Цилиндры, головки, секторы: метод адресации дисков

Введение

Исторический метод адресации физических блоков данных на жестких дисках

Сектор головки цилиндра (CHS) — это ранний метод присвоения адресов каждому физическому блоку данных на жестком диске. Это трехмерная система координат, состоящая из вертикальной координаты головки, горизонтальной (или радиальной) координаты цилиндра и угловой координаты сектора. Головка выбирает круглую поверхность — пластину в диске (и одну из ее двух сторон). Цилиндр — это цилиндрическое пересечение через стопку пластин в диске, центрированное вокруг шпинделя диска. Объединенные цилиндр и головка пересекаются в круговую линию, или, точнее, в круговую полосу физических блоков данных, называемую дорожкой. Сектор, наконец, выбирает блок данных в этой дорожке, который должен быть адресован, поскольку дорожка разделена на несколько одинаковых частей, каждая из которых представляет собой дугу в (360/n) градусов, где n — количество секторов в дорожке. Адреса CHS использовались вместо простых линейных адресов (от 0 до общего количества блоков на диске), поскольку ранние жесткие диски не поставлялись со встроенным дисковым контроллером, который скрывал бы физическую структуру. Для правильного обращения к блокам данных использовалась отдельная универсальная карта контроллера, поэтому операционная система должна была знать точную физическую «геометрию» конкретного диска, подключенного к контроллеру. Традиционные ограничения составляли 512 байт/сектор × 63 сектора/дорожку × 255 головок (дорожек/цилиндр) × 1024 цилиндров, что давало ограничение в 8032,5 МБ для общей емкости диска. По мере того как геометрия становилась более сложной (например, с введением зонной записи) и размеры дисков росли, метод адресации CHS становился ограничивающим. С конца 1980-х годов жесткие диски начали поставляться со встроенным дисковым контроллером, который хорошо знал физическую геометрию; однако они сообщали компьютеру ложную геометрию, например, большее количество головок, чем фактически присутствовало, чтобы получить больше адресуемого пространства. Эти логические значения CHS переводились контроллером, таким образом, адресация CHS больше не соответствовала каким-либо физическим характеристикам диска. К середине 1990-х годов интерфейсы жестких дисков заменили схему CHS логическим адресованием блоков (LBA), но многие инструменты для работы с таблицей разделов MBR по-прежнему выравнивали разделы по границам цилиндров; таким образом, артефакты адресации CHS все еще встречались в программном обеспечении для разбиения диска на разделы до конца 2000-х годов. Наиболее распространенный размер физического сектора для жестких дисков сегодня составляет 512 байт, но существовали жесткие диски с 520 байтами на сектор для машин, несовместимых с IBM. В 2005 году некоторые специализированные жесткие диски Seagate использовали размеры секторов 1024 байта на сектор. Жесткие диски Advanced Format используют 4096 байт на физический сектор (4Kn) с 2010 года, но также могут эмулировать 512-байтовые сектора (512e) в течение переходного периода. Магнитооптические диски используют размеры секторов 512 и 1024 байта на 5,25-дюймовых дисках и 512 и 2048 байта на 3,5-дюймовых дисках. В адресации CHS номера секторов всегда начинаются с 1, сектора 0 нет, что может привести к путанице, поскольку схемы адресации логических секторов обычно начинают отсчет с 0, например, логическое блочное адресование (LBA) или «относительное адресование секторов», используемое в DOS. Для физической геометрии диска максимальное число секторов определяется низкоуровневым форматированием диска. Однако для доступа к диску с BIOS совместимых машин IBM PC номер сектора кодировался шестью битами, что давало максимальное количество 63 сектора на дорожку (111111). Этот максимум все еще используется для виртуальных геометрий CHS.

