Podstawy budowy komputera PC (na podstawie WIKIPEDII)
Płyta główna
Płyta główna P4PE firmy ASUSTeK Computer (ASUS)
Płyta główna w urządzeniach elektronicznych to najwa\
niejsza płyta drukowana
urządzenia na której zamontowano najwa\
niejsze elementy urzÄ…dzenia,
umo\
liwiająca 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.
KoncepcjÄ™ zbudowania komputera osobistego wyposa\
onego 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 mo\
e nie
występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez HyperTransport mostek południowy).
Mostek południowy, podłączony do mostka północnego, mo\
e zawierać kontrolery PCI, USB, dz
więku,
Ethernetu, dysków (ATA, SATA); do niego te\
zazwyczaj podłączone są dodatkowe zewnętrzne kontrolery (np.
IEEE 1394). Na płycie głównej umieszczony jest tak\
e zegar czasu rzeczywistego.
Kontroler
Kontroler, urządzenie kontrolujące i regulujące pracę ró\
nych urządzeń znajdujących się np. w komputerze.
Mo\
na tam znalez
ć między innymi kontrolery SATA, ATA, USB, SCSI itd. Komputerowe kontrolery mo\
na
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 firmÄ™ Compaq.
U\
ywa siÄ™ tak\
e 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 u\
ywa 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 te\
dyskietek o du\
ych rozmiarach
- ZIP, SuperDisk. W wyniku wprowadzonych zmian w standardzie ATA, od tamtej pory przyjÄ…Å‚ on nazwÄ™
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, umo\
liwiajÄ…cy szeregowÄ…
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
wewnÄ…trz obudowy.
Organizacja Serial ATA Working Group pracująca nad tym standardem zakończyła ju\
prace nad jego drugÄ…
wersją (SATA-2), która umo\
liwia dwukrotnie większy transfer ni\
jej poprzednik. Planowana jest te\
trzecia
wersja tego interfejsu, która ma umo\
liwić 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, ka\
de z nich mo\
e
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).
Ka\
de 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 równie\
rozszerzona do 4 bitów część adresująca urządzenia. Identyfikator pełni
PeCetologia str. 2 z 12
równie\
rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby jednoczesnego dostępu więcej ni\
jednego urzÄ…dzenia do
magistrali. Zwyczajowo kontroler posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją
równie\
tzw. LUN (ang. Logical Unit Number) identyfikujÄ…ce tzw. urzÄ…dzenie logiczne na jakie mo\
e 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 ni\
jednego komputera (tzw. układ V). Mo\
liwe jest
równie\
przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie
kopii macierzy dyskowej na taśmie magnetycznej).
MagistralÄ™ SCSI mo\
na 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 ró\
nicowe (Differential lub High Voltage Diferenetial) - HVD
o sterowanie ró\
nicowe niskonapięciowe (Low Voltage Differential) - LVD
Wyró\
niamy 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 wspomagajÄ…ce
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 wykorzystujÄ… przewa\
nie 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. 3 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 przestrzegajÄ… powy\
szego standardu, w swych wymiarach ró\
niÄ…c
się jedynie grubością.
Pierwotnym obszarem zastosowań kart PCMCIA było rozszerzanie pamięci komputera przenośnego. Wraz z
rozwojem technologii obszar ten uległ powa\
nej 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).
Monta\
kart PCMCIA umo\
liwia gniazdo PCMCIA.
Gniazdo PCMCIA
Umo\
liwia Å‚atwy monta\
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 tak\
e poprawka do wersji OSR1 udostępniająca obsługę USB).
Praca w sieci
JednÄ… z wa\
niejszych cech portu USB jest zgodność z Plug and Play. Urządzenia w tym standardzie mo\
na
łączyć ze sobą tworząc sieć. W całej sieci mo\
na podłączyć do 127 urządzeń USB, jednak ze względu na pobór
mocy ich liczbę trzeba ograniczyć. W jednej