Háttértárolók.

Az előadások a következő témára: "Háttértárolók."— Előadás másolata:

1 Háttértárolók

2 Háttértárolók A háttértároló perifériákra két fő okból van szükség:
az adatok a gép kikapcsolása után bármilyen hosszú ideig tárolhatók legyenek (merevlemez, szalagok archiváláshoz) az operatív memória kapacitásának kibővítése cserélhető adathordozókkal

3 Háttértárak Papír alapú Mágneses elvű Optikai Lyukkártya Lyukszalag
ROM WARM WORM Szalagos Lemezes Hajlékony Merevlemez

4 Mágneses adattárolás Mágneses háttértárolók
véletlen elérésű (floppy, merevlemez) sorfolytonos elérésű (szalagok)

5 HDD Winchester Hard disk Vinyó Vinycsi Stb…
A merevlemezes tároló HDD Winchester Hard disk Vinyó Vinycsi Stb…

6 A HDD,az adat-rögzítés alapelvei
A merevlemezes tároló nagy sebességű és nagy tárolókapacitású háttértároló. Fizikailag egy vagy több közös tengelyen elhelyezett lemezből áll, melynek a bevonata mágneses mezőre érzékeny. Minden lemez mindkét oldala írható és olvasható (ez alól csat a két szélső lemez burkolat felőli oldala lehet kivétel.) Minden lemezoldalhoz tartozik egy író- és egy olvasófej. (Ezeket már kivétel nélkül egybeintegrálva készítik el. Az összes fej egyszerre mozdul el, a fejmeghajtó elektronika biztosítja, hogy az összes lemezoldalra egyszerre történjen meg az írás vagy olvasás).

7 A lemez felülete speciális anyag, melynek elemi részecskéi a mágneses mezőtől függő irányba állnak be. A fej típusa nyitott lágyvas, melyen egy tekercset helyezünk el. Ha a tekercsen váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor a vasmag két vége közti nyílásban mágneses mező indukálódik. (Tulajdonképpen a tér minden irányában tapasztalunk mágneses mezőt, de ennek erőssége elenyésző a részben lévő mezőhöz képest.). A mágneses erővonalak „kigyűrődnek" a vasmag síkjából. Ezek az erővonalak érintkeznek tulajdonképpen a lemezzel.

8 A mágneses rögzítés elve
Mágneses erővonalak

9 Az erővonalak iránya a lemezbevonat részecskéit a megfelelő irányba állítják. Mivel a számítógép digitális működésű és bináris kódolást használ, ezért a jeleknek csak két állapota, 0 és 1 lehet.

10 Amikor írunk a lemezre, mindig csak egy fej dolgozik egy időben
Amikor írunk a lemezre, mindig csak egy fej dolgozik egy időben. Szembekerülünk azonban két problémával, amely ugyanazt az eseményt okozza. Ha a lemez forgási sebessége állandó, akkor a lemez külső és belső széle nem egyforma kerületi sebességgel forog. Ezen lehet segíteni, hogy ha az elektronika a forgási sebességet úgy változtatja, hogy a fej alatti sáv kerületi sebessége állandó maradjon. A másik probléma, hogy a lemezeket forgató motor fordulatszáma nem állandó, bizonyos tűrési tartományon belül mozog. Ennek az eredménye, hogy a lemez forgási sebessége is ingadozni fog. Ez a beolvasásnál is és az írásnál is komoly probléma, mert így a szektorhatárokat nehéz megtalálni. Ennek kiküszöbölésére az információt kódoljuk és a kódolásban beépítünk olyan információt, mely megoldja a szinkronizációt.

11 A legismertebb kódolási eljárások:

12 KÓDÓLÁSI ELJÁRÁSOK Az FM eljárás Az MFM eljárás Az RLL eljárás 6 4 6 3
1 1 1 1 1 1 1 Az FM eljárás Az MFM eljárás Az RLL eljárás 1 1 1 1 1 1 1

13 FM (Frekvenci Modulation, frekvencia moduláció)
FM (Frekvenci Modulation, frekvencia moduláció). Ennél a kódolásnál az alacsony és a magas szinteket eltérő frekvenciájú jelek jelzik. Általában a 0 szinthez egy nagyságrenddel alacsonyabb frekvenciájú jel tartozik, mint az 1 szinthez. - MFM (Modify Frekvency Modulation, módosított frekvencia moduláció). Az FM kódolás hiányosságait hivatott kiküszöbölni az MFM eljárás. Az első winchestereknél ezt használták, a h hajlékonylemezek még ma is ezt a kódolást használják. A jeleket itt felfutó élek jelölik. A két szintet a felfutó él elhelyezkedése határozza meg. 0 szintet a bithatár elején lévő, míg az 1 állapotot a bitközépen elhelyezkedő felfutó él jelöli. Ha az 1-est 0 követi, , akkor ott nincs impulzus a kódolt jelben. Erre azért van szükség, mert akkor túl közel kehülne két impulzus, és zavar esetén ezek egybefolyhatnak. Ha ez bekövetkezne, nem érzékelnénk a bitváltozást.

