Дискова система IBM PC

Нині переважають у всіх обчислювальних системах є вустройства зовнішньої пам’яті, використовують для накопичення інформації гнучкі й жорсткі диски. Незалежно від типу, і ємності, вони івобслуговують і той ж принцип тривалого зберігання информации як намагниченных ділянок поверхні нагромаджувача. При движени повз них зчитувального пристрою, у ньому порушуються їмпульсы струму. Спочатку (в 1981 року) IBM PC мали один-єдиний тип зовнішньої пам’яті - пятидюймовые односторонні гнучкі магнітні діскі 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 значительных змін. @ Фізична організація зберігання інформації на дискеті Гнучкий диск має пластикову основу з нанесеним її у магнитным покриттям. У центрі перебуває шпиндельное отвір, але в деякому зміщення від центру є одне індексне отвір. Призначення індексного отвори — забезпечити накопителю точку відрахунки при счытывании чи записи даних. Гнучкий диск поміщений у квадратний чохол, де також є шпиндельное і индексное отвір. Перебуваючи внутрішній окружності магнітного диска метализированное кільце призначено посилення місця посадки диска на дерево електродвигуна дисководу, щоб предотвратить небажану деформацію тонкого магнітного диска. Кроме цього у чохлі є проріз для контакту голівки считывания/записи з поверхнею диска і виріз захисту від записи. При записи інформації на магнітний диск використовується пітнийциальный метод записи без повернення нанівець. Запис у цій методу здійснюється шляхом зміни напрями струму запис у магнітної голівці в соответсвии з обрабатываемыми даними. Изменение 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 скорости 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 співайдет саме неї. Процес запису може з’явитися бути подано у вигляді наступних передуточних 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 воствори; #e (t) — электродвижущая сила, наводимая в обмотці магнітної говправні 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 воспроизведения наводяться разнополярные сигнали тоді часу, як під голівкою проходять ділянки поверхні зі зміною направления намагниченности. Ці сигнали сприймаються усилителем-формирователем, який перетворює в вихідні униполярные їмпульсы зчитування «одиниць ». Записи «нуля «відповідає отсутствие імпульсів у Красноярську деякі певні моменти часу. @ Методи кодування інформації на дискеті Для записи інформації на магнітні носії застосовують специально розроблені модуляционные коди записи. Дані коди разрабатываются фахівцями та повинні мати високої информативностью та здібністю з самосинхронизации. Під інформативністю способу записи розуміють кількість записаній інформації, приходящийся однією період намагниченности. У накопичувачах 3740 (IBM) використовується метод частотною модуляции, а накопичувачах 34 — метод модифікованої частотною модуляции. «Метод частотною модуляції Початок кожного елемента відзначається тактовым імпульсом у вигляді зміни напрями намагниченности. Якщо елемент повинен поставшилять 1, то її центральній частини записується іще одна тактовый імпульс (що створити зміна магнітного потоку), а єсчи 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 модуляции виникає зване усунення синхронізації. Це метушнікает оскільки у загальному разі за зчитуванні інформації з діскети неможливо відрізнити тактовые сигнали від сигналів даних. Тому залежно від точки звіту сама й також последовательность імпульсів можна трактувати по-різному. Для устранения цієї вищою мірою неприємної неоднозначності з кожної доріжку вводять спеціальні поля, заповнені нулями, розміром каждого поля 12 байт. При зчитуванні інформації контролер НГМД знає, що мені перебувають нулі, тому трактує вступники сигнали як тактовые імпульси, одночасно відповідним прораз підлаштовуючи схему сепаратора даних. Крім розглянутих вище методів частотною і модифікованої частотною модуляції використовується кодування з обмеженою расстоянням між періодами намагниченности (RLL — кодування). У порівняні з методом модифікованої частотною модуляції про «їм береженої на диску інформації поповнюється 50%. Метод RLL основан на записі розмови з груповим кодуванням. У цьому вся методі кожен байт вступників даних розбивається на дві тетрады, та був тетрада 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 особенностей ОС; проте структура диска, в сущноcти, завжди сама й той самий. Дані завжди записуються на магнітної поверхности як концентричних окружностей, званих дорожками. Каждая доріжка, своєю чергою, складається з кількох секторів, кількість яких визначається під час операції форматування. Сектор є одиницею зберігання інформації на дискете. Количество інформації на диску, в такий спосіб, залежить від кількості доріжок (від щільності записи) і спільного розміру секторів з кожної доріжку. Старі моделі дисководів працювали з 40 доріжками, нинішні моделі - з 80, більшість сучасних дисководів дозволяють форіній дискети щільністю до 85 доріжок. Для стандартних дискет IBM розташування кожної доріжки не может 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 осуществляется 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 начало кожного сектора, ідентифікаційні заголовки, cостоящие з номери циліндра, голівки, сектори й розміру сектора, і ниви, хранящего байти циклічного контролю, предназначеные для обнаружения помилок при зчитуванні даних, і службової інформації. На следующем 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 разбросов фізичної довжини різних полів, виникаючих через незвершенства механізму дисководу (конкретніше, через нестабильности обертання). Маркери служать виділення певних областей на диску: ідентифікатора доріжки, заголовка сектора чи проласти даних. А що маркери можна було від данонных, їх записують зі спеціально порушеним кодом синхронізації. Четвертий байт маркера позначає тип виділеної їм області. Конкретно в маркере області даних значення fb відповідає обычным даним, а f8 — віддаленим. Цілісність інформацією областях даних контролюється з поміццю циклічного контрольного коду, контрольні числа якого записуються після визначених галузей. При зчитуванні з дискути контролер самостійно вираховує контрольну суму, а й затим 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 секторів 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 загрузнувкі ОС на згадку про комп’ютера. Незалежно від типу ОС і способу форматирования дискети, цю програму завжди займає найперший сектор на першої доріжці диска. Слід розрізняти Boot record і Master Boot record. Перший перебуває в дискети в случаї Якщо ця дискета не системна. Другий ж