Дисковая система IBM PC

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Кибернетика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Введение


Нині переважають у всіх обчислювальних системах є вус- тройства зовнішньої пам’яті, використовують для накопичення інформації гнучкі й жорсткі диски. Незалежно від типу, і ємності, вони ів- обслуговують і той ж принцип тривалого зберігання информа- ции як намагниченных ділянок поверхні нагромаджувача. При движени повз них зчитувального пристрою, у ньому порушуються їм- пульсы струму. Спочатку (в 1981 року) IBM PC мали один-єдиний тип зовнішньої пам’яті - пятидюймовые односторонні гнучкі магнітні діс- кі подвійний щільності з програмной розбивкою секторів ємністю 150K. З того часу IBM значно збільшила ємність дисків, було додано новий стандартний розмір дисків (з половиною дюйма), проте фізично й логічна структура диска не притерпела зна- чительных змін. @ Фізична організація зберігання інформації на дискеті Гнучкий диск має пластикову основу з нанесеним її у маг- нитным покриттям. У центрі перебуває шпиндельное отвір, але в деякому зміщення від центру є одне індексне отвір. Призначення індексного отвори — забезпечити накопителю точку від- рахунки при счытывании чи записи даних. Гнучкий диск поміщений у квадратний чохол, де також є шпиндельное і индек- сное отвір. Перебуваючи внутрішній окружності магнітного диска метализированное кільце призначено посилення місця посадки диска на дерево електродвигуна дисководу, щоб пре- дотвратить небажану деформацію тонкого магнітного диска. Кро- ме цього у чохлі є проріз для контакту голівки считывания/за- писи з поверхнею диска і виріз захисту від записи. При записи інформації на магнітний диск використовується пітний- циальный метод записи без повернення нанівець. Запис у цій ме- тоду здійснюється шляхом зміни напрями струму запис у магнітної голівці в соответсвии з обрабатываемыми даними. Изме- нение напрями струму записи викликає зміну магнітного потоку в магнітної голівці, що зумовлює зміни намагниченности учаска носія информаци, який струменіє тим часом під голівкою. Залежно від напрямку вектора намагниченности робочого шару магнітного носія стосовно напрямку вектора ско- рости переміщення носія, розрізняють подовжню, поперечну і перпендикулярну намагниченность. У накопичувачах IBM формату (маю на увазі нагромаджувачі 34 і 3740 фірми IBM) використовується лише поздовжня намагниченность, тому надалі мова співай- дет саме неї. Процес запису може з’явитися бути подано у вигляді наступних переду- точних ланок: #i (t) -> F (t) -> H (x, y, z, t) -> M (l, y, z) Процес відтворення: #M (l, y, z) -> Ф (t) -> e (t) Тут #i (t) — струм в обмотці записи магнітної голівки; #F (t) — магнитодвижущая сила магнітної голівки записи; #H (x, y, z, t) — полі записи; #M (l, y, z) — залишкова намагниченность після впливу поля записи; #Ф (t) — магнітний потік в сердечнику магнітної голівки вос- твори; #e (t) — электродвижущая сила, наводимая в обмотці магнітної го- вправні відтворення; #x, y, z — просторові координати, пов’язані з голівкою; #l=vt — координата, що з носієм записи; #v — швидкість записи. Під час зчитування на вихідний обмотці голівки воспроизведе- ния наводяться разнополярные сигнали тоді часу, як під голівкою проходять ділянки поверхні зі зміною направле- ния намагниченности. Ці сигнали сприймаються усилителем-форми- рователем, який перетворює в вихідні униполярные їм- пульсы зчитування «одиниць «. Записи «нуля «відповідає отсут- ствие імпульсів у Красноярську деякі певні моменти часу. @ Методи кодування інформації на дискеті Для записи інформації на магнітні носії застосовують спе- циально розроблені модуляционные коди записи. Дані коди раз- рабатываются фахівцями та повинні мати високої информатив- ностью та здібністю з самосинхронизации. Під інформативністю способу записи розуміють кількість записаній інформації, прихо- дящийся однією період намагниченности. У накопичувачах 3740 (IBM) використовується метод частотною моду- ляции, а накопичувачах 34 — метод модифікованої частотною мо- дуляции. «Метод частотною модуляції Початок кожного елемента відзначається тактовым імпульсом у вигляді зміни напрями намагниченности. Якщо елемент повинен поставши- лять 1, то її центральній частини записується іще одна такто- вый імпульс (що створити зміна магнітного потоку), а єс- чи 0, то зміни