Что такое сектор магнитного диска
Что такое сектор и кластер
Этой заметкой я хочу ответить на вопросы «что такое сектор» и «что такое кластер», в чем их отличие и для чего сектора и кластеры нужны.
Для этого нам нужно будет разобраться с принципами хранения информации, и давайте поговорим о самых основах.
Для хранения данных все носители информации имеют специальную разметку. Давайте рассмотрим упрощенную схему подобной разметки на примере жесткого диска.
Жесткий диск имеет несколько «блинов» (дисков), на магнитную поверхность которых и записываются данные (смотрите рисунок выше).
Каждый блин имеет круглую форму и разметка такого блина выглядит так:
Каждый диск разбит на треки (дорожки), а каждая дорожка поделена на сектора. Это конечно, очень упрощенная схема, но она дает представление о том, что такое сектор.
Сектор – это минимальная пронумерованная область диска, в которой могут храниться данные. Обычно размер одного сектора составляет 512 байт.
Для нормальной работы операционной системы на жестком диске создается файловая система. Файловая система использует сектора для хранения файлов, но из-за некоторых ограничений и особенностей различных файловых систем, сектора носителя информации обычно объединяются файловой системой в кластеры. Это означает, что кластер является минимальной областью файловой системы, предназначенной для хранения информации и он может состоять как из одного, так и из нескольких секторов.
Чтобы проиллюстрировать вышесказанное приведу картинку из Википедии:
На этом рисунке замечательным образом продемонстрирована структура диска. Буквой «А» обозначена дорожка, буквой «В» — геометрический сектор диска, а буквой «С» — сектор дорожки. Далее из рисунка видно, что кластер «D» может занимать несколько секторов дорожки (кластер выделен на рисунке зеленым).
В различных файловых системах кластер мог иметь размеры от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). В наиболее популярной в настоящее время файловой системе NTFS размер кластера можно установить от 512 байт, до 4096 байт (8 секторов).
Размером кластера можно управлять в некоторых пределах — его можно задать при форматировании носителя информации.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Сектор диска
Сектор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах (НЖМД, дискета, CD). Является частью дорожки диска. У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт(например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков). Новые жесткие диски используют размер сектора 4096 байт (4 КиБ), известный как расширенный формат (Advanced Format).
Для более эффективного использования места на диске файловая система может объединять секторы в кластеры, размером от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб — 16 Кб, до 2 Гб — 32 Кб и так далее.
Количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым, на современных дисках количество секторов на цилиндрах разное, но контроллер жёсткого диска сообщает о некоем условном количестве дорожек, секторов и сторон, хотя позднее была создана система обращения к дискам, в которой все секторы пронумерованы. Первый сектор диска обычно является загрузочным.
Существует 2 основных способа адресации секторов на диске: цилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS) и линейная адресация блоков (англ. linear block addressing, LBA).
Содержание
В этой системе сектор адресуется кортежем из трёх координат: цилиндр-головка-сектор (Cylinder, Head, Sector), именно так, как он физически расположен на диске.
Под цилиндром понимается совокупность дорожек одинакового радиуса на всех магнитных поверхностях пластин одного накопителя. Контроллер жёсткого диска интерпретирует значение в радиус, на который передвигается магнитная головка чтения. С каждой магнитной поверхности магнитного диска чтение производит только одна головка, следовательно, указывая головку, мы также указываем ту поверхность, с которой следует считывать информацию. Сектор диска, как понятно из геометричекого определения, интерпретируется как диапазон градуса поворота диска.
Очевидно, что такая схема плохо подходит к недисковым устройствам хранения (ленты, сетевые хранилища), потому и не используется для них. Схема CHS и её расширенная версия ECHS использовались на ранних приводах ATA использующих интерфейс ESDI.
При данном способе адресации системному контроллеру нет необходимости учитывать геометрию самого жесткого диска (количество цилиндров, сторон (головок), секторов на дорожке). Контроллеры современных IDE дисков в качестве основного режима трансляции адреса используют LBA.
Еще одно преимущество метода адресования LBA — то, что ограничение размера диска обусловлено лишь разрядностью LBA. В настоящее время для задания номера блока используется 48 бит, что при использовании двоичной системы исчисления даёт возможность адресовать на приводе (248) 281 474 976 710 656 блоков (то есть, при блоке в 512 байт, 128 ПиБ).
Преобразование CHS в LBA
Кортежи CHS можно преобразовать в адреса LBA и обратно по следующим формулам:
Сектор диска
Из Википедии — свободной энциклопедии
Се́ктор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах (НЖМД, дискета, CD). Является частью дорожки диска. Первоначально у большинства устройств размер сектора составляет 512 байт (например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков). Новые жесткие диски используют размер сектора 4096 байт (4 Кбайт), известный как расширенный формат (Advanced Format).
Для более эффективного использования места на диске файловая система может объединять секторы в кластеры, размером от 512 байт (один сектор) до 64 Кбайт (128 секторов). Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб — 16 Кб, до 2 Гб — 32 Кб и так далее.
Количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым, на современных дисках количество секторов на цилиндрах разное, но контроллер жёсткого диска сообщает о некоем условном количестве дорожек, секторов и сторон, хотя позднее была создана система (LBA) обращения к дискам, в которой все секторы пронумерованы. Первый сектор диска обычно является загрузочным.
Первый сектор НЖМД содержит главную загрузочную запись, содержащую короткую программу передачи управления в загрузочный сектор, находящийся на разделе, и таблицу разделов (слайсов).
Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска?
Здравствуйте уважаемые читатели, недавно я писал статью про файловые системы, новые и старые, а так же помог выбрать подходящую для вас. Но осталось много непонятных понятий, для полного понятия статьи такие как сектор, кластер, вообще структура жесткого диска и в этой статье я постараюсь вам разъяснить что это такое. А так же о новом секторе большего объема, дает ли он производительность или же опять провал изобретения? Даже если вы знаете это все, не поленитесь прочтите вдруг узнаете что-то новое и вообще оцените мой труд 🙂
Какая же структура жесткого диска
Структура жесткого диска на внешний взгляд достаточна проста, только углубившись можно столкнутся с какими-нибудь трудностями. Но не пугайте начнем с самого начала.
Жесткий диск как и другие магнитные накопители хранят память в дорожкообразной структуре. Следовательно магнитный диск разбит на кольца разного диаметра начиная с внешнего края. Кольца называемые дорожками состоят из кластеров и секторов. Количество дорожек и секторов определяется форматов диска. А формат диска задается при его изготовлении, так что этот параметр изменить нельзя т.е. если размер сектора при изготовлении 512 байт, то с этим ничего уже не поделать. Дорожка разбивается на равные секторы которые обычно занимают 512 байт (о новых чуть ниже). Как раз процесс разбития диска на секторы, называется форматированием. И уже в кластерах хранится информация.
Сектор — это минимальная единица хранения информации на дисковых носителях. Стандартный размер кластера обычно был 512 байт, но сейчас уже существует новый размер в 4 кб, который тоже имеет ряд интересных своих свойств, о которых мы поговорим чуть ниже.
В секторе записывается его заголовок (prefix portion), где хранится начало и конец сектора, а в конце — заключение (suffix portion), в котором содержится контрольная сумма (checksum), нужная для проверки целостности данных. При форматировании в секторе записывается их номера и служебная информация позволяющая определить начало и конец сектора. А так же то что помогает определить форматированную или не отформатированную область диска. По этому из-за служебной информации емкость диска после форматирования немного меньше. На самом деле хоть и говорят что размер сектора 512 байт, но это только объем информации, а сам размер его составляет 571 байт.
К ластер — это единица хранения данных на диске в файловой системе объединенная в один или несколько секторов. Например если диск имеет сектор размером в 512 байт, то кластер размером в 512 байт содержит один сектор. А если кластер имеет размер 2 КБ, то он имеет четыре сектора. Размер кластера зависит от определенных условий, о который я уже писал здесь.
Размер кластера узнать очень просто, для этого достаточно создать текстовый файл и напишите в нем любое слово или даже поставьте одну букву или цифру сохраните и выберите свойство этого файла. В пункте размер на диске будет ваш размер кластера. Главное чтобы файл весил менее 512 байт. Она буква обычно весит 1 байт.
Вся информация хранится в системном хранилище и хранилище данных.
Системная область диска состоит из
Физическая структура жестких дисков
Магнитный жесткий диск состоит из нескольких магнитных дисков и каждый диск разбит на большое количество дорожек с каждой стороны. Основной оценкой жесткого диска является его поверхностная плотность записи определяется по формуле Мбит/дюйм2 и Гбит/дюйм2. В настоящее время плотность дисков достигает 740 Гбит/дюйм2. Специалисты IHS предполагают к 2016 году достичь плотности 1800 Гбит на 1 кв. дюйм!
Для достижения более большей поверхностной плотности необходимо чтобы расстояние между головкой и диском было минимальное.
Диск покрыт тонким слоем вещества независимо от его материала, которое не дает размагничиваться от воздействия внешнего магнитного поля.
Существует два типа слоя:
1. оксидный
2. тонкопленочный.
Оксидный слой образуется в результате разбрызгивания оксида железа в полимерном растворе. Ну если это не интересно, процесс образования можно пропустить 🙂 А кому интересно продолжим. Получается химическая смесь которая растекается от центра к внешнему краю жесткого диска. Потом диск полируется, затем наносится следующий чистого полимера слой и потом окончательно шлифуется. Чтобы добиться большего объема жесткого диска необходимо чтобы слой был более гладким и тонким. По этому сейчас используют следующий способ.
Тонкопленочный слой более тонкий, прочный и качество намного выше. Благодаря этому способу удалось уменьшить зазор между дисками и следовательно достичь больших объемов.
Этот способ получают путем электролиза. Это тоже самое как при шлифовки хромированной детали. Подложку жесткого диска погружают в ванну с химическим раствором в следствии чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки размером в 3 микродюйма. Сначала в камере химические вещества преобразуются в газообразное состояние, а потом накладываются на подложку. Сначала на алюминиевый диск наносится слой фосфорита никеля, а потом магнитный кобальтовый сплав. Этот способ дает наименьшую величину между головкой и поверхностью дисков всего 0,025 мкм, а раньше 0,076 мкм.
Привод диска
И самый главной деталью в жестком диске является привод головки. Они бывают:
1. C шаговым двигателем
2. C подвижной катушкой.
О них я рассказывать не буду, если интересно можете прочитать здесь, но скажу что с шаговым двигателем приводы самые надежные.
Новый размер сектора в 4 кб, к чему готовится?
Вот мы и подошли к самой интересной теме сегодняшнего дня. Как вы уже поняли что такое сектор, это минимальная единица для хранения информации, но т.к. для настоящего времени 512 байт стало совсем мало, новые технологии продвинули размер в 4 кб. Создатели нового сектора его IDEMA (Международная ассоциация производителей жестких дисков) дали имя Advanced Format (новый формат).
Теперь давайте разберем конкретные причины перехода и какие трудности могут возникнуть с новым сектором (плюсы и минусы его).
Главная причиной его перехода возникла из-за больших емкостей жесткого диска, для таких объемов размер в 512 байт становится ограничением в создании больших объемов и эффективности исправления ошибок.
Малые сектора занимают меньшую площадь жесткого диска, что создает повышение плотности диска. Из-за этого возникают проблемы в исправлении ошибок и в следствии изнашивается поверхность диска.
В секторах в 512 байт, максимальный объем исправления ошибок составляет 50 байт. Возникают трудности в исправлении и чтобы более эффективно происходил процесс исправления появился новый объем 4 кб.
Благодаря новому объему достигается большая плотность жесткого диска, что должно дать увеличение объемов жестких дисков.
Надежность в исправлении ошибок благодаря тому, что код исправления ошибок увеличен до 100 байт (в отличии от старого 50 байт) и надежность возросла до 97 %.
Новый формат достиг уменьшение ширины дорожки до 70-80 нм, понизить себестоимость и следовательно снизить стоимость для покупателя. Повысился объем области хранения данных диска, улучшилась производительность (снизить время чтения/записи и доступа, снизился шум, нагрев, механический износ).
Какие трудности нас могут ожидать?
Трудность может ожидать в неподготовленности программного обеспечения, в следствии чего новый сектор может не улучшить характеристики, а наоборот ухудшить! Advanced Format поддерживается начиная с Microsoft Vista с последними обновлениями и более поздними версиями Windows, а также последними выпусками Linux и Mac OS X.
А происходит это из-за того, что программные кластеры не соответствуют друг другу (происходит сдвиг), а так же это касается физических секторов на диске, в следствии чего один кластер перекрывает два сектора, в следствии удваевается число операций чтений/записи, что в конечном случае приводит не только к замедлению работы, но и к большому износу жесткого диска.
Для решения этой ситуации компания Western Digital придумала специальную утилиту WD Align System Utility, благодаря которой производится сдвиг содержимого диска на 1 сектор. А так же специальная, технология Seagate SmartAlign, в дисках Seagate, позволяет использовать технологию нового сектора без специальной утилиты. Western Digital также позволяет сместить блоки переключателем на диске, но возможно проблем с количеством свободных блоков.
Можно так же применять специальные утилиты производителе например одна из них: Paragon Alignment Tool, которые позволяют смещать блоки и не давать падать быстродействию, а наоборот повышать.
Вывод здесь один, наши современные технологии идут все вперед и вперед, новый размер сектора действительно способен повысить быстродействие жесткого диска и системы в целом, но для достижения производительности необходимо внимательно подходить к этой технологии. Перед тем как её применять убедитесь в своем программном обеспечении о наличии поддержки нового формата, чтобы у вас не было трудностей в работе и чтобы Advanced Format принес вам только радость и комфорт! 🙂
Что такое сектор?
Сектор также может упоминаться как сектор диска или, реже, блок.
Что означают различные размеры сектора?
Каждый сектор занимает физическое местоположение на устройстве хранения и обычно состоит из трех частей: заголовок сектора, код с исправлением ошибок (ECC) и область, в которой фактически хранятся данные.
Обычно один сектор жесткого диска или дискеты может содержать 512 байт информации. Этот стандарт был установлен в 1956 году.
В 1970-х годах были введены большие размеры, такие как 1024 и 2048 байтов, чтобы вместить большие емкости. Один сектор оптического диска обычно может содержать 2048 байтов.
В 2007 году производители начали использовать жесткие диски расширенного формата, которые хранят до 4096 байт на сектор, чтобы как увеличить размер сектора, так и улучшить исправление ошибок. Этот стандарт используется с 2011 года как новый размер сектора для современных жестких дисков.
Эта разница в размере сектора не обязательно подразумевает разницу в возможных размерах жестких дисков и оптических дисков. Обычно, количество секторов на диске или диске определяет емкость.
Размеры дискового сектора и единицы размещения
Например, в Windows вы можете отформатировать жесткий диск в любом из следующих размеров: 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 байта или 16, 32 или 64 килобайта.
Допустим, у вас есть файл документа размером 1 МБ (1 000 000 байт). Вы можете сохранить этот документ на чем-то вроде дискеты с 512 байтами информации в каждом секторе или на жестком диске с 4096 байтами на сектор. На самом деле не имеет значения, насколько велик каждый сектор, а только размер всего устройства.
Единственное различие между устройством, размер которого составляет 512 байт, и тем, которое имеет 4096 байт (или 1024, 2048 и т. Д.), Состоит в том, что файл размером 1 МБ должен охватывать больше секторов диска, чем это было бы на устройстве 4096. Это связано с тем, что 512 меньше 4096, то есть в каждом секторе может существовать меньше «кусочков» файла.
Однако, используя тот же пример, что и раньше, но с размером блока выделения 4096 байт, меньшее количество областей диска будет содержать 4 МБ данных (поскольку каждый размер блока больше), создавая кластер из секторов, которые находятся ближе друг к другу, сводя к минимуму вероятность того, что фрагментация произойдет.
Другими словами, больший AUS обычно означает, что файлы с большей вероятностью будут находиться ближе друг к другу на жестком диске, что, в свою очередь, приведет к более быстрому доступу к диску и повышению общей производительности компьютера.
Изменение размера единицы размещения диска
Если вы хотите изменить размер кластера данных для диска, это можно сделать в Windows при форматировании жесткого диска, но программы управления дисками от сторонних разработчиков также могут это сделать.
Хотя, вероятно, проще всего использовать встроенный в Windows инструмент форматирования, этот список Free Partitioning Tools включает в себя несколько бесплатных программ, которые могут делать то же самое. Большинство из них предлагают больше вариантов размеров, чем Windows.
Как восстановить плохие сектора
Физически поврежденный жесткий диск часто означает физически поврежденные секторы на жестком диске, хотя также могут возникать повреждения и другие виды повреждений.
Хотя сектора диска могут быть повреждены, их часто можно починить только с помощью программного обеспечения. Вам может понадобиться новый жесткий диск, если слишком много поврежденных секторов.
Больше информации о дисковых секторах
Секторы, которые расположены рядом с внешней стороной диска, сильнее, чем те, которые находятся ближе к центру, но также имеют более низкую битовую плотность. Из-за этого жесткие диски используют так называемые записи зоны бит
Зона записи битов делит диск на разные зоны, где каждая зона затем делится на сектора. Результатом является то, что внешняя часть диска будет иметь больше секторов, и, таким образом, доступ к ним будет быстрее, чем к зонам, расположенным рядом с центром диска.