14 Manchester kódolás. Ez a kódolás nullára szimmetrikus feszültségszinteket használ. Itt a biteket jelátmenet jelképezi, az ugrás irányának is szerepe van. Például 0~1 átmenet 1-est, az 1 ~0 átmenet 0-át jelöl. Akkor, ha több azonos bit követi egymást, akkor a jelnek a két bit között vissza kel térnie az eredeti szintre azért, hogy a következő bitidőben ugyanolyan átmenet .­következhessen. - RLL kódolás: Kifejlesztésénél a cél az volt, hogy a fluxusváltozást tovább csökkentsék. Ezt az adatok átkódolásával sikerült megoldani. A kódolás elve viszonylag egyszerű, két 1 állapot között meghatározott számú 0 állapotnak kell lennie. Ez a módszer kapta az RLL (Run Lenght Limited, futási hossz korlátozás) nevet.

15 Lemezkezelés: Fizikai felépítés

16 A lemezek koncentrikus körökre vannak felosztva: sávok.
A sávok a fejek sugárirányú elmozdulásával érhetők el. Az egymás alatti sávok egy cilindert alkotnak, ennek adatai fejmozgás nélkül elérhetőek. Mindegyik sáv megadott számú, egyenlő kapacitású adattároló helyet tartalmaz, ezek a szektorok. A szektor a lemezen kezelhető legkisebb fizikai adategység. Egy szektorhoz való hozzáférésnek (írásnál vagy olvasásnál) a szektort három paraméter megadása azonosítja: a cilinder száma (C = cylinder), a fej száma (H = head), a szektor száma (S = sector). Ezeket az információkat a szektor kezdő része, az ún. szektorfej tartalmazza

17 A merevlemez mechanikai szerkezete
A felületen koncentrikus körökben helyezkednek el a sávok melyek szektorokra vannak osztva. Struktúrák a lemezen: (A) Sáv (B) Mértani szektor (C) Informatikai szektor (D) Adat-cluster

18

19 Egyértelmű, hogy a lemez külső részén található sávokon nagyobb hely van a szektorok számára (nagyobb a kerületük), így itt több szektor alakítható ki:

20

21

22

23

24 Az alacsonyszintű formázáskor alakul ki a lemez tényleges kapacitása
Az alacsonyszintű formázáskor alakul ki a lemez tényleges kapacitása. Értelemszerűen minél sűrűbben jönnek egymás után a sávok, illetve minél sűrűbben írjuk fel a biteket egy sávba, annál nagyobb kapacitást kapunk. Ennek megfelelően két mértékkel jellemezzük a lemez adatsűrűségét: TPI (Track Per Inch): A lemezen sugárirányban 1 inch hosszon található sávok száma - vagyis milyen sűrűn írjuk fel a sávokat. (Egy mai merevlemez TPI értéke több tízezer.) BPI (Bit Per Inch): A lemezen egy sáv 1 inchén belül található bitek száma - vagyis milyen sűrűn irjuk fel a sávban a biteket. (Egy mai merevlemez BPI értéke több százezer) A mai típusoknál egy felületen legalább (!) sáv kialakítása lehetséges. A külső sávcsoportoknál a sávonkénti szektorszám 2.500, míg a belső sávcsoportoknál Ezek a számok persze csak tájékoztató jellegűek, és az adott winchesterhez tartozó fizikai paraméterek, melyeket a felhasználó nem lát!!!!

25 A winchesterek esetében a legkisebb címezhető egység a szektor (általában 512 bájt). Tudni kell, hogy ilyen kis egységet az operációs rendszer csak speciális beállítás esetén tud kezelni. Az operációs rendszerek minden esetben cluster (fürt) szinten kezelik a tárolókat. A cluster méretét a formattálás alakítja ki. Ennek értéke függ az alkalmazott operációs rendszertől (W9x, NT, Novell, Linux, stb.) a kialakított partíció méretétől, valamint az alkalmazott fájlrendszertől (FAT-16, FAT-32, NTFS, stb.). Mindezek függvényében egy cluster 2-64 szektor méretű lehet.

26 A szektor lemezen minden szektor két részből áll: a szektorfejből és az adatblokkból. Ezek kezdetét egy-egy azonosító mutatja meg (IM = Identifier Mark, DM = Data Mark). Az adatblokk mérete tipikusan 512 bájt. Mivel a legkisebb adategység a szektor, a merevlemez fizikai kezelése szektorszintű műveletekkel történik.

27 A szektor fizikai felépítése

28 Winchester fordulatszámok
5400 rpm notebook winchesterek, mai (2010) nagykapacitású (1,5TB) merevlemezek 7200 rpm notebook és IDE winchesterek 10000 rpm nagyteljesítményű IDE és SCSI winchesterek 15000 rpm nagyteljesítményű SCSI winchesterek

29 A merevlemez logikai szerkezete
Logikai formázás: kialakítja a lemezen az alkalmazni kívánt fájlrendszert. A fájlok elhelyezkedését a lemez elején létrehozott FAT tábla mutatja, amely után a hierarchikus fájlrendszer gyökérkatalógusa következik. Alapegysége: a több szektorból álló szektorcsopor (klaszter = cluster). A fájlok a lemezen klaszterekre vannak osztva, így az operációs rendszer írni és olvasni a merevlemezt csak klaszterenként tudja. Egy klaszterben található szektoroknak a száma a lemez kapacitásától függ.

30 Állomány-elhelyezési tábla:
Az állomány-elhelyezési tábla (FAT = File Allocation Table) az állományok rekordjainak, azaz klasztereinek a lemezen történő elhelyezkedését tárolja. Ezzel tartja nyilván az OS a lemezterületek foglaltságát A FAT hibátlansága a rendszer működésének elengedhetetlen feltétele.

31 A partíciók A lemezen kialakított fizikai szerkezet önmagában még nem teszi lehetővé, hogy állományokat is tároljunk rajta. Ehhez a következő lépésket kell még megtenni: A lemez partícionálása A partíción a logikai fájlszerkezet kialakítása (logikai formázás)

32 A partíció fogalma Egy lemez összefüggő fizikai szerkezetét tehát logikailag egymástól logikailag független részekre bontjuk. Ezeket a részeket nevezzük partícióknak, a felosztás folyamatát pedig particionálásnak.

33 Háromféle partíciót különböztetünk meg.
Elsődleges (primary) partíció. Legfontosabb tulajdonsága, hogy a különböző operációs rendszerek szeretnek az elsődleges partícióról indulni. Egy merevlemezen az elsődleges partíciók száma (PC-s rendszerekben) 0, 1, 2, 3 vagy 4. A partíciókhoz a Windows operációs rendszer általában betűt rendel (C:, D: stb.), de lehetőség van már itt is arra, hogy egy partíció egy könyvtárban jelenjen meg.

34 Kiterjesztett (extended) partíció.
A kiterjesztett partíció nem formázható, csupán újabb, úgynevezett logikai partíciók hozhatók rajta létre. Extended partíció száma (PC-s rendszerekben) 0 vagy 1 lehet.

35 Logikai partíció, mely az előzőek szerint az extended partíción található. Számuk nem korlátozott. (maximum 128 logikai meghajtó támogatott). A Windows ezekhez is betűt rendel .

36 A dinamikus lemezek, kötetek:
a dinamikus lemezeken akár 1000 partíció is létrehozható. Alaplemeznél nincs bonyolítás, partíció, partíció, egy kutya. Dinamikus lemezeknél viszont 5 féle kötet létezik: egyszerű, átnyúló, sávos, tükrözött, RAID-5.

37 Honnan tudja a rendszer, hogy hány partícióra van felosztva a merevlemez, illetve hol vannak ezek a partíciók?

38 Egy kis előzetes:

39 MBR - Master Boot Record
PC-s rendszerekben a lemez 0. szektora (melynek neve MBR, azaz Master Boot Record) tartalmaz egy partíciós táblát és egy kis programot. A partíciós tábla felfogható a merevlemezen levő partíciók ’tartalomjegyzékének’ ! Az MBR partíciós tábla mindig a 0. Számú logikai szektor, a 0. sávon a 0. fejjel elérhető 1. fizikai sorszámú szektor. Ahogy egy könyv tartalomjegyzéke megmutatja, hogy a könyv bizonyos fejezetei a könyv hányadik oldalán kezdődnek, úgy a Master boot record-ban levő partíciós tábla is megmutatja, hogy a partíciók a merevlemezen hol találhatóak.

40 A partíciós táblának 4 sora van, és ezekben vannak eltárolva az elsődleges partíciók és a kiterjesztett partíció adatai. A kiterjesztett partíció által tartalmazott logikai partíciók táblázata nem a MBR-ben, hanem a kiterjesztett partícióban található. Mivel 4 sor van, ezért lehet maximum 4 partíció. Ha ebből mind a 4 elsődleges, akkor nem lehet kiterjesztett (így logikai sem), ha meg van 1 kiterjesztett (több nem lehet), akkor maximum mellette 3 elsődleges található.

41

42 Mint minden szektor, a MBR is 512 bájt terjedelmű
Mint minden szektor, a MBR is 512 bájt terjedelmű. A Master boot record (MBR) partíciós táblájában mindegyik partíció bejegyzése a következő információk leírásából áll: aktív állapotot jelző bájt: azt jelzi, hogy a partíció aktív-e vagy sem (Az aktív partícióról próbálja meg betölteni az operációs rendszert) partíció kezdete és vége (vagyis a partíció melyik cilinder melyik lemezoldalának melyik szektoránál kezdődik, illetve melyiknél végződik) partíció mérete (szektor darabszámban kifejezve) - maximum 2 TerraByte méretű lehet egy partíció partíció típusa (ami lehet elsődleges vagy kiterjesztett)

43

44 A MBR épsége nagyon fontos
A MBR épsége nagyon fontos. Ha a MBR-ben levő partíciós tábla megsérül, akkor a számítógép indítását követően a MBR program nem találja meg az indítandó operációs rendszer partícióját, következésképpen az operációs rendszer nem fog elindulni. Amennyiben a MBR program a partíciókat nem találja meg, a merevlemez partíción tárolt fájlok és könyvtárak sem lesznek elérhetőek. Ha a MBR program sérül meg, akkor a merevlemezről nem fog az operációs rendszer bootolni.

45 Az MBR működése: Tartalma:
A szektor első részében egy programot találunk, ami az igazi partíciós táblát értelmezi és a betöltésre kijelölt partíció betöltő szektorat beolvassa. Valamint a partíció táblát. (Ez a HDD felosztásáról, partícióiról tartalmaz adatokat, jellemzőket.

46 Betöltődés „BOOT” rendszer induláskor:
A bootolás az a folyamat, mely a számítógép bekapcsolásától az operációs rendszer betöltődéséig tart.

47 A bootolás lépései a következők:
0. PC be kapcsolás…. 1. Először az alaplap BIOS rendszere kapja meg az vezérlést. A BIOS különféle ellenőrzéseket végez annak megállapítására, hogy a számítógép hardver eszközei (RAM memória, billentyűzet, merevlemez, stb.) rendben vannak-e. Ezt a néhány másodpercig tartó ellenőrzési folyamatot power on self test-nek vagy rövidítve POST-nak nevezik. 2. Miután a POST ellenőrzések sikeresen végrehajtódnak, a BIOS megnézi, hogy milyen hardver eszközről kell végrehajtani a bootolást (lehetséges esetek: floppy, merevlemez, CD/DVD, sőt újabban USB flash drive). A továbbiakban azt az esetet vizsgáljuk, amikor merevlemezről indul az operációs rendszer bootolása.

48 3. A ROM BIOS program az önteszt és a kezdeti paraméterek beállítása után az első fizikai szektort (MBR és a partíciós tábla) betölti a 07COOh RAM címre, majd a vezérlést átadja erre a címre. Innentől az MBR betöltő programja fut!

49 4. Átmásolja önmagát a 00600h címre, majd a végrehajtást innen folytatja.
5. Elemzi a partíciós tábla első bejegyzését. Ha nem aktív, akkor átugrik a következő bejegyzésre. Amennyiben nem talál aktív bejegyzésű partíciót, akkor az operációs rendszert az A: meghajtóról próbálja meg elindítani. Amennyiben van a meghajtóban lemez, de nem tartalmaz operációs rendszert, vagy nincs benn lemez, akkor az üzenettel kér minket, hogy helyezzünk be rendszerlemezt.

50 Abban az esetben, ha egy partíció bejegyzés nem OOh vagy 80h, akkor az „Invalid partition table" üzenetet kapjuk. Ennek eredménye, hogy itt végtelen ciklusba lép. Ebből csak a számítógép újraindításával lehet kibillenteni. Ha egy bejegyzés aktív, tárolja a betöltő szektor tartalmát. 6. Betölti az aktív partícióhoz tartozó betöltő (Az aktív partíció boot rekordja egy másik, saját kis boot programot (bootstrap code) tartalmaz) szektort a 07COOh memória címre.

51

52 Abban az esetben., ha az előbbi művelet többszöri kísérletezés után is eredménytelen, akkor az „Error loading operating system" üzenet íródik ki a képernyőre. Az üzenetet kiírása után az MBR program végtelen ciklusban kerül. Ha a betöltő szektor utolsó szava (2 bájt) nem SSAah, akkor a„Missing operating system" üzenetet írja ki a program és végtelen ciklusba lép.

53 7. Sikeres betöltés esetén a művelet végeztével átugrik a betöltő szektor végrehajtásához a 07COOh címre. 8. Ez a bootstrap program elkezdi az aktív partíción található operációs rendszert a merevlemezről betölteni a memóriába. Ettől kezdve már az operációs rendszer saját boot lépései következnek.

54 Vége