РЕФЕРАТ

на тему:

“Сохранение данных на гибких дисках»

План

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИБКИХ ДИСКОВ

2. ПРИНЦИПЫ СОХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ГИБКИХ ДИСКАХ

3. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ СОХРАНЕНИИ НА ГИБКИЕ ДИСКИ

3. ОСОБЕННОСТИ СОХРАНЕНИЯ ДАННЫХ НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Регистрация и хранение информации берет свое начало от высеченных на
камне изображений в эпоху неолита и бронзового века. Прошли века, пока к
человеку пришли письменность, а затем книгопечатание. Только в XIX в.
была изобретена фотография (1839 г.) и кинематограф (1895 г.). Эти два
замечательных изобретения позволили регистрировать и запоминать
информацию в виде изображений и звука.

Принципиально важным событием явилось изобретение записи электрических
сигналов на магнитной ленте, положившее начало многим разновидностям
устройств магнитной записи.

В годы существования компьютеров разработаны и технически реализованы
принципиально разные устройства сохранения данных. Они реализуются на
простейших полупроводниковых структурах, на основе криогенных элементов,
электронно-лучевых трубок, цилиндрических магнитных доменов, голографии,
с помощью сложных молекулярных и биологических систем.

Основное назначение внешней памяти компьютера — долговременное хранение
большого количества различных файлов (программ, данных и т. д.).
Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации,
называется накопителем, а хранится информация на носителях. Наиболее
распространенными являются накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)
двух различных типов, рассчитанные на диски диаметром 5,25″ (емкость 1,2
Мб) и диски диаметром 3,5″ (емкость 1,44 Мб). Первые постепенно уходят в
прошлое, а диски диаметром 3,5″ еще долго будут служить человечеству.

В этой работе мы рассмотрим гибкие диски и особенности сохранения на них
информации.

1. Общая характеристика гибких дисков

В 1970 г. фирмой HYPERLINK «http://www.ibm.com/» IBM был разработан
гибкий лавсановый диск с магнитным покрытием, помещенный в пластмассовый
корпус. Эти малогабаритные диски оказались весьма удобными для
использования в качестве постоянной памяти для персональных компьютеров.
Гибкие (Floppy) диски (дискеты) емкостью 1440 Кбайт имеют время доступа
0,1 с.

Гибкие диски начинают доминировать как основная периферийная память в
мини- и микрокомпьютерах. Они обеспечивают удобную загрузку программ и
данных, могут использоваться и как центральное устройство хранения и
поиска, поскольку имеют прямой доступ к информации, что позволяет
исключить из системы накопители на жестких дисках.

Гибкий магнитный диск является компромиссным решением между магнитной
лентой и граммофонной пластинкой. Это небольшой, тонкий и гибкий
пластиковый диск, на одной или обеих сторонах которого нанесено
магнитное покрытие. Диск с покрытием заключается в защитный конверт или
оболочку, имеющую отверстия для доступа головки чтения/записи и
двигателя дисковода.

Промышленность выпускает гибкие диски в основном размера 3,5 дюйма (89
мм). Типичный гибкий диск может хранить до 1,5 млн. знаков (байтов), что
эквивалентно 900 страницам машинописного текста, напечатанного через два
интервала. Имеются также диски большей информационной емкости.
Дисководами для гибких дисков оснащаются практически все персональные
компьютеры.

Гибкие диски имеют тpи хаpактеpистики:

1. Размеp дискеты: 3.5 дюйма (89 мм) или 5.25 дюйма (133 мм);

2. Стандаpтные паpаметpы дискеты:

a) число допустимых стоpон записи (1 или 2);

b) плотность записи инфоpмации на диске, т.е. количество доpожек
(тpеков) — 40 или 80.

Стандаpтные паpаметpы дискеты обычно указываются на этикетке дискеты.
Стандаpтные обозначения на этикетках означают:

SS — Single Side — одностоpонняя запись;

DS — Double Side — двустоpонняя запись;

DD — Double Density — двойная плотность записи;

QD — Quadriply Density — четыpехкpатная плотность записи;

HD — High Density — высокая плотность записи;

ED — Extra Density — свеpхвысокая плотность записи.

