Антон Орлов - Тайны и секреты компьютера

При запуске компьютера и подаче напряжения на жесткий диск после краткого самотестирования микросхем винчестера начинает работать электродвигатель и раскручивает стопку дисков. Когда скорость вращения двигателя достигает определенной величины, за счет давления воздуха, увлекаемого дисками при вращении, держатели головок чуть-чуть приподнимают их над дисками, и под ними возникает воздушная подушка. Головки получают возможность перемещаться поперек стопки дисков, не касаясь их поверхности. Как только это происходит, контроллер винчестера дает им команду считать информацию стабилизации скорости вращения, всегда находящуюся в одних и тех же местах, а также таблицу переназначения дефектных секторов.

После этого производится самотестирование жесткого диска путем считывания определенной последовательности дорожек, и, если все прошло нормально, сообщение BIOS'у об успешном запуске винчестера.

BIOS, или базовая система ввода-вывода: Base Input-Output System, — это программа, записанная в микрочипе на материнской плате. Она содержит в себе функции управления ресурсами материнской платы и некоторых периферийных устройств, а также программу работы с жестким диском — считывания и записи данных, перемещения головок. Операционная система MS-DOS использует именно BIOS для работы с ресурсами компьютера — когда MS-DOS посылает команду считать данные с винчестера, то выполняет ее BIOS. Системы Windows9x/Me, Windows NT/2000/XP, Linux используют свои программы-драйвера для работы с винчестерами.

BIOS'у компьютера и операционной системе не обязательно поставляются точные данные о физическом строении ("физической геометрии") жесткого диска — о количестве цилиндров, головок, секторов. Электроника винчестера способна "на лету" пересчитывать данные "физической геометрии" в так называемую "логическую геометрию" диска и уже именно ее параметры сообщать BIOS'у. Например, старые модели BIOS не могут работать больше, чем с 1024 цилиндрами, 256 дорожками в цилиндре и 63 секторами на дорожке. Это связано с возможностями его так называемого "прерывания 13", способа работы с жестким диском, изначально в BIOS запрограммированного и используемого MS-DOS, а также операционными системами Windows во время загрузки. Поскольку развитие жестких дисков шло именно по пути увеличения количества цилиндров (в самом деле, представить себе жесткий диск с 256 головками одна над другой сложно), то для того, чтобы с диском можно было работать через BIOS, контроллер винчестера представляет BIOS'у, скажем, диск с 20480 цилиндрами и 4 дорожками как диск из 1024 цилиндров и 80 дорожек.

К сожалению, даже при использовании конвертации "физической геометрии" диска в «логическую» максимальный обьем винчестера, с которым можно работать средствами BIOS, составляет 1024*256*63*512= 8455716864 байт = около 8 гигабайт. С дисками большего обьема работать посредством 13-го прерывания BIOS невозможно. [19] Вернее, нельзя работать с данными, расположенными на диске за пределами его первых 8 гигабайт. Поэтому на новых материнских платах BIOS особым образом усовершенствован ("прерывание 13" сделано "расширенным"), и это ограничение емкости дисков в нем отсутствует.

Современные операционные системы при своей работе не используют 13-е прерывание BIOS, а поэтому могут работать с дисками весьма большого обьема. Но каждая операционная система должна загрузиться, а в процессе загрузки ее файлы могут быть считаны с диска только средствами BIOS'а. Поэтому в случае использования больших дисков со старым BIOS'ом с загрузкой операционной системы могут быть сложности.

Кроме того, на современных жестких дисках применяется особая форма разделения дорожек на секторы, при которой внешние дорожки, протяженность которых больше, чем внутренних, разбиваются на большее количество секторов. При этом для операционной системы диск все равно имеет равное количество секторов на каждой дорожке, а преобразование запросов операционной системы в команды блоку головок производится в соответствии со специальными таблицами, записанными в микросхемах жесткого диска.

В жестких дисках последних 7–8 лет выпуска имеется так называемая система S.M.A.R.T. (то есть "Self Monitoring Analysis and Reporting Technology") — особые компоненты устройства, предназначение которых заключается в отслеживании возможных неисправностей и устранении их по мере возникновения. Так, в то время как в старых дисках таблица переназначения дефектных секторов формировалась на заводе, выпускающем винчестеры, а впоследствии уже не могла изменяться, то в новых винчестерах система S.M.A.R.T. во время работы диска отслеживает качество записи и чтения с каждого сектора и при его снижении заранее переназначает сектор на резервный, не дожидаясь момента отказа. Изначально же область резервных секторов делается больше, чем нужно в момент изготовления диска, — с расчетом на будущее.