Podstawy budowy komputera PC (na podstawie WIKIPEDII)

Płyta główna

Płyta główna P4PE firmy

ASUSTeK Computer

(

ASUS

)

Płyta główna w urządzeniach

elektronicznych

to najważniejsza płyta drukowana

urządzenia na której zamontowano najważniejsze elementy urządzenia,
umożliwiająca komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom.

W

komputerze

na płycie głównej znajdują się

procesor

,

pamięci operacyjna

lub

gniazda do zainstalowania tych urządzeń oraz gniazda do zainstalowania dodatkowych płyt zwanych kartami
rozszerzającymi (np.

PCI

), urządzeń składujących (

dyski twarde

,

napędy optyczne

itp.) i

zasilacza

.

Koncepcję zbudowania komputera osobistego wyposażonego tylko w minimum potrzebnych urządzeń
zmontowanych na jednej płycie drukowanej oraz gniazd do których podłącza się dodatkowe urządzenia
zapoczątkowała firma IBM wprowadzając komputer osobisty zwany PC.

W konstrukcjach oraz dla niektórych urządzeń zewnętrznych (

port szeregowy

,

port równoległy

,

USB

,

złącze

klawiatury

,

złącze myszy

).

Kontrolery poszczególnych urządzeń zgrupowane są głównie w dwóch mostkach -

północnym

i

południowym

.

Mostek północny, podłączony bezpośrednio do procesora przy pomocy

FSB

, zawiera kontroler pamięci oraz

kontroler szyny graficznej (w przypadku zintegrowania kontrolera pamięci z procesorem mostek ten może nie
występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez

HyperTransport

mostek południowy).

Mostek południowy, podłączony do mostka północnego, może zawierać kontrolery PCI, USB, dźwięku,

Ethernetu

, dysków (

ATA

,

SATA

); do niego też zazwyczaj podłączone są dodatkowe zewnętrzne kontrolery (np.

IEEE 1394

). Na płycie głównej umieszczony jest także

zegar czasu rzeczywistego

.

Kontroler

Kontroler, urządzenie kontrolujące i regulujące pracę różnych urządzeń znajdujących się np. w

komputerze

.

Można tam znaleźć między innymi kontrolery

SATA

,

ATA

,

USB

,

SCSI

itd. Komputerowe kontrolery można

podzielić na wewnętrzne (wbudowane w płytę główną) lub umieszczane wewnątrz

jednostki centralnej

portach

PCI, PCI X, PCI E, ISA i zewnętrzne umieszczane w portach USB, PCIMCA (w laptopach), COM.

ATA (

ang.

Advanced Technology Attachments) -

interfejs

systemowy w

komputerach klasy PC

przeznaczony do komunikacji

z

dyskami twardymi

zaproponowany w

1983

przez firmę

Compaq

.

Używa się także skrótu IDE (zamiennie z ATA), od

2003

roku

(kiedy wprowadzono

SATA

) standard ten jest określany jako PATA

(od "Parallel ATA").

Standard ATA jest ciągle rozwijany w kierunku zwiększania
szybkości transmisji. Początkowo stosowano oznaczenia ATA-1, -2
itd., obecnie używa się określeń związanych z zegarem taktującym interfejs (ATA/33, ATA/66, ATA/100,
ATA/133).

ATAPI (

ang.

Advanced Technology Attachment Packet Interface) - rozszerzona wersja standardu

ATA

, który

początkowo przeznaczony był do obsługi

dysków twardych

. Wersja ta stworzona ze względu na

zapotrzebowanie na podłączanie do

komputera

PC

innych urządzeń, zazwyczaj obsługujących wymienne

media. Głównie dotyczyło to, napędów

CD-ROM

,

napędów taśmowych

, czy też

dyskietek

o dużych rozmiarach

PeCetologia str. 2 z 12

-

ZIP

,

SuperDisk

. W wyniku wprowadzonych zmian w standardzie ATA, od tamtej pory przyjął on nazwę

ATA/ATAPI - jednak większość osób posługuje się jego starą, krótszą nazwą.

SATA (

ang.

Serial Advanced Technology Attachment) - szeregowa

magistrala

Serial ATA jest następcą

równoległej magistrali

ATA

. Do transmisji przewidziane są cieńsze i bardziej elastyczne

kable

z mniejszą

ilością styków, co pozwala na stosowanie mniejszych złączy na płycie głównej w porównaniu do równoległej
magistrali

ATA

.

Interfejs

przeznaczony do komunikacji z

przepływnością

150

MB

/

s

, umożliwiający szeregową

transmisję danych między

kontrolerem

a

dyskiem

komputera z

przepustowością

ok. 1,5

Gb

/

s

.

Dodatkowo budowa kabli upraszcza instalację i prowadzenie ich w

obudowie

, co poprawia warunki chłodzenia

wewnątrz obudowy.

