Служебный формат на жестких дисках, формируется и используется контроллерами HDD.

Служебный формат на жестких дисках, формируется и используется контроллерами HDD.

                На магнитной поверхности путем перемагничивания элементарных участков магнитного слоя поверхности диска происходит  фиксация единиц и нолей. Именно таким способом образуются на диске и структуры служебных двоичных данных, позволяющие адресовать и находить блоки данных на поверхности диска, и записываются системные и прикладные данные в адресуемых блоках данных диска. Метод записи NRZ и методы кодирования RLL, позволяют надежно записывать и считывать двоичную информацию на дорожках дисков. А для того чтобы на дорожках появились адресуемые блоки данных, которые можно использовать для хранения, записи и считывания информации, производят физическую разметку диска (низкоуровневое форматирование), записью на все дорожки диска служебного формата, разбивающего дорожку на секторы. Секторы дорожки имеют свой служебный формат, позволяющий найти начало блока данных сектора. После записи служебного формата на всех дорожках диска, контроллер диска и сам диск готовы к выполнению команд, задающих чтение или запись в блоки данных секторов диска. На рис. 1 и в табл. 1   показаны примеры служебных форматов секторов дорожек жесткого диска. Служебный формат дорожки пишет контроллер, а жесткие диски имеют встроенный контроллер, который расположен на плате электроники накопителя (т. е. диск для контроллера является несменяемым). Поэтому большинство фирм-изготовителей жестких дисков не заботятся о совместимости служебных форматов дорожек и часто используют свой оригинальный служебный формат дорожки аналогичный форматам других фирм.

Рис. 1.  Пример формата сектора НЖМД

Данные PLO - последовательность синхронизирующих байтов (13 байтов 00h), обознача­ющих начало сектора;

Метка адреса ID - (Alh) - начало поля идентификатора;

Сc - указывает, к какому диапазону цилиндров принадлежит поле cc;

cc - младший байт номера цилиндра;

Дополнительная область идентификатора - 2 байта кода AAh; 80 - блок дефектный:

АА - логический номер;

Данные PLO - 12 байтов (00h) - обозначают начало поля данных, используются для

синхронизации генератора тактовых импульсов при чтении данных;

Метка адреса данных - 2 байта (Alh, F8h), обозначающие начало поля данных;

Данные - 512 байтов - область хранения данных сектора;

ЕСС - 7 байтов - для контроля и коррекции считанных данных;

Дополнительная область данных - 3 байта (AAh);

Интервал 16 байтов "4Eh" - дополняет сектор до нужных размеров.

Еще один из служебных форматов жестких дисков приведен в табл.1. Начало сектора обозначается при помощи двоичной комбинации, называемой "адресный маркер". Адресный маркер представляет собой кодовую комбинацию, которая не входит во множество кодовых комбинаций,  получаемых используемым методом кодирования информации в НЖМД. Идентификационное поле (И-поле) сектора содержит служебную информацию, необходимую для доступа к данным. Служебной информацией являются номера цилиндра, головки, сектора и др. Поле данных (Д-поле) содержит 512 байтов. Идентификационное поле и поле данных имеют свои собственные контрольные суммы ЕСС. Адресный маркер, идентификационное поле и поле данных имеют фиксированную длину, а интервалы между ними и межсекторный интервал могут быть переменной длины (в табл. 1 приведена ориентировочная длина интервалов).

                         Таблица 1. 

Интервал ИНТ1 обеспечивает время для подготовки адаптера к записи-чтению данного секотра  после обнаружения адресного маркера. Байт СИНХ1 определяет начало И-поля и служит для синхронизации счетчика битов в адаптере. Аналогичную функцию выполняет байт СИНХ2 Д-поля сектора.      

Интервал ИНТ2 обеспечивает время для подготовки адаптера к чтению информации И-поля. Аналогичную функцию выполняет интервал ИНТ4, обеспечивая время подготовки адаптера к записи-считыванию информации Д-поля. Байт СРВ имеет постоянное значение для всех секторов и используется для проверки правильного чтения И-поля.

      Адрес сектора в НЖМД определяется значениями следующих байтов:

ЦИЛС  -  номер цилиндра-старший байт;

ЦИЛМ  -  номер цилиндра-младший байт;

ГЛВ  -  номер головки;

                          СЕК  -  номер сектора.

     Байт флажков "Флаг" содержит информацию о пригодности носителя для записи (дефектный сектор), а также для другой служебной информации. Назначение битов в этом байте:

бит 7  -  всегда равен 1;

бит 4 = 1 (последний физический сектор на дорожке), = 0 (все остальные сектора);

          бит 2  -  метка дефектного сектора: 0  -  хороший сектор, 1  -  дефектный сектор.

Адаптер содержит средства контроля и коррекции считываемой информации. Код обнаружения и коррекции ошибок записывается однократно при каждой новой записи как И-поля, так и Д-поля. Вычисление ЕСС проводится при помощи полинома степени 32. В И-поле ЕСС используется только для обнаружения ошибок. При считывании Д-поля значение ЕСС используется для обнаружения и коррекции пакета ошибок.

       Интервал ИНТЗ обеспечивает адаптеру время для анализа правильности считывания И-поля сектора и для подготовки к записи-считывания Д-поля.

ИНТ5 является межсекторным интервалом, во время которого происходит подготовка адаптера к обнаружению адресного маркера следующего сектора.

    Таким образом, служебный формат дорожек дисков пишется контроллером диска (когда он получает от процессора поочередно команды «Поиск» и «Форматировать дорожку») и нужен только контроллеру диска. Выполняя полученные от процессора команды «Чтения данных» или «Запись данных», контроллер диска, получив из накопителя импульс «Индекс», начинает воспринимать информацию, поступающую из тракта чтения накопителя как служебный формат дорожки. Проверяя и расшифровывая служебный формат дорожки, контроллер определяет местоположение головки на дорожке, находит, таким образом, на дорожке нужный сектор, а по служебному формату сектора находит в секторе блок данных,  выполняет чтение информации из блока данных, или запись информации в блок данных, а также контроль достоверности считанных данных.

Записью специальной системной информации в блоки данных ряда секторов на жестком диске создают логические области (структуры), обеспечивающие поддержку файловой системы (MBR или GPT структуры с разделами, в которых записью специальной системной информации в блоки данных ряда секторов раздела, образуют разделы для файловых систем NTFS, FAT и др.). 

Таким образом, подготовка жестких дисков к работе с операционной системой, выполняется в три этапа:

- низкоуровневое форматирование (физическая разметка диска на цилиндры, дорожки, секторы);

- разбиение диска на разделы (логические устройства);

- высокоуровневое (логическое) форматирование каждого раздела.