напрвления намагниченности немає до початку наступного елемента. Таким образм, якщо тактова частота дорівнює F, то потік двійкових одиниць дає частоту 2 °F. #тактовые імпульси #дані # 1 0 0 1 0 1 1 1 #сигнали записи «Метод модифікованої частотною модуляції У цьому вся методи 1 є переходом намагниченности у центрі елемента. Перехід вводитися на початку елемента, якщо це 0, а й за ним НЕ слід 1. Це те ж рознесенні переходів його дозволяє записувати на одиницю довжини вдвічі більше символів, ніж метод частотною модуляції. #тактовые імпульси #дані #1 0 0 1 0 1 1 1 #сигнали записи При записи інформації з методу модифікованої частотною моду- ляции виникає зване усунення синхронізації. Це метушні- кает оскільки у загальному разі за зчитуванні інформації з діс- кети неможливо відрізнити тактовые сигнали від сигналів даних. Тому залежно від точки звіту сама й також последова- тельность імпульсів можна трактувати по-різному. Для устране- ния цієї вищою мірою неприємної неоднозначності з кожної до- ріжку вводять спеціальні поля, заповнені нулями, розміром каж- дого поля 12 байт. При зчитуванні інформації контролер НГМД знає, що мені перебувають нулі, тому трактує вступники сигнали як тактовые імпульси, одночасно відповідним про- раз підлаштовуючи схему сепаратора даних. Крім розглянутих вище методів частотною і модифікованої частотною модуляції використовується кодування з обмеженою рас- стоянням між періодами намагниченности (RLL — кодування). У порівняні з методом модифікованої частотною модуляції про «їм береженої на диску інформації поповнюється 50%. Метод RLL ос- нован на записі розмови з груповим кодуванням. У цьому вся методі кожен байт вступників даних розбивається на дві тетрады, та був тет- рада шифрується спеціальним 5-ти разрадным кодом, характерним тим, що кожен число у ньому містить, по крайнього заходу, одну зміну напрямі потоку. При зчитуванні дві 5-ти розрядні тетрады знову зливаються в байти. @ Фізична структура диска Ємність диска залежить від характеристики дисководу і особеннос- тей ОС; проте структура диска, в сущноcти, завжди сама й той самий. Дані завжди записуються на магнітної по- верхности як концентричних окружностей, званих дорож- ками. Каждая доріжка, своєю чергою, складається з кількох секто- рів, кількість яких визначається під час операції форматування. Сектор є одиницею зберігання інформації на дискете. Количес- тво інформації на диску, в такий спосіб, залежить від кількості доріжок (від щільності записи) і спільного розміру секторів з кожної до- ріжку. Старі моделі дисководів працювали з 40 доріжками, нинішні моделі - з 80, більшість сучасних дисководів дозволяють фор- іній дискети щільністю до 85 доріжок. Для стандартних дискет IBM розташування кожної доріжки не мо- жет бути змінено, що це залежить немає від ОС і ні від дискети, як від конструктивних особливостей дисковода. Однако, число, величину і розташування секторів задаються програмно за початкової розміткою (форматуванні) дискети. Розмітка осу- ществляется або ОС, або використовуються функції BIOS. Хоча MS-DOS підтримує розміри сектора дискет 128, 256, 512 і 1024 байта, проте використовується сектор розміром 512 байт і, очевидно, це у найближчим часом не зміниться (як і змінитися, лише у бік зростання). Структура формату доріжки залежить від типу контролера, але, зазвичай, включає у собі байти синхронізації, що вказують на на- чало кожного сектора, ідентифікаційні заголовки, cостоящие з номери циліндра, голівки, сектори й розміру сектора, і ниви, хра- нящего байти циклічного контролю, предназначеные для обнаруже- ния помилок при зчитуванні даних, і службової інформації. На сле- дующем малюнку представлений формат доріжки для стандарту IMB 34. Поля GAP1. GAP4 служать передусім на організації затримки при видачі порцій даних із дискети, і навіть як компенсація раз- бросов фізичної довжини різних полів, виникаючих через нез- вершенства механізму дисководу (конкретніше, через нестабильнос- ти обертання). Маркери служать виділення певних облас- тей на диску: ідентифікатора доріжки, заголовка сектора чи про- ласти даних. А що маркери можна було від дано- нных, їх записують зі спеціально порушеним кодом синхронізації. Четвертий байт маркера позначає тип виділеної їм області. Кон- кретно в маркере області даних значення fb відповідає обыч- ным даним, а f8 — віддаленим. Цілісність інформацією областях