Organizacja Serial ATA Working Group pracująca nad tym standardem zakończyła już prace nad jego drugą
wersją (

SATA-2

), która umożliwia dwukrotnie większy transfer niż jej poprzednik. Planowana jest też trzecia

wersja tego interfejsu, która ma umożliwić przesyłanie danych z prędkością 600

MB

/

s

.

15 – pinowa wtyczka zasilająca

7 – pinowa wtyczka kabla do przesyłania danych

SCSI

SCSI [wym. SKAZI] - skrót z

ang.

Small

Computer Systems Interface - równoległa

magistrala danych

przeznaczona do

przesyłania

danych

między urządzeniami.

Wszystkie urządzenia podłączone do
magistrali są równorzędne, każde z nich może
pełnić rolę zarówno inicjatora (rozpoczynać
operację) jak i celu (wykonywać operację
zleconą przez inicjator). Niektóre

urządzenia

potrafią pełnić tylko jedną z ról.

Kontroler

SCSI-2 ze złączami 50-pin na

karcie rozszerzeń

z

interfejsem

ISA

W znakomitej większości konfiguracji do magistrali poprzez

kontroler

podłączony jest jeden

komputer

oraz

urządzenia

pamięci masowej

(

dyski twarde

oraz

napędy taśmowe

).

Każde z urządzeń podłączonych do magistrali SCSI posiada unikatowy w obrębie magistrali adres -
identyfikator (ang. SCSI ID). Pierwotnie do adresowania urządzeń wykorzystywane były trzy

bity

magistrali co

pozwalało na połączenie ze sobą maksymalnie 8 urządzeń. W chwili gdy magistrala danych rozrosła się do
szerokości 16 bitów została również rozszerzona do 4 bitów część adresująca urządzenia. Identyfikator pełni

PeCetologia str. 3 z 12

również rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby jednoczesnego dostępu więcej niż jednego urządzenia do
magistrali. Zwyczajowo kontroler posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją
również tzw. LUN (ang. Logical Unit Number) identyfikujące tzw. urządzenie logiczne na jakie może być
podzielone urządzenie fizyczne SCSI. Przykładem takiego urządzenia mogą być zmieniarki płyt CD, w których
poszczególne elementy składowe (magazynki, czytniki) mogą być identyfikowane przy pomocy LUN.

Magistrala SCSI pozwala na podłączenie dysku do więcej niż jednego komputera (tzw. układ V). Możliwe jest
również przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie
kopii

macierzy dyskowej

na taśmie magnetycznej).

Magistralę SCSI można podzielić ze względu na kilka kryteriów:

•

sposób transmisji:

o

asynchroniczny

o

synchroniczny

•

prędkość (częstotliwość) transmisji

o

5 MHz

o

10 MHz

o

20 MHz

o

80 MHz

o

160 MHz (przy 16 bitach daje to 320 MB/s)

•

szerokość magistrali

o

8 bitów

o

16 bitów

•

parametry elektryczne

o

sterowanie napięciowe (Single Ended) oznaczane jako SE

o

sterowanie różnicowe (Differential lub High Voltage Diferenetial) - HVD

o

sterowanie różnicowe niskonapięciowe (Low Voltage Differential) - LVD

Wyróżniamy kilka odmian SCSI:

•

SCSI-1: pierwsza wersja standardu. Pozwalała na transfer z prędkością 5 MB/s na odległość 6 m,

•

SCSI-2: kolejna wersja standardu. Składa się z dwóch wariantów, zwiększających transfer do 10 lub 20
MB/s (odpowiednio Fast SCSI i Wide SCSI). Maksymalna odległość to około 3 metry,

•

SCSI-3: znany jako

Ultra SCSI

, prędkość transferu 20-40 MB/s, teoretycznie maksymalna odległość

zostaje nadal 3 metry,

•

Ultra2 SCSI: wprowadzono technologię Low Voltage Differential, pozwalającą na zwiększenia
maksymalnej odległości do ~12 m. Prędkość transferu 40-80 MB/s,

•

Ultra3 SCSI (Ultra160 SCSI): maksymalny transfer 160 MB/s, dodano funkcje wspomagające
wykrywanie i usuwanie przekłamań.

•

Ultra4 SCSI (Ultra320 SCSI): maksymalny transfer 320 MB/s.

Elektryczna budowa magistrali SCSI wymaga zakończenia jej specjalnym

terminatorem

.

System SCSI jest obecnie wykorzystywany głównie w wysokiej klasy

serwerach

i stacjach roboczych. Tańsze

komputery domowe wykorzystują przeważnie standard

ATA

/

IDE

.

PCMCIA (

ang.