таки перебуває виключительно на системних дисках. Також цим сегментом утримує усю важную 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 зависимости 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 происходила послідовно (швидше, навпаки: логіка роботи MS-DOS така, що вона всіляко сприяє фрагментації файлів), поэтому 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-битовых елементів. Структура таблиці розміщення файлів — наступна: «Область даних І те місце, заради якого використовується дискета — тут зберігатися інформація користувача. MS-DOS розглядає цю проласть як сукупність кластерів, кожен із яких містить чи кілька секторів. Тому, що перші двоє поля FAT світанкузервированы, 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 осуществляется через переривання int 13. Методика виклику конкретних функций стандартна, тобто номер функції завантажується в ah, остальные параметри до інших регістри загального призначення, для адресовки 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 пользователь може модифікувати цей вектор і створити свою таблицю. При завантаженні ОС BIOS инициализирует її, а DOS модифікує, щоб поліпшити продуктивність дискет. Структура цієї таблиці следующая (скрізь, де немає сказане інше, час вказується в кванти Починаючи з MS-DOS v2.0 можлива запись/чтение практично любых фізичних форматів дискет. Ця можливість здійснюється використанням механізмом загружаемых драйверів пристроїв. Появление останнім часом розширених версій BIOS «a практично упразнило поняття «стандартний формат », тепер стандартним вважатимуться практично будь-який формат, який сответствует специфікации MS-DOS. Взагалі, поява нових форматів був із історією развітія DOS. Початкова версія MS-DOS v1.0 підтримувала лише формат, визначений нижче як (1.0) наступна версія 1.1 добавила (1.1), а версія 2.0 — (2.0). Інакше кажучи, майже кожна вірця DOS приносила щось нове. Усі, що з цього вийшло, передставлено 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 записи, 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 пророщення 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 расстановищі секторів, перший сектор встигає «вислизнути «від говправні 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 считывается відразу — що є причиною збільшення виробляйтельности. @Про відновлення дискет @ Продолжитиельность життя гнучких дисків зазвичай близько трьох років. Хоча суто теоретично правильно експлуатована диск витримайвает 70 мільйонів проходів за однією доріжці, що становить более 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 витримає І врешті-решт навіть дуже хороші імпортні диски починають сипатися. При виявленні ушкодження 0 доріжки на дискеті жодна программа не форматирует таку дискету. На заході такі дискети, візможна, просто викидають. Нам такий неприйнятний. Діскети стоять досить дорого і викидати грошей вітер над моїх правилах. Одне з способів отримання працездатних дискет був предлодружин 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 всего проблема ідентифікації дистрибутивного носія. Тому знание деяких особливостей організації зберігання інформації на дискеті уможливлює вказівку деяких методів идентификации, 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 системные області ОС, форматируется нестандартним способом. Достаточно написати власний драйвер роботи з цим нестандартным форматом і зробити, що він замінював стандартний оброблювач int 13 після завантаження з цією дискети і дискета ставати нечитаемой з допомогою ОС. І, отже, зберировать її стандартним чином також неможливо. 2) Можливе також відформатувати тільки один доріжку на дискуті 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 недоторая інформація (записаний у стандартному форматі). При копіюванні стандартної утилітою ОС ця дискета теж судет скопійована повністю. «Запровадження додаткових секторів Відкрите використання власного формату рівноцінно установке залізної двері у раніше непримітному домі - видно, що його мозяевам є що ховати й, очевидно, де це приховується. Але й вполне 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 является достатнім основанем, що вважати диск дистрибутивным. «Використання додаткових (інженерних) доріжок Бо на будь-який дискеті, отформатированной стандартним чином за селледней 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 1.2М голівки дисководу переміщаються не лише на, але в дві доріжки, тому непарні доріжки залишаються не використанийными. Цими доріжках цілком можливо розмістити весь код программи, залишивши «видимим «лише малесенької завантажник. «Нестандартне чергування секторів Система MS-DOS орієнтована виключно на стандартні формати, які характеризуються, зокрема, суворо последовательным 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 репетуванняганизовать, 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 проразом дані, які у сбойном секторі не потраплять на копію, хоча сигнал розбіжності контрольних сум зовсім не від запрещает доступу до даних, а лише попереджає про помилку. Следовательно, досить записати ключову інформацію в енергетичний сектор, заставити 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 кінтроллера НГМД після по тому, як у дискету записано необходимоє кількість даних. «Руйнування поверхні дискети На відміну від предыдушего методу пропонується створювати в заданийном кількості секторів «найсправжнісінькі «збійні сектора, напризаходів, 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 информации, що не виявитися жертвою предыдушего способу. «Нестандартна щільність записи Щільність записи залежить від швидкості прийому-видачі інформації контролером і швидкістю обертання дискети. Швидкість обертання дісковода на стандартному IBM PC змінити неможливо, якщо немного 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, іввикористовуючи поперемінно частотну і модиф. частотну модуляцію. «Вимірювання міжсекторних проміжків Розмір поля GAP3 визначається під час операції форматування і может змінюватися в значних межах без зміни кількості і середніх розмірів сектора на доріжці. Обчислення можна робити на основе виміру інтервалів між послідовно виконуваними домандами контролера НГМД «Читання ідентифікатора сектора ». Проте, тому що ці результати значною мірою будуть спотворюватися нестабильным обертанням дискети, дуже важко буде одержати однозначно 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, накопители та його обслуговування «- М, Зірки і З, 1992 3. Л. В. Букчин, Ю. Л. Безрукий «Дискова підсистема IBM-совместимых 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).