даних контролюється з по- міццю циклічного контрольного коду, контрольні числа якого записуються після визначених галузей. При зчитуванні з диску- ти контролер самостійно вираховує контрольну суму, а й за- тим порівнює її з ліченої з диска. Ця контрольна сума, звана кодом циклічного контороля (CRC — Cyrcle Redundency Contol), підраховується з допомогою полинома наступного виду: X #16 + X #12 + X #5 + X + 1 Що стосується розбіжності цих двох чисел виставляється прапор помилки. @ Логічний організація диска Перша операція, яку треба виконати до того, як дискета побудують для використання — це форматування. Цей процес відбувається дозволяє надати диску його остаточну структуру. У результаті форматування визначається кількість доріжок і кількість сек- торів на доріжці. MS-DOS передбачає чотири логічних області дискети: — завантажувальний сектор (boot record) — таблиця розміщення файлів (file allocation table) — кореневої каталог — область даних «Завантажувальний сектор Містить коротку (менш 512 байт) програму початковій загрузнув- кі ОС на згадку про комп’ютера. Незалежно від типу ОС і способу форма- тирования дискети, цю програму завжди займає найперший сектор на першої доріжці диска. Слід розрізняти Boot record і Master Boot record. Перший перебуває в дискети в слу- чаї Якщо ця дискета не системна. Другий ж таки перебуває виключи- тельно на системних дисках. Також цим сегментом утримує усю важ- ную інформацію про характеристиках диска. Структура цієї інформації наступна: «Таблиця розміщення файлів (FAT) Містить інформацію про месторасположении записаних на дискету файлів. Системa MS-DOS виділяє для зберігання файла, в зависимос- ти з його довжини, чи більш кластерів (кластер — одиниця зберігання даних на диску, зазвичай один кластер дорівнює кільком секторам), проте MS-DOS не піклується, щоб запис файла проис- ходила послідовно (швидше, навпаки: логіка роботи MS-DOS така, що вона всіляко сприяє фрагментації файлів), поэ- тому необхідно зберігати інформацію, за якими саме кластерам розкиданий даний файл. З огляду на особливої ваги цієї інформації FAT існує на диску у двох копіях. FAT дискети складається з 12-би- товых елементів. Структура таблиці розміщення файлів — наступна: «Область даних І те місце, заради якого використовується дискета — тут зберігатися інформація користувача. MS-DOS розглядає цю про- ласть як сукупність кластерів, кожен із яких містить чи кілька секторів. Тому, що перші двоє поля FAT світанку- зервированы, першому кластеру у сфері даних присвоєно номер 2. Усі каталоги, крім кореневого, також раасматриваются MS-DOS як файли особливого виду, і тому вкладаються у область даних. @Робота BIOS з НГМД Програмное управління дискетою (точніше, адаптером НГМД) здійснюється з допомогою драйвера BIOS, виклик якого осущес- твляется через переривання int 13. Методика виклику конкретних фун- кций стандартна, тобто номер функції завантажується в ah, ос- тальные параметри до інших регістри загального призначення, для адре- совки буферів як і використовується реєстрова пара es: bx. Усього стандартний драйвер підтримує 6 функцій роботи з НГМД з номерами від 0 до 5. Перерахуємо в порядку зростання: 0 — Скидання системи НГМД # 3 — Записати сектор 1 — Прочитати стан # 4 — Перевірити сектор 2 — Прочитати сектор # 5 — Розмітка доріжки Усі функції виконуються, согласовываясь з базовою дискової таблицею, яку вказує вектор 1e. Зрозуміло пользова- тель може модифікувати цей вектор і створити свою таблицю. При завантаженні ОС BIOS инициализирует її, а DOS модифікує, щоб поліпшити продуктивність дискет. Структура цієї таблиці сле- дующая (скрізь, де немає сказане інше, час вказується в кванти Починаючи з MS-DOS v2.0 можлива запись/чтение практично лю- бых фізичних форматів дискет. Ця можливість здійснюється використанням механізмом загружаемых драйверів пристроїв. Появ- ление останнім часом розширених версій BIOS «a практично уп- разнило поняття «стандартний формат », тепер стандартним вважатимуться практично будь-який формат, який сответствует специфіка- ции MS-DOS. Взагалі, поява нових форматів був із історією раз- вітія DOS. Початкова версія MS-DOS v1.0 підтримувала лише формат, визначений нижче як (1. 0) наступна версія 1.1 добави- ла (1. 1), а версія 2.0 — (2. 0). Інакше кажучи, майже кожна вір- ця DOS приносила щось нове. Усі, що з цього вийшло, перед- ставлено нижче. Дисковод 360−720 5 «25 «- 300 Кбит 720 3 «5 «- 250 Кбит 1.2 5 «25 «- 300 Кбит (DD) 500 Кбит (HD) 1. 