Personal Computer Memory Card International Association) to międzynarodowe

stowarzyszenie producentów

kart pamięci

dla

komputerów osobistych

. Celem organizacji jest wprowadzenie

i rozwijanie międzynarodowego standardu

kart rozszerzeń

dla

komputerów przenośnych

.

Karty PCMCIA

Karta WLAN-PCMCIA Netgear WG511 802.11b/g, PCMCIA Typ II.

PeCetologia str. 4 z 12

Karty PCMCIA pełnią obecnie funkcje kart rozszerzeń. Celem ich zastosowania jest rozszerzenie
funkcjonalności komputera. Posiadają ustandaryzowane wymiary przypominając wielkością

kartę kredytową

(85,6 × 54 mm). Poszczególne generacje kart przestrzegają powyższego standardu, w swych wymiarach różniąc
się jedynie grubością.

Pierwotnym obszarem zastosowań kart PCMCIA było rozszerzanie pamięci komputera przenośnego. Wraz z
rozwojem technologii obszar ten uległ poważnej ekspansji i obecnie pełnią one rolę

modemów

,

kart sieciowych

lub

dysków twardych

.

Rodzaje kart PCMCIA

•

Karta typu I - karta o grubości 3,3 mm pełniąca funkcje karty pamięci

SRAM

lub

Flash

.

•

Karta typu II - karta o grubości 5,0 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (modem lub karta sieciowa).

•

Karta typu III - karta o grubości 10,5 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (dysk twardy).

Montaż kart PCMCIA umożliwia gniazdo PCMCIA.

Gniazdo PCMCIA

Umożliwia łatwy montaż kart PCMCIA w komputerach przenośnych. Pierwsze gniazda PCMCIA zapewniały
16

bitowy

przepływ danych. Obecnie jest on 32 bitowy i pracuje z częstotliwością 33

MHz

(zapewniając

maksymalny transfer danych 133

MB/s

) przy napięciu 3,3

V

.

USB

(

ang.

Universal Serial Bus - uniwersalna magistrala szeregowa) to opracowany przez firmy

Microsoft

,

Intel

,

Compaq

,

IBM

,

DEC

rodzaj portu komunikacyjnego komputerów, zastępującego stare

porty szeregowe

i

porty równoległe

. Port USB jest uniwersalny, pozwala na podłączanie do

komputera

wielu urządzeń, na

przykład:

kamery wideo

,

aparatu fotograficznego

,

skanera

lub

drukarki

.

Większość współczesnych

systemów operacyjnych

obsługuje złącze USB.

Microsoft Windows 95

od wersji

OSR2 (istnieje także poprawka do wersji OSR1 udostępniająca obsługę USB).

Praca w sieci

Jedną z ważniejszych cech portu USB jest zgodność z

Plug and Play

. Urządzenia w tym standardzie można

łączyć ze sobą tworząc

sieć

. W całej sieci można podłączyć do 127 urządzeń USB, jednak ze względu na pobór

mocy ich liczbę trzeba ograniczyć. W jednej sieci mogą pracować urządzenia o różnych prędkościach
transmisji.

Magistrala wymaga obecności dokładnie jednego

kontrolera magistrali

, którego rolę pełni komputer (

host

).

Uniemożliwia to bezpośrednie połączenie dwóch komputerów (wymagany przewód ze specjalnym układem)
oraz bezpośrednie połączenie ze sobą urządzeń peryferyjnych (brak

kontrolera

)

Typy i prędkości

Urządzenia USB możemy podzielić ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami na:

•

1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować z prędkościami 1.5 Mbit/s lub 12
Mbit/s

•

2.0 Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z prędkością 480 Mbit/s

Na opakowaniach produktów można znaleźć oznaczenia USB 2.0 i podobne, ważniejszą informacją jest jednak
szybkość transmisji.

PeCetologia str. 5 z 12

•

Full Speed

- 12 Mbit/s największa prędkość przed USB 1.1

•

Hi-Speed

- 480 Mbit/s - dostępne w USB 2.0 - urządzenia działające z tą prędkością powinny mieć

nalepkę

Hi-Speed

Typy złącz USB

Wtyczka USB typu A

Wtyczka USB typu B

Piny wtyczek standardowych

Wtyczka mini-USB

Piny wtyczek mini

Wtyczka USB typu A - grafika w formacie

SVG

Transmisja elektryczna

Transmisja odbywa się przy wykorzystaniu dwóch przewodów (zielonego Data+ i białego Data-). Magistrala
zawiera również linię zasilającą (czerwony (+5

VDC

) i czarny (

masa

) przewód) o napięciu 5 V i maksymalnym

poborze prądu 0,5 A. W starszych płytach głównych występuje zamiast czterech pięć styków dla każdego
gniazda USB, piąty styk należy połączyć z czarnym przewodem

GND

płytki z gniazdem.

Przewód

Nr

Sygnał

Opis

czerwony

1

VDC lub VCC

zasilanie +5

V

(maks. 0,5

A

)

biały albo żółty

2

transmisja danych D-

zielony

3

transmisja danych D+

czarny

4

GND

masa

Kontroler USB

Jest

kartą rozszerzeń

umożliwiająca podłączanie urządzeń korzystających z interfejsu USB do komputerów nie

posiadających tego złącza. Karty takie występują w różnych wersjach w zależności od ilości portów i ich
rodzaju (USB 1.1 lub USB 2.0).

BIOS (akronim

ang.

Basic Input/Output System - podstawowe procedury wejścia-wyjścia) to zapisany w

pamięci stałej, inny dla każdego typu

płyty głównej

komputera

, zestaw podstawowych procedur

pośredniczących pomiędzy

systemem operacyjnym

a sprzętem. Program konfiguracyjny BIOS-a to

BIOS setup

.

PeCetologia str. 6 z 12

Program zapisany w pamięci

ROM

(Read Only Memory - pamięć tylko do odczytu) płyty głównej oraz innych

urządzeń takich jak

karta graficzna

. W wypadku płyty głównej BIOS testuje sprzęt po włączeniu komputera,

przeprowadza tzw.

POST

(akronim

ang.

"Power On Self Test"), zajmuje się wstępną obsługą urządzeń

wejścia/wyjścia, kontroluje transfer danych pomiędzy komponentami takimi jak

dysk twardy

,

procesor

czy

napęd

CD-ROM

. Inicjuje

program rozruchowy

. BIOS potrzebny jest w

komputerach osobistych

ze względu na

architekturę

płyt głównych

, gdzie dzięki

ACPI

kontroluje zasilanie, a poza tym monitoruje temperaturę itp.

Za pomocą wbudowanego w BIOS programu setup można zmieniać standardowe ustawienia BIOS-u, np.
parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość
testowania pamięci

RAM

), a także włączać/wyłączać niektóre elementy płyty głównej, np.

porty

komunikacyjne

. Za pomocą BIOS-u można też przetaktowywać procesor (zmiana

częstotliwości

i

mnożnika

),

jednak nie jest to zalecane, ponieważ może doprowadzić do przeciążenia urządzenia, a nawet jego uszkodzenia.

Obecnie większość BIOS-ów zapisywana jest w pamięciach typu

Flash

, co umożliwia ich późniejszą

modyfikację.

Sektor rozruchowy jest obszarem obejmującym najczęściej pierwsze 512 bajtów

dysku twardego

,

dyskietki

,

podobnego nośnika danych lub samej

partycji

. Każda partycja posiada sektor rozruchowy, natomiast cały dysk

posiada

Główny Sektor Rozruchowy (MBR)

. Sektor rozruchowy partycji może posiadać własny

program

rozruchowy

, co wykorzystuje program

NT OS Loader

służący do uruchamiania systemów operacyjnych z

rodziny

Windows NT

, z wyjątkiem Windows Vista. Program rozruchowy zawarty w sektorze rozruchowym

partycji może zostać wykonany tylko po przekazaniu mu sterowania przez program rozruchowy zawarty w
MBR-ze, ponieważ

BIOS

umie uruchamiać program rozruchowy tylko z MBR-u.

Ź

ródło: "

http://pl.wikipedia.org/wiki/Sektor_rozruchowy

"

Program rozruchowy (

ang.

boot loader) to program uruchamiany jako pierwszy po wykonaniu początkowego

programu BIOS-u (lub EFI). Służy do załadowania systemu operacyjnego do

pamięci operacyjnej

. Wiele ma

także funkcje

menedżera uruchamiania

(pozwala wybrać system do uruchomienia).

Nagłówek (segment startowy) programu rozruchowego w komputerach PC może być umieszczony w
pierwszym, 446-bajtowym fragmencie

sektora MBR

dysku twardego

. W systemach DOS/Win32 jest tam

zapisany program, który ładuje kolejny program rozruchowy z partycji oznaczonej jako aktywna. W

systemach

uniksowych

pliki dodatkowe programu rozruchowego znajdują się zazwyczaj w katalogu lub partycji

montowanej

w

katalogu

/boot.

Program rozruchowy oraz cały system operacyjny może być pobierany także z innych urządzeń takich jak
stacja

dyskietek

, napęd

CDROM

, dyski

USB

a nawet spoza komputera, z serwera w

sieci lokalnej

(zob.

PXE

).

PXE (

ang.

Preboot Execution Environment) – rozwiązanie w technice komputerowej, umożliwiające

uruchomienie na

komputerze

systemu operacyjnego

, mimo że nie jest on na nim zainstalowany, a nawet gdy

komputer nie posiada żadnych urządzeń mogących taki system przechowywać, takich jak

dysk twardy

, stacja

dyskietek

, napęd

CDROM

, dyski

USB

, czy inne. PXE to tryb pracy, w którym komputer wyposażony w

specjalną

kartę sieciową

łączy się z

serwerem

obsługującym protokoły

DHCP

i

TFTP

, i z niego pobiera

system

operacyjny

.

Działanie PXE składa się z kilku etapów.

•

Po włączeniu komputera uruchamia się procedura startowa

BIOS

z pamięci karty sieciowej (zazwyczaj

jest to pamięć typu Flash). Program ten próbuje znaleźć w

lokalnej sieci

serwer

DHCP

.

•

Od serwera otrzymuje swój

adres IP

oraz nazwę pliku z programem, przechowywanego na serwerze.

•

Otrzymawszy adres IP, PXE pobiera z serwera protokołem

TFTP

wskazany plik. Procedura startowa ma

do dyspozycji bardzo mało pamięci, dlatego pobierany plik nie zawiera systemu operacyjnego, a jedynie
krótki program rozruchowy (ang.

bootstrap

,

boot loader

).

PeCetologia str. 7 z 12

•

Po uruchomieniu

program rozruchowy

pobiera z serwera TFTP dalsze pliki z systemem operacyjnym,

rozmieszcza je w

pamięci

komputera i przeprowadza właściwy start

systemu operacyjnego

.

NT OS Loader (NTLDR New Technology Loader) to

program rozruchowy

służący przede wszystkim do

ładowania

systemów

Microsoft Windows NT

,

2000

,

XP

lub

Server 2003

. Kod umieszczony w

sektorze

rozruchowym

pierwszej partycji (nie w

MBR-ze

) wczytuje do pamięci program NTLDR, który po odczytaniu

pliku BOOT.INI wyświetla menu wyboru systemu lub od razu uruchamia Windows. Zależy to od liczby
wpisów w BOOT.INI.

NT OS Loader potrafi również odczytać bootsektor z

pliku

. Dzięki temu można załadować inny program

rozruchowy (np.

LILO

) lub system operacyjny.

GRUB (z

ang.

GRand Unified Bootloader) to

program rozruchowy

. Za jego pomocą można uruchomić wiele

systemów operacyjnych

(np.

Linux

,

FreeBSD

,

Windows

,

Windows NT

,

DOS

, i innych). GRUB potrafi

odczytywać bardzo wiele

systemów plików

między innymi:

ext2

,

minix

,

FAT

,

FFS

,

ReiserFS

,

XFS

,

JFS

. W ten

sposób można załadować

jądro systemu operacyjnego

oraz ewentualne wirtualny dysk startowy (

initrd

).

Dodatkowo GRUB potrafi ładować systemy bezpośrednio z urządzenia.

GRUB obsługuje zabezpieczenia hasłem uruchamiania dowolnego systemu operacyjnego lub możliwości
uruchomienia

powłoki

. Dla haseł obliczana jest suma

MD5

co powoduje trudności w odgadnięciu hasła nawet,

gdy przez przypadek mamy do dyspozycji sumę kontrolną.

LILO (LInux LOader) to

program rozruchowy

Linuksa

. LILO w

informatyce

jest także skrótem od Last In

Last Out (co jest równoznaczne z

FIFO

).

LILO nie jest zależne od żadnego

systemu plików

, potrafi załadować

jądro systemu operacyjnego

Linux

zarówno z

dyskietki

jak i z

dysku twardego

. Program obsługuje od 1 do 16 różnych

obrazów jądra

. Różne

parametry startowe (takie jak urządzenie z którego należy

zamontować

główny system plików

) mogą być

ustawiane niezależnie dla każdego jądra. LILO może zostać zainstalowany jako główny program rozruchowy w

MBR

lub w

boot sektorze

aktywnej

partycji

.

LILO był kiedyś najbardziej rozpowszechnionym programem rozruchowym Linuksa, ale ostatnio jego
popularność maleje. Znaczna część użytkowników wybiera

GRUB-a

doceniając jego ogromne możliwości.

loadlin -

bootloader

ładujący

Linuksa

poprzez

DOS

lub

Microsoft Windows

. Po uruchomieniu, loadlin

zatrzymuje uruchomiony system, tworzy

ramdysk

i ładuje kernel i jego moduły do tego

ramdysku

. Wtedy

kernel bootuje i kontynuuje na partycji z loadlinem.

Ta metoda może być wykorzystywana jeżeli użytkownik nie chce lub nie może modyfikować

MBR

.

loadlin nie ma wpływu na sektor MBR, zainstalowany bootloader czy twardy dysk. Wymaga jednak
uruchomionego środowiska DOS lub Windows.

Dysk twardy

Dysk stały składa się z zamkniętego w hermetycznej obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy,
wykonanych najczęściej ze

stopów

aluminium

, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem

magnetycznym (grubości kilku

mikrometrów

) oraz z

głowic elektromagnetycznych

umożliwiających zapis i

odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są
umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy
unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana
od talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi samolot) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to
najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

PeCetologia str. 8 z 12

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od

osi obrotu

talerza w celu odczytu lub

zapisu danych na odpowiednim

cylindrze

. Pierwsze konstrukcje były wyposażone w

silnik krokowy

, stosowane

również w

stacjach dysków

i

stacjach dyskietek

. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność

zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest
tzw. voice coil czyli

cewka

, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w

głośnikach

.

Umieszczona w silnym

polu magnetycznym

cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym

przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi
ś

cieżkami jest nawet krótszy niż 1

milisekunda

a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu

milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej
swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez

antenę

albo

głowicę

zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją

polaryzację

(kierunek namagnesowania) wraz ze

strumieniem magnetycznym

. Informacja może być z

powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia
elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej.

Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w
miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.

Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz
od

kontrolera

dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania

odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły.

Szczelna obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek
zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w
której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być
spowodowane przez błąd elektroniczny, zużycie i zniszczenie, błędy produkcyjne dysku.

Sposoby adresowania danych na dysku

•

CHS

(cylinder, head, sector)

•

LBA

(Logical Block Adressing)

•

MZR

(Multiple Zone Recording)

CHS (

ang.

Cylinder-Head-Sector, czyli cylinder-głowica-sektor) jest metodą adresowania danych na

dysku

twardym

.

Każdy dysk twardy zawiera talerze i głowice do odczytu i zapisu. Głowice znajdują się po obydwu stronach
talerza tzn. jeżeli dysk zawiera 2 talerze to posiada 4 głowice. Każdy talerz podzielony jest na ścieżki. Wartość
cylindrów określa ilość ścieżek znajdujących się po każdej ze stron talerza. Pojedynczy cylinder jest więc
zbiorem ścieżek będących jedna nad drugą (jest ich tyle samo co głowic). Wartość sektorów określa ilość
sektorów w każdym cylindrze, każdy sektor zawiera 512

bajtów

.

Starsze dyski twarde stosujące metody zapisu

MFM

i

RLL

, dzieliły każdy cylinder na równą ilość sektorów a

wartości CHS odpowiadały fizycznej budowie dysku. Dysk z wartościami CHS 500x4x32 posiadał 500 ścieżek
po każdej stronie talerza, 2 talerze, i 32 sektory na cylinder.

Dyski

IDE

, które zastąpiły dyski z metodami zapisu MFM i RLL używają efektywniejszej metody zapisu

danych

ZBR

. Przy metodzie zapisu Zone Bit Recording liczba sektorów w cylindrze zależy od jego położenia

na dysku. Cylindry bliżej krawędzi talerza zawierają więcej sektorów niż te bliżej środka talerza. Adresowanie
CHS nie działa na tych dyskach z powodu zróżnicowanej ilości sektorów w cylindrach.

PeCetologia str. 9 z 12

Każdy dysk IDE można dowolnie skonfigurować w

CMOS

, byle ustawienia CHS nie przekraczały pojemności

dysku. Dysk przekonwertuje podane adresowanie CHS na adresowanie specyficzne dla konfiguracji sprzętowej.

LBA (

ang.

Logical Block Addressing) - metoda obsługi

dysku twardego

przez

system operacyjny

.

Dla pokonania granicy 528 MB standard

EIDE

wykorzystuje metodę LBA, która powoduje przenumerowanie

wszystkich sektorów, tzn. dokonuje tzw. translacji adresów, czyli zamiany rzeczywistych numerów głowicy,
cylindra i sektora na ich logiczny odpowiednik; odpada więc skomplikowana adresacja za pomocą

cylindrów,

głowic i sektorów

(CHS). Metoda ta funkcjonuje w każdym systemie operacyjnym oprócz

DOS

-a.

MZR (

ang.

Multiple Zone Recording, czyli nagrywanie wieloma strefami) - technika formatowania i określania

lokacji sektorów danych na fizycznej przestrzeni takich nośników magnetycznych, jak na przykład

dysk twardy

.

Technika ta wywodzi się z mechanizmu

ZBR

(

ang.

Zone Bit Recording), nie jest jednak dostrzegalna z punktu

widzenia interfejsu urządzenia.

W klasycznym modelu dysku twardego, opartym o adresację

CHS

, dane zapisywane są wzdłuż cylindrycznych

ś

cieżek. Każda ścieżka zawiera w sobie fragmenty, należące do dokładnie takiej samej liczby sektorów. Jest to

jednak negatywne zjawisko, ponieważ - przy takiej samej ilości

bajtów

zapisanych w określonym sektorze, na

wyznaczonej ścieżce - zewnętrzne obszary dysku nie są w pełni wykorzystane. Zawierają one taką samą ilość
danych, jak obszary bliższe środkowi nośnika, a przecież są od nich znacznie dłuższe.

Technika MZR pozwala zapobiec temu niekorzystnemu zjawisku. Sąsiadujące ścieżki dysku są zebrane w
grupach, których ilość zależy od producenta i serii dysku (zwykle od 3 do 20). W ramach grupy wszystkie
ś

cieżki mają dokładnie taką samą ilość sektorów. Im grupa jest położona bliżej zewnętrznej krawędzi nośnika,

tym jej ścieżki mają więcej sektorów. Czasem grupy tworzone są według zasady, że ścieżka, która jest w stanie
pomieścić o jeden sektor więcej niż poprzednia, rozpoczyna nową grupę. Jednak przy dyskach o bardzo dużych
gęstościach zapisu reguła ta traci na znaczeniu, gdyż często każda ścieżka jest w stanie pomieścić więcej
sektorów niż poprzednia.

Multiple Zone Recording ma jeszcze jedną, bardzo ważną zaletę. Głowica, przeniesiona nad zewnętrzne
obszary nośnika, jest w stanie w tym samym czasie odczytać znacznie więcej sektorów niż przy krawędzi
wewnętrznej. W klasycznym modelu ilość ta jest dokładnie taka sama. Przy wykorzystaniu MZR, głowica
częściej znajduje się przy zewnętrznych obszarach dysku, bo jest tam wykonywanych więcej odczytów i
zapisów, a co za tym idzie, dane z obszarów zewnętrznych (najliczniejsze) są dla głowicy najszybciej dostępne.

Z punktu widzenia obsługi takiego urządzenia, technologia MZR nie wpływa w żaden sposób na komunikację
zewnętrzną, gdyż za zamianę klasycznej adresacji sektorów na adresację zgodną z MZR odpowiada
elektroniczny układ sterowania wbudowany w dysk twardy. Jednak zmiana szybkości transferu może być
wyraźnie zauważalna.

Partycja

- logiczny, wydzielony obszar

dysku twardego

, który może być sformatowany przez

system

operacyjny

w odpowiednim

systemie plików

.

Rozmaici producenci

systemów operacyjnych

i

oprogramowania

stosują różną terminologię, często z powodów

kulturowo-marketingowych (np.

Microsoft

nazywa ją dyskiem lokalnym), oraz z powodów techniczno-

technologicznych (np. w systemach

*BSD

zamiast określenia partycja używa się określenia

slice

).

Partycjonowanie umożliwia posiadanie kilku

systemów plików

na jednym

dysku twardym

. Powodem

partycjonowania mogą być:

PeCetologia str. 10 z 12

•

ograniczenia techniczne (np. stare wersje

FAT

mają ograniczenia co do wielkości partycji, stare

biosy

nie mogą zaadresować obszaru poza 1024

cylindrem

, więc partycja startowa musi znajdować się przed

tą granicą)

•

uszkodzenie danych na jednej partycji nie ma wpływu na inne partycje

•

często systemy operacyjne nie mogą być zainstalowane na jednej partycji lub używają innego systemu
plików. Wtedy instaluje się je na oddzielnych partycjach.

•

by zapobiec zapełnieniu dysku przez określoną usługę, można jej dane umieścić na oddzielnej partycji
(np. logi systemowe).

•

każda partycja może być dostosowana do konkretnych wymagań. Np. jeśli zapis na partycje ma być
zabroniony można ją

zamontować

jako tylko do odczytu. Jeśli na partycji ma się znajdować wiele

plików można użyć systemu plików z wieloma

i-węzłami

.

Tablica partycji w komputerach PC

Tablica partycji w architekturze PC została wprowadzona wraz z pojawieniem się dysków twardych w

1982

. W

1987

wraz z DOS 3.3 format tablicy partycji został rozszerzony o tablice rozszerzoną na której mogły się

znajdować logiczne partycje.

Specyfikacja

Tablica partycji (

ang.

partition table) – jest przechowywana w

master boot rekordzie

pierwszego sektora

dysku twardego. Struktura ta zajmuje 64 bajty w której są 4 wpisy (po 16 bajtów każdy)

Master Boot Record
(offset)
0x0000 do 0x01BD - pierwsze 446 bajty
0x01BE do 0x01CD - partycja 1
0x01CE do 0x01DD - partycja 2
0x01DE do 0x01ED - partycja 3
0x01EE do 0x01FD - partycja 4
0x01FE do 0x01FF - Boot signature

Każdy wpis w tablicy partycji ma następujący układ:

|==========================================================|
| Numer bajta| Opis |
|==========================================================|
| 1 | flaga aktywno

ś

ci |

|==========================================================|
| 3 | startowy CHS |
|==========================================================|
| 1 | typ partycji |
|==========================================================|
| 3 | ko