Cylinder head sector (CHS) is an early method for giving addresses to each physical block of data on a hard disk drive. It is a 3D coordinate system made out of a vertical coordinate head, a horizontal (or radial) coordinate cylinder, and an angular coordinate sector. Head selects a circular surface: a platter in the disk (and one of its two sides). Cylinder is a cylindrical intersection through the stack of platters in a disk, centered around the disk's spindle. Combined, cylinder and head intersect to a circular line, or more precisely: a circular strip of physical data blocks called track. Sector finally selects which data block in this track is to be addressed, as the track is subdivided into several equally sized portions, each of which is an arc of (360/n) degrees, where n is the number of sectors in the track. CHS addresses were exposed, instead of simple linear addresses (going from 0 to the total block count on disk 1), because early hard drives didn't come with an embedded disk controller, that would hide the physical layout. A separate generic controller card was used, so that the operating system had to know the exact physical "geometry" of the specific drive attached to the controller, to correctly address data blocks. The traditional limits were 512 bytes/sector × 63 sectors/track × 255 heads (tracks/cylinder) × 1024 cylinders, resulting in a limit of 8032.5 MiB for the total capacity of a disk. As the geometry became more complicated (for example, with the introduction of zone bit recording) and drive sizes grew over time, the CHS addressing method became restrictive. Since the late 1980s, hard drives began shipping with an embedded disk controller that had good knowledge of the physical geometry; they would however report a false geometry to the computer, e. g., a larger number of heads than actually present, to gain more addressable space. These logical CHS values would be translated by the controller, thus CHS addressing no longer corresponded to any physical attributes of the drive. By the mid 1990s, hard drive interfaces replaced the CHS scheme with logical block addressing (LBA), but many tools for manipulating the master boot record (MBR) partition table still aligned partitions to cylinder boundaries; thus, artifacts of CHS addressing were still seen in partitioning software by the late 2000s. The most common physical sector size for hard disks today is 512 bytes, but there have been hard disks with 520 bytes per sector as well for non IBM compatible machines. In 2005 some Seagate custom hard disks used sector sizes of 1024 bytes per sector. Advanced Format hard disks use 4096 bytes per physical sector (4Kn) since 2010, but will also be able to emulate 512 byte sectors (512e) for a transitional period. Magneto optical drives use sector sizes of 512 and 1024 bytes on 5.25 inch drives and 512 and 2048 bytes on 3.5 inch drives. In CHS addressing the sector numbers always start at 1, there is no sector 0, which can lead to confusion since logical sector addressing schemes typically start counting with 0, e. g., logical block addressing (LBA), or "relative sector addressing" used in DOS. For physical disk geometries the maximal sector number is determined by the low level format of the disk. However, for disk access with the BIOS of IBM PC compatible machines, the sector number was encoded in six bits, resulting in a maximal number of 111111 (63) sectors per track. This maximum is still in use for virtual CHS geometries.

Следы

Следы — это тонкие концентрические круговые полосы, состоящие из секторов. Для чтения одной дорожки требуется как минимум одна головка. В отношении геометрии дисков термины "дорожка" и "цилиндр" тесно связаны. Для односторонних или двусторонних дискет обычно используется термин "дорожка", а для дисков с более чем двумя головками — термин "цилиндр". Строго говоря, дорожка представляет собой конкретную комбинацию CH, состоящую из SPT секторов, в то время как цилиндр состоит из SPT × H секторов.

Цилиндры

Цилиндр — это логическое разделение данных на дисковом накопителе, используемое в режиме адресации CHS диска с фиксированной блочной архитектурой или в режиме адресации цилиндр-головка-сектор (CCHHR) диска CKD. Эта концепция представляет собой набор концентрических, полых цилиндрических сечений, проходящих через физические диски (пластины), объединяющих соответствующие круговые дорожки, выровненные по всей стопке пластин. Количество цилиндров дискового накопителя точно соответствует количеству дорожек на одной поверхности накопителя. Цилиндр включает в себя дорожки с одинаковым номером на всех пластинах, охватывая все такие дорожки на каждой поверхности пластины, способной хранить данные (независимо от того, является ли дорожка неисправной). Цилиндры формируются вертикально дорожками. Иными словами, дорожка 12 на пластине 0, дорожка 12 на пластине 1 и так далее составляют цилиндр 12. Другие типы устройств хранения с прямым доступом (DASD), такие как устройства барабанной памяти или ячейка данных IBM 2321, могут использовать адреса блоков, включающие адрес цилиндра, хотя этот адрес цилиндра не соответствует геометрическому цилиндрическому сечению устройства.