44 3 «5 «- 250 Кбит (DD) 500 Кбит (HD) 2. 88 3 «5 «- (мабуть 1000 Кбит) Дисковод 1. 44 МБ взагалі цікавий тим, що з тієї ж швидкості передачі забезпечує набагато вищу щільність за- писи, ніж дисковод 1.2 МБ. Через це при форматуванні на 720−800 Кб швидкість передачі нижче. ` @Як збільшити швидкість читання дискет Виявляється можливо форматувати диски отже швидкість про- рощення до дискеті збільшується у півтора рази (а деяких випадках і більше). Суть наступного: коли дисковод переміщає голівку з доріжки дорогу після чтения/записи при звичайному рас- становищі секторів, перший сектор встигає «вислизнути «від го- вправні і глядачам доводиться чекати цілий оборот диска, щоб прочитати його. Помічено, що й з кожної наступної доріжці «зрушити «перший сектор втричі сектора, то, при переміщенні голівки він счи- тывается відразу — що є причиною збільшення виробляй- тельности. @Про відновлення дискет @ Продолжитиельность життя гнучких дисків зазвичай близько трьох років. Хоча суто теоретично правильно експлуатована диск витримай- вает 70 мільйонів проходів за однією доріжці, що становить бо- лее 20 років безперервної роботи. Проте, усе це належить до ідеальних умовам експлуатації, але, де чином ви їх бачили ! Дискети найчастіше лежать без конвертів на курною поверхні, їх нагинають, ними пишуть, їх обкуривают «Беломором », нарешті. Хто ж це ви- тримає І врешті-решт навіть дуже хороші імпортні диски починають сипатися. При виявленні ушкодження 0 доріжки на дискеті жодна прог- рамма не форматирует таку дискету. На заході такі дискети, віз- можна, просто викидають. Нам такий неприйнятний. Діс- кети стоять досить дорого і викидати грошей вітер над моїх правилах. Одне з способів отримання працездатних дискет був предло- дружин Панковым (автором PU_1700): нульова доріжка переміщувалася до середини дискети. Досить оригінальний спосіб, однак має недоліки: 1) Необхідність постійно тримати у пам’яті PU_1700 2) Неможливо прочитати звичайну дискету без переустановки PU_1700 — що дуже незручно машиною із першого дисководом Перевагою і те, що спосіб працює із будь-яким форматом навіть за повної відсутності 0 доріжки дискети. Проте, інший метод. Зазвичай на 0 доріжці, так само як як та інших доріжках дискети, з різноманітні причини (переважно механічне ушкодження), пропадає читабельність однієї чи двох сектора. Дискета форматируется отже ушкоджена частина поверхні просто більше не використовується. У методу є недолік: неможливо відновити більше сектора на доріжці (360−720 Кб) чи двох (1. 2−1. 44 МБ), проте вибирайте: дискета з пошкодженій 0 доріжкою на 800 Кб чи цілком нормальна на 720 Кб @ Методи захисту від копіювання За суттю, проблема захисту від копіювання — це, перш все- го проблема ідентифікації дистрибутивного носія. Тому зна- ние деяких особливостей організації зберігання інформації на дискеті уможливлює вказівку деяких методів идентифика- ции, які програміст може використовуватиме захисту свого ПО. Викладемо в порядку зростання складності. «Використання власного формату Можливі три варіанта використання цього: 1) Частина доріжок на дискеті, крім, де розташовано систем- ные області ОС, форматируется нестандартним способом. Доста- точно написати власний драйвер роботи з цим нестандар- тным форматом і зробити, що він замінював стандартний оброблювач int 13 після завантаження з цією дискети і дискета ставати нечитаемой з допомогою ОС. І, отже, збери- ровать її стандартним чином також неможливо. 2) Можливе також відформатувати тільки один доріжку на диску- ті й розмістити там деяку ключову інформацію, та був після запуску програми, перевіряти наявність цієї інформації. 3) Як варіант можливо взагалі форматувати жодну з доріжок десь у середині дискеты, за якої розташовується недо- торая інформація (записаний у стандартному форматі). При копіюванні стандартної утилітою ОС ця дискета теж су- дет скопійована повністю. «Запровадження додаткових секторів Відкрите використання власного формату рівноцінно установ- ке залізної двері у раніше непримітному домі - видно, що його мо- зяевам є що ховати й, очевидно, де це приховується. Але й впол- не успішно імітувати стандартний формат, з винесенням міток за стандартні поля копіювання. Найочевидніший спосіб — запровадження додаткового сектора на доріжці, у якому зберігатися ключова інформація. У разі сам собою факт наявності в цьому секторі яв- ляется достатнім основанем, що вважати диск дистрибутивным. «Використання додаткових (інженерних) доріжок Бо на будь-який дискеті, отформатированной стандартним чином за сел- ледней доріжкою завше залишається деяке простір, яку можна використовувати для зберігання ключовою інформації. Зрозуміло хто б заважає відформатувати ці доріжки нестандартним чином. «Використання проміжних циліндрів Широковідомий те що, що з форматуванні дискети на 360К на дисководу на 1. 