ń

cowy CHS |

|==========================================================|
| 4 | sektor pocz

ą

tkowy |

|==========================================================|
| 4 | liczba sektorów partycji |
|==========================================================|

Przykładowa tablica partycji: (wszystkie bajty są w formacie

little endian

)

offset: value explanation
======: ===== ===========
0x01BE: 0x80 flaga aktywno

ś

ci

0x01BF: 0x00 0x02 0x00 startowy CHS
0x01C2: 0x83 typ partycji
0x01C3: 0x1A 0x5B 0x8C ko

ń

cowy CHS

0x01C6: 0x02 0x00 0x00 0x00 sektor pocz

ą

tkowy

0x01CA: 0x00 0x35 0x0C 0x00 liczba sektorów partycji

PeCetologia str. 11 z 12

Znaczenie poszczególnych pól

•

flaga aktywności – określa tzw. aktywną partycję, czyli partycję, z której standardowy

program

rozruchowy

powinien załadować

system operacyjny

. Tylko jedna partycja może mieć ustawioną tą flagę

•

startowy

CHS

– adres początku partycji w notacji cylinder, głowica, sektor

•

typ partycji

– określa typ partycji

podstawowej

lub oznacza partycję jako

rozszerzoną

•

końcowy

CHS

– adres końca partycji

•

sektor początkowy – adres pierwszego sektora

•

liczba sektorów – liczba sektorów należących do partycji

Partycja rozszerzona

pozwala na założenie więcej niż 4 partycji na dysku.

Inne implementacje partycjonowania

Popularyzacja architektury IBM PC sprawiła, że tablica partycji będzie używana przez najbliższy czas. Pojawił
się jednak nowy projekt firm Intel i Microsoft dla architektury

IA-64

nazwany

Extensible Firmware Interface

(EFI) zawiera składnik

GUID Partition Table

(GPT). Microsoft dodał wsparcie dla GPT w Windows Server

2003 SP1 i wszystkich innych wariantach Windows x64 (bazujących na Windows Server 2003 SP1). GPT nie
jest wspierane przez architektury

x64

i

x86

więc nie może być użyty na tych platformach.

Schematy partycjonowania

Microsoft Windows

W systemach z rodziny

Windows

standardowym schematem partycjonowania jest stworzenie pojedynczej

partycji będącej dyskiem C:, na którym jest przechowywany system operacyjny, dane i programy. Zalecane jest
stworzenie kilku partycji lub użycie kilku dysków twardych, gdzie na jednej partycji znajduje się system
operacyjny, a na pozostałych programy i dane. Jeśli jest to możliwe plik wymiany powinien znajdować się na
oddzielnej partycji dysku, na którym nie znajduje się

system operacyjny

.

UNIX

W systemach

UNIX

-owych takich jak

Linux

bezpiecznie jest stworzyć oddzielne partycje dla /, /boot, /home,

/tmp, /usr, /var, /opt i partycji

swap

. Dzięki temu mamy pewność, że nawet jeśli jeden system plików zostanie

uszkodzony nie spowoduje on uszkodzenia danych na innych partycjach, minimalizując utratę danych. Wadą
takiego rozwiązania jest konieczność podziału dysku na małe części o ustalonej wielkości. Dobranie ich
wielkości jest czasami bardzo trudnym zadaniem. Typowy system typu desktop używa jednej partycji / (

root

)

zawierającej cały system operacyjny oraz partycji

swap

. Oddzielna partycja /home jest przydatna podczas

reinstalacji systemu pozwalając na zachowanie danych użytkowników.

Master Boot Record, MBR

(

ang.

główny rekord startowy) – umowna

struktura zapisana w pierwszym sektorze

dysku twardego

i

dyskietki

.

Często nazywany też Master Boot Block (ang. główny blok
startowy). Zawiera on

program rozruchowy

oraz

główną tablicę

partycji

(w przypadku dysku twardego – dyskietki zwykle nie

posiadają tablicy partycji).

MBR ma 512

bajtów

długości, z czego pierwsze 446 bajtów zajmuje

bootstrap

. Druga część MBR – tablica partycji – zawiera 4 struktury

opisujące poszczególne

partycje podstawowe

, każda po 16 bajtów. MBR kończą 2 bajty sygnatury –

szesnastkowo 0x55AA, co daje 446 + (4 · 16) + 2 = 512.

PeCetologia str. 12 z 12

MBR znajduje się na pierwszej ścieżce, w pierwszym cylindrze, w pierwszym sektorze dysku (

CHS

— 0, 0, 1).

Budowa MBR

000…445 446…509

510…511

bootstrap partycja 1 partycja 2 partycja 3 partycja 4 0x55 0xAA

Informacje zawarte w MBR można edytować, np. za pomocą programu

MBRtool

. Program pozwala także na

wykonanie kopii MBR na dyskietce.