файл. Сначала, с какой-то неизвестной позиции гребенки необходимо сделать стартовое перемещение на 15 дорожку. Прочитать содержимое 15 дорожки и затем, последовательно перемещать головки на 16,17 и так до 34 дорожки., то есть нужно осуществить 20 механических перемещений головок.

Вариант2 (хороший вариант). Пусть файл размещается на одной вертикали(цилиндре15). Напоминаем, на одном цилиндре 20 дорожек (10 двусторонних пластин). В этом варианте необходимо сделать только стартовое перемещение на 15 цилиндр. Выигрыш, в данном примере, в 20 раз с позиций механического перемещения головок. Это первое решение в плане уменьшения фактора механики. В операционной системе это заложено концептуально, то есть в процессе записи очередной порции информации происходит поиск дорожки на том же цилиндре, где записывалась предыдущая порция. Если это не удается, то происходит поиск дорожки на соседнем цилиндре 16 и т.д. Перемещаться в этом случае придется, но минимально.

Завершим эту тему одним замечанием, которое пригодится для понимания дальнейшего. Концепция цилиндров, предполагает, принципиальный отказ от, казалось бы, естественной последовательной записи информации от дорожки к дорожке сначала на одной пластине, затем на другой пластине и т.д. Принципиально пошли на хаотичный способ записи, а значит и чтения информации ради уменьшения фактора механики. Тем самым породили проблему сбора информации, относящуюся к одному файлу, решение которой будем обсуждать далее.

Вернемся к обсуждению второй координаты H – пластины. Это чисто электронный компонент, включение необходимой головки по задаваемому номеру это время несоизмеримо мало по сравнению с перемещением головок.

Третья координата R- сектор(record). Это чисто механическая компонента. Напоминаем, все пластины вращаются со скоростью, несколько тысяч оборотов в минуту. Пусть эта скорость равна 6000 оборотов в минуту – 100 оборотов в секунду (это близко к истине). Значит, один оборот НМД совершается за 0.01 секунды. Именно за это время под головками пробегут все 20 секторов дорожки. Возможно, что искомая запись будет найдена в первом секторе, возможно – в последнем секторе. В среднем, время поиска на дорожке потребует половину оборота НМД, то есть 0.005 секунды. Это время некий ориентир для понимания проблем. Например, если файл размещается на 1000 дорожек, то только время вращения НМД составит Т= 1000*0.01=10сек. Это очень много. Уже на этом этапе можно сделать вывод о неприемлемости применения последовательного чтения файлов в системах обработки информации.

Логическая система организации хранения информации на НМД.

Предварительно рассмотрим еще один способ адресации – сквозная адресация. Все сектора НМД нумеруются натуральными числами от 1 до максимально возможного вне связи с пластинами, дорожками. Это и есть сквозные номера. В нашем примере, максимальный номер сектора равен 20 пластин*100 дорожек*20 секторов =40000

Сквозные номера используются при создании Таблицы размещения файлов (FAT). Об этой таблице –позднее. Сейчас остановимся на проблеме пересчета сквозного номера в CHR.

Напомним, что нумерация пластин и дорожек начинаются с 0. Сектора на дорожке нумеруются с 1.

Пример, из которого будет понятен алгоритм пересчета.

Допустим, необходимо для сквозного номера 17324 получить CHR.

Максимальный номер сектора на пластине равен 100 дорожек * 20 секторов =2000.

Отсюда номер пластины это целое от деления 17324/ 2000 =8. То есть H=8 – это пластина номер 8.

Остаток от деления 1324. Поделим остаток на количество секторов на дорожке на 20. Целая часть от деления 1324/20=66 – это будет номер дорожки (номер цилиндра) на пластине 8. Остаток от деления равен 4. Это номер сектора на дорожке 66 пластины 8.

Итак, имея сквозной номер, система пересчитывает его в физический адрес. Такой пересчет происходит в ОП и не требует затрат времени по сравнению с механикой. Само использование сквозных номеров это вопрос удобства и отвязки от физики НМД.

Алгоритм пересчета легко понять на бытовом примере многоэтажного многоквартирного дома. Например, дом 5 подъездов, по 20 квартир в подъезде, 4 этажа и, следовательно, по 5 квартир на этаже. Всего квартир 100. Если необходимо попасть в квартиру 67, то ясно что это 4 подъезд, 2 этаж и квартира 2 на этаже.