2 М голівки дисководу переміщаються не лише на, але в дві доріжки, тому непарні доріжки залишаються не використаний- ными. Цими доріжках цілком можливо розмістити весь код програм- ми, залишивши «видимим «лише малесенької завантажник. «Нестандартне чергування секторів Система MS-DOS орієнтована виключно на стандартні форма- ти, які характеризуються, зокрема, суворо последова- тельным зростанням номерів секторів на доріжці. Тому якщо зміни ладу прямування секторів, то, при створенні копії DOS змінить їхні номерні позначки на «правильний порядок «. Перевірку ж легко репетування- ганизовать, заміряючи тимчасові інтервали між читаннями секторів з деякими номерами. «Створення псевдосбойных секторів Коли MS-DOS зустрічає сбойный сектор (і з погляду MS-DOS, сбойным є сектор із вічно неправильною контрольної сумою), вона ігнорує його вміст і не копіює його, таким про- разом дані, які у сбойном секторі не потраплять на копію, хоча сигнал розбіжності контрольних сум зовсім не від запре- щает доступу до даних, а лише попереджає про помилку. Следова- тельно, досить записати ключову інформацію в енергетичний сектор, заста- вити MS-DOS слід його сбойным, та був під час запуску програми проводити читання в цьому секторі, ігноруючи повідомлення про помилку і перевіряти його вміст. А щоб створити псевдосбойный сектор невідь що складно, цього необхідно провести операцію скидання кін- троллера НГМД після по тому, як у дискету записано необходи- моє кількість даних. «Руйнування поверхні дискети На відміну від предыдушего методу пропонується створювати в заданий- ном кількості секторів «найсправжнісінькі «збійні сектора, напри- заходів, шляхом протыкания поверхні дискети голкою чи лазером. Після запуску програма перевіряє наявність збійних секторів на диску непросто спробою читання, а спробою запис у них будь-якої инфор- мации, що не виявитися жертвою предыдушего способу. «Нестандартна щільність записи Щільність записи залежить від швидкості прийому-видачі інформації контролером і швидкістю обертання дискети. Швидкість обертання діс- ковода на стандартному IBM PC змінити неможливо, якщо немно- го змінити електронну схему дисководу, то теоретично цілком імовірно створити примірник, яка могла б записувати дискети з нестандартній щільністю інформації, записаній з кожної доріжці. Цілком можливо також змінювати метод записи інформації, ів- використовуючи поперемінно частотну і модиф. частотну модуляцію. «Вимірювання міжсекторних проміжків Розмір поля GAP3 визначається під час операції форматування і мо- жет змінюватися в значних межах без зміни кількості і середніх розмірів сектора на доріжці. Обчислення можна робити на ос- нове виміру інтервалів між послідовно виконуваними до- мандами контролера НГМД «Читання ідентифікатора сектора «. Проте, тому що ці результати значною мірою будуть спотворюватися неста- бильным обертанням дискети, дуже важко буде одержати одноз- начно які тлумачаться результати. @ Використана література @ 1. P. Norton «Programmer «p.s guide to the IBM PC «- Microsoft Press 1985 2. С. Х. Гореликов «IBM PC. Дисковая підсистема: контролери, нако- пители та його обслуговування «- М, Зірки і З, 1992 3. Л. В. Букчин, Ю. Л. Безрукий «Дискова підсистема IBM-совмести- мых персональних комп’ютерів «- М, Press-Media, 1993 4. TECH Help!, Flambeaux Software, Dan Rollins 5. Опис FFORMAT v2. 97 6. Р. Данкан «Професійна робота у MS-DOS «- М, Світ, 1993 7. Тлумачний словник по обчислювальним системам / під редакцією В. Иллингуорта та інших. — М, Машинобудування, 1989 8. А. Щербаков «Захист від копіювання », М, Эдель, 1992 #(з) Copyright by (cs) BREDcorp. 1995 v1.3 # (з) Used text editor WordDeedv7.0 by A. Gutnikov # (з) Printed by Epson™ LQ-100 style «Presti ge «# (з) Corrected by (Dreago)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой