Форматирование жестких дисков низкого уровня и разбиение на разделы

Различают два вида форматирования диска:

* физическое, или форматирование низкого уровня; логическое, или форматирование высокого уровня.

При форматировании гибких дисков с помощью программы Explorer Windows 9x или команды DOS FORMAT выполняются обе операции, но для жестких дисков эти операции надо выполнять отдельно. Более того, для форматирования жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, - разбиение диска на разделы. Создание разделов абсолютно необходимо в том случае, если вы предполагаете использовать на одном компьютере несколько операционных систем. Физическое форматирование всегда выполняется одинаково, независимо от свойств операционной системы и параметров форматирования высокого уровня (которые могут быть различными для разных операционных систем). Это позволяет совмещать несколько операционных систем на одном жестком диске. При организации нескольких разделов на одном накопителе каждый из них может использоваться для работы под управлением своей операционной системы либо представлять отдельный том {volume), или логический диск {logical drive). Том, или логический диск, - это то, чему система присваивает буквенное обозначение.

Выполняется процедура в три этапа.

1. Форматирование низкого уровня.

2. Разбиение диска на разделы.

3. Форматирование высокого уровня.

Форматирование низкого уровня

В процессе форматирования низкого уровня дорожки диска разбиваются на секторы. При этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а также формируются интервалы между секторами и дорожками. Область данных каждого сектора заполняется фиктивными значениями или специальными тестовыми наборами данных. В накопителях на гибких дисках количество секторов на дорожке определяется типом дискеты и дисковода; количество секторов на дорожке жесткого диска зависит от интерфейса накопителя и контроллера.

В первых контроллерах ST-506/412 при записи по методу MFM дорожки разбивались на 17 секторов, а в контроллерах этого же типа, но с RLL-кодированием количество секторов увеличилось до 26. В ESDI-накопителях на дорожке содержится 32 и более секторов. В IDE-накопителях контроллеры встроенные, и, в зависимости от их типа, количество секторов колеблется в пределах 17-100 и более. SCSI-накопители - это IDE-накопители со встроенным адаптером шины SCSI (контроллер тоже встроенный), поэтому количество секторов на дорожке может быть совершенно произвольным и зависит только от типа установленного контроллера.

Практически во всех IDE- и SCSI-накопителях используется так называемая зонная запись, при которой количество секторов на дорожке является переменным. Дорожки, более удаленные от центра, а значит, и более длинные, содержат большее число секторов, чем близкие к центру. Один из способов повышения емкости жесткого диска заключается в разбиении внешних цилиндров на большее количество секторов по сравнению с внутренними цилиндрами. Теоретически внешние цилиндры могут содержать больше данных, так как имеют большую длину окружности. Однако в накопителях, не использующих метод зонной записи, все цилиндры содержат одинаковое количество данных, несмотря на то что длина окружности у внешних цилиндров может быть вдвое больше, чем у внутренних. В результате теряется пространство внешних дорожек, так как оно используется крайне неэффективно.

При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем по мере продвижения к внешнему краю диска дорожки разбиваются на все большее число секторов. Во всех цилиндрах, относящихся к одной зоне, количество секторов на дорожках одинаковое. Возможное количество зон зависит от типа накопителя; в большинстве устройств их бывает 10 и более.

Еще одно свойство зонной записи состоит в том, что скорость обмена данными с накопителем может изменяться и зависит от зоны, в которой в конкретный момент располагаются головки. Происходит это потому, что секторов во внешних зонах больше, а угловая скорость вращения диска постоянна (т.е. линейная скорость перемещения секторов относительно головки при считывании и записи данных на внешних дорожках оказывается выше, чем на внутренних).


Обратите внимание на различия в скорости передачи данных для каждой зоны. Дорожки во внешней зоне (нулевой) имеют скорость передачи данных 92,9 Мбит/с, что на 87,66% больше, чем 49,5 Мбит/с во внутренней зоне. Именно это свойство диска объясняет различие в результатах измерения параметров диска с помощью программ тестовых пакетов, т.е. каждая программа измеряет скорость передачи данных в различных зонах.

Организация разделов на диске

При разбиении диска на разделы, в каждой из них может быть создана файловая система, соответствующая определенной операционной системе. На сегодняшний день в работе операционных систем чаще других используется три файловые системы.

* FAT {File Allocation Table - таблица размещения файлов). Это стандартная файловая система для DOS, Windows 9x и Windows NT. В разделах FAT под DOS допустимая длина имен файлов - 11 символов (8 символов собственно имени и 3 символа расширения), а объем тома (логического диска) - до 2 Гбайт. Под Windows 9x и Windows NT 4.0 и выше допустимая длина имен файлов - 255 символов.

С помощью программы FDISK можно создать только два физических раздела FAT на жестком диске- основной и дополнительный, а в дополнительном разделе можно создать до 25 логических томов. Программа Partition Magic может создавать четыре основных раздела или три основных и один дополнительный.

* FAT32 (File Allocation Table, 32-bit - 32-разрядная таблица размещения файлов). Используется с Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 и Windows 2000. В таблицах FAT 32 ячейкам размещения соответствуют 32-разрядные числа. При такой файловой структуре объем тома (логического диска) может достигать 2 Тбайт (2 048 Гбайт).

* NTFS {Windows NT File System - файловая система Windows NT). Доступна только в операционной системе Windows NT. Длина имен файлов составляет до 256 символов, а размер раздела может достигать (теоретически) 16Эбайт (16х1018 байт). Файловая система NTFS обеспечивает дополнительные возможности, не предоставляемые другими файловыми системами, например средства безопасности.

Наибольшее распространение в настоящее время получила файловая система FAT, поскольку именно она поддерживается большинством существующих операционных систем.

Разбиение диска на разделы с помощью поставляемой с операционной системой программой FDISK, используя которую можно выбрать (как в мегабайтах, так и процентном выражении) размер основного и дополнительного разделов. Жестких указаний по созданию разделов на диске не существует - необходимо учитывать объем диска, а также устанавливаемую операционную систему.

После создания разделов необходимо выполнить форматирование высокого уровня с помощью средств операционной системы.

Форматирование высокого уровня

При форматировании высокого уровня операционная система (Windows 9x, Windows NT или DOS) создает структуры для работы с файлами и данными. В каждый раздел (логический диск) заносится загрузочный сектор тома (Volume Boot Sector - VBS), две копии таблицы размещения файлов (FAT) и корневой каталог (Root Directory). С помощью этих структур данных операционная система распределяет дисковое пространство, отслеживает расположение файлов и даже "обходит", во избежание проблем, дефектные участки на диске.

В сущности, форматирование высокого уровня - это не столько форматирование, сколько создание оглавления диска и таблицы размещения файлов. "Настоящее" форматирование - это форматирование низкого уровня, при котором диск разбивается на дорожки и секторы. С помощью DOS-команды FORMAT для гибкого диска осуществляются сразу оба типа форматирования, а для жесткого диска - только форматирование высокого уровня. Чтобы выполнить низкоуровневое форматирование жесткого диска, необходима специальная программа, обычно предоставляемая фирмой - производителем диска.