3.5” 5.25”

маркировка емкость маркировка емкость

DS/DD 720 Kb DS/DD 360 Kb

DS/HD 1.44 Mb DS/HD 1.2 Mb

DS/ED 2.88 Mb DS/QD 720 Kb

Емкость дискеты — максимальный объем

хранимой информации в байтах.

2. Принципы сохранения информации на гибких дисках

Гибкие диски «проигрываются» аналогично грампластинке, но с помощью
головки магнитной записи, а не иголки. Подобно магнитной ленте, гибкий
диск может формировать постоянную запись программы или данных; поскольку
он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.

Гибкий диск, в отличие от магнитной ленты, является средством
произвольного доступа.

Информация, записанная на диске, располагается концентрическими
окружностями (дорожками) на его поверхности.

Одна или две дорожки обычно используются для хранения оглавления. Чтобы
найти конкретную запись на диске, компьютер дает указание магнитной
головке переместиться к дорожке с оглавлением и найти координаты места
нужной информации; при этом диск вращается под магнитной головкой. Как
только нужная запись найдена в оглавлении, компьютер приказывает
магнитной головке переместиться к соответствующему месту диска. Те же
принципы действуют при записи информации.

Чтобы изменить информацию на магнитной ленте, надо прочитать всю ленту,
вставить изменения и перезаписать измененный вариант.

Принцип гибкого диска позволяет исправить конкретный сегмент записей, не
затрагивая остальной поверхности. Вот почему запись на диске может быть
осуществлена частями, каждая из которых вставляется в любое подходящее
место.

Единственное дополнительное требование состоит в том, чтобы оглавление
на диске изменялось в соответствии с изменениями, сделанными на этом
диске.

В основу записи, хранения и считывания информации в накопителях на
гибких магнитных дисках положен магнитный принцип.

При магнитном способе запись информации производится на магнитный
носитель (диск, покрытый ферромагнитным лаком) с помощью магнитных
головок.

В процессе записи головка с сердечником из магнитомягкого материала
(малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя
магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность).

Электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое
последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (0) элементы
носителя.

При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в
магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).
Носители информации имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной
бумаги (5,25″) или пластмассовый корпус (3,5″). В центре диска имеется
отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения
диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью
300 об/с.

В защитном конверте (корпусе) имеется продолговатое отверстие, через
которое производится запись/считывание информации.

На боковой кромке дискет (5,25″) находится маленький вырез, позволяющий
производить запись, если вырез заклеить непрозрачной наклейкой, запись
становится невозможной (диск защищен). В дискетах 3,5″ защиту от записи
обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу
пластмассового корпуса.

Для начала pаботы диск должен быть форматирован, т. е. должна быть
создана физическая и логическая структура диска.

В процессе форматирования на диске образуются концентрические дорожки,
которые делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в
определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Что входит в пpоцесс фоpматиpования?

1. Создание загpузочной записи дискеты (Boot-Record).

2. Создание таблицы pазмещения файлов (FAT — File Allocation Table), в
котоpой хpанится инфоpмация о местоположении файлов на дискете и
свободном дисковом пpостpанстве.

3. Создание коpневого каталога (ROOT-DIR).

Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного
размера. Эти блоки называются секторами.

Сектор представляет собой наименьший объем данных, который записывается
или прочитывается контроллером.

Для каждого сектора выполняется контроль записи или чтения.

При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов,
находящихся в секторе, и эта контрольная сумма записывается на диск в
служебную область, расположенную после сектора.

При чтении эта контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается с
контрольной суммой, считанной из служебной области.

При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке. Дорожки
нумеруются начиная от нулевой, головки тоже начиная от нулевой, а вот
секторы — начиная с первого. Почему так было сделано — сказать трудно,
но именно такая нумерация используется при работе с контроллером диска и
функциями прерывания BIOS, обслуживающими дисковую подсистему. В
операциях чтения или записи на физическом уровне необходимо указывать
номер дорожки (0, 1, …), головки (0, 1, …), номер сектора (1, 2,
…).

Для правильной работы с дисками на физическом уровне программа должна
располагать существенно большей информацией о дисках, чем просто номер
нужной дорожки или головки. Например, она должна знать, сколько головок
и сколько дорожек имеет то или иное дисковое устройство, сколько байт
содержится в одном секторе и многое другое.

При записи информации на магнитный диск используется потенциальный
метод записи без возвращения к нулю. Запись по этому методу
осуществляется путем изменения направления тока записи в магнитной
головке в соответсвии с обрабатываемыми данными. Изменение направления
тока записи вызывает перемену магнитного потока в магнитной головке, что
приводит к изменению намагниченности участка носителя информации,
проходящего в это время под головкой.

В зависимости от направления вектора намагниченности рабочего

слоя магнитного носителя по отношению к направлению вектора скорости
перемещения носителя, различают продольную, поперечную и
перпендикулярную намагниченность. В накопителях IBM формата

( имеются в виду накопители 34 и 3740 фирмы IBM ) используется

только продольная намагниченность, поэтому в дальнейшем речь пой-

дет именно о ней.

Процесс записи может быть представлен в виде следующих передаточных
звеньев:

i(t) -> F(t) -> H(x,y,z,t) -> M(l,y,z)

Процесс воспроизведения:

M(l,y,z) -> Ф(t) -> e(t)

Здесь

i(t) — ток в обмотке записи магнитной головки;

F(t) — магнитодвижущая сила магнитной головки записи;

H(x,y,z,t) — поле записи;

M(l,y,z) — остаточная намагниченность после воздействия поля

записи;

Ф(t) — магнитный поток в сердечнике магнитной головки вос-

произведения;

e(t) — электродвижущая сила, наводимая в обмотке магнитной го-

ловки воспроизведения;

x,y,z — пространственные координаты, связанные с головкой;

l=vt — координата, связанная с носителем записи;

v — скорость записи.

Во время считывания на выходной обмотке головки воспроизведения
наводятся разнополярные сигналы в те моменты времени, когда под
головкой проходят участки поверхности с изменением направления
намагниченности. Эти сигналы воспринимаются усилителем-формирователем,
который преобразует их в выходные униполярные импульсы считывания
«единиц». Записи «нуля» соответствует отсутствие импульсов в
некоторые определенные моменты времени.

3. Кодирование информации

при сохранении на гибкие диски

Для записи информации на магнитные носители применяют специально
разработанные модуляционные коды записи. Данные коды разрабатываются
специалистами и должны обладать высокой информативностью и способностью
с самосинхронизации. Под информативностью способа записи понимают
количество записанной информации, приходящийся на один период
намагниченности.

В накопителях 3740 ( IBM ) используется метод частотной модуляции, а в
накопителях 34 — метод модифицированной частотной модуляции: начало
каждого элемента отмечается тактовым импульсом в виде смены
направления намагниченности. Если элемент должен представлять 1, то в
его центральной части записывается еще один тактовый импульс (что бы
создать изменение магнитного потока), а если 0, то смены направления
намагниченности не происходит вплоть до начала следующего элемента.
Таким образом, если тактовая частота равна F, то поток двоичных единиц
дает частоту 2F.

Метод модифицированной частотной модуляции — это метод, где 1 всегда
представляется переходом намагниченности в центре элемента. Переход
вводиться в начале элемента, если это 0, а за ним НЕ следует 1. При том
же разнесении переходов этот метод позволяет записывать на единицу
длины в два раза больше символов, чем метод частотной модуляции.

При записи информации по методу модифицированной частотной модуляции
возникает так называемое смещение синхронизации. Это возникает потому,
что в общем случае при считывании информации с дискеты невозможно
отличить тактовые сигналы от сигналов данных.

Поэтому в зависимости от точки отчета одна и таже
последовательность импульсов может трактоваться по-разному. Для
устранения этой в высшей мере неприятной неоднозначности на каждой
дорожке вводят специальные поля, заполненные нулями, размером каждого
поля 12 байт. При считывании информации контроллер гибкого диска
знает, что в них находятся нули, поэтому трактует поступающие
сигналы как тактовые импульсы, одновременно соответствующим образ
подстраивая схему сепаратора данных.

Помимо рассмотренных выше методов частотной и модифицированной
частотной модуляции используется кодирование с ограниченным расстоянием
между периодами намагниченности ( RLL — кодирование ).

По сравнению с методом модифицированной частотной модуляции объем
хранимой на диске информации увеличивается на 50%. Метод RLL основан на
записи с групповым кодированием. В этом методе каждый байт
поступающих данных разбивается на две тетрады, а затем тетрада
шифруется специальным 5-ти разрядным кодом, характерным тем, что каждое
число в нем содержит, по крайней мере, одну перемену направлении
потока. При считывании две 5-ти разрядные тетрады снова сливаются в
байты.

4. Особенности сохранения данных

на физическом уровне

Наилучший и самый безопасный способ работы с гибкими дисками на
физическом уровне в среде MS-DOS — использование функций базовой системы
ввода/вывода BIOS. Эти функции учитывают все особенности аппаратуры и
предоставляют достаточно широкий набор средств доступа к дискам на
физическом уровне.

Вся дисковая подсистема обслуживается прерыванием INT 13h . Это
прерывание выполняет множество функций. Для вызова определенной функции
программа должна занести ее код в регистр AH. При этом в другие регистры
следует записать параметры — номер гибкого диска, адрес таблиц
параметров и т. д.

Приведем краткую таблицу функций прерывания INT 13h , после чего
займемся детальным описанием этих функций. В примечании к описанию
функций мы будем указывать типы компьютеров, на которых данная функция
работоспособна.

Номер функции Описание

00h Сброс дисковой системы

01h Определение состояния дисковой системы

02h Чтение сектора

03h Запись сектора

04h Проверка сектора

05h Форматирование дорожки

08h Получить текущие параметры гибкого диска

15h Получить тип гибкого диска

16h Проверка замены диска

17h Установка типа дискеты

18h Установка среды носителя данных для форматирования

Чтение сектора

На входе: AH 02h

AL Количество секторов, которые нужно прочитать

CH Номер дорожки

CL Номер сектора

DH Номер головки

DL Адрес устройства НГМД или НМД (0, 1, …, 80h, 81h, …)

ES:BX Адрес буфера для данных

На выходе: AH Состояние дисковода после завершения последней операции

CF 1, если произошла ошибка,

0, если ошибки нет

Примечание:

PC, XT, AT, PS/2

Эта функция позволяет прочитать один или несколько секторов диска в
буфер, находящийся в оперативной памяти. Для НМД номер дорожки и номер
сектора задаются следующим образом: биты 5…0 регистра CX задают номер
сектора, а биты 15…6 — номер дорожки. Перед чтением необходимо
подготовить таблицу параметров гибкого диска.

Запись сектора

На входе: AH 03h

AL Количество секторов, которые нужно прочитать

CH Номер дорожки

CL Номер сектора

DH Номер головки

DL Адрес устройства гибкого диска

ES:BX Адрес буфера для данных

На выходе: AH Состояние устройства после завершения последней операции

CF 1, если произошла ошибка,

0, если ошибки нет

Примечание:

PC, XT, AT, PS/2

Функция записи секторов аналогична предыдущей, за исключением
направления перемещения данных — данные записываются из буфера в один
или несколько секторов диска. Необходимо отметить, что при работе с
гибким диском не для всякой BIOS будет выполняться ожидание перед
выполнением операции записи, пока двигатель раскрутится до рабочей
скорости. В результате программа может получить признак ошибки.

Проверка сектора

На входе: AH 04h

AL Количество секторов, которые нужно проверить

CH Номер дорожки

CL Номер сектора

DH Номер головки

DL Адрес устройства НГМД или НМД (0, 1, …, 80h, 81h, …)

На выходе: AH Состояние устройства после завершения последней операции

AL Количество проверенных секторов

CF 1, если произошла ошибка,0, если ошибки нет

Примечание:

PC, XT, AT, PS/2

С помощью этой функции программа может убедиться, что указанные секторы
существуют и их можно прочесть. Данные проверяются по методу
циклического избыточного контроля (CRC). Адрес буфера не нужен, так как
при проверке секторов чтение данных в оперативную память не выполняется.
Заключение

Дискета (флоппи-диск) — это круглая пластинка в квадратном конверте,
покрытая с двух сторон магнитным материалом. Этот материал похож на тот,
что используется в магнитных лентах обычных бытовых магнитофонов, но
отличается по некоторым характеристикам (например, по форме и ширине
петли гистерезиза). Ближе к центру в диске находится маленькое
отверстие, предназначенное для синхронизации.

Когда дискета вставляется в дисковод, с обеих сторон (сверху и снизу) к
ней прижимаются магнитные головки. При этом нет никакого зазора между
головками и поверхностью дискеты. С помощью специального шагового
двигателя головки могут перемещаться скачкообразно вдоль радиуса диска,
как бы прочерчивая при вращении диска концентрические окружности. Эти
окружности называются дорожками, треками или цилиндрами.

Для начала pаботы диск должен быть форматирован, т. е. должна быть
создана физическая и логическая структура диска. В процессе
форматирования на диске образуются концентрические дорожки, которые
делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в
определенных местах диска метки дорожек и секторов.

В основу записи, хранения и считывания информации в накопителях на
гибких магнитных дисках положен магнитный принцип. При магнитном способе
запись информации производится на магнитный носитель (диск, покрытый
ферромагнитным лаком) с помощью магнитных головок.

В процессе записи головка с сердечником из магнитомягкого материала
(малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя
магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность).
Электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое
последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (0) элементы
носителя.

При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в
магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).
Носители информации имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной
бумаги (5,25″) или пластмассовый корпус (3,5″). В центре диска имеется
отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения
диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью
300 об/с.

Чтобы изменить информацию на магнитной ленте, надо прочитать всю ленту,
вставить изменения и перезаписать измененный вариант. Принцип гибкого
диска позволяет исправить конкретный сегмент записей, не затрагивая
остальной поверхности. Вот почему запись на диске может быть
осуществлена частями, каждая из которых вставляется в любое подходящее
место. Единственное дополнительное требование состоит в том, чтобы
оглавление на диске изменялось в соответствии с изменениями, сделанными
на этом диске.

     Список литературы

Букчин Л.В., Ю.Л.Безрукий Ю.Л. Дисковая подсистема IBM-совместимых
персональных компьютеров. – М., 1993.

Гореликов С.Х. IBM PC. Дисковая подсистема: контроллеры, накопители и их
обслуживание. – М., 1992.

Куперштейн. В. Современные информационные технологии в производстве и
управлении. — СПб.: БХВ, 2000.-304 с.

Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. Изд. 7-е. М.:
ИНФРА-М, 1997, 432 с.

Фролов А.В., Фролов Г.В. Библиотека системного программиста. Т. 1. Часть
1, 2, 3. Операционная система MS-DOS. М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1991, 1993.

Фролов А.В., Фролов Г.В. Библиотека системного программиста. Т. 2.
Аппаратное обеспечение IBM PC. Часть 1, 2. М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1992.

Фролов А.В., Фролов Г.В. Библиотека системного программиста. Т. 19,
MS-DOS для программиста. Часть 2, М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1995.

Шафрин Ю. Информатика. Информационные технологии: в 2 ч. М.: Лаборатория
Базовых Знаний, 2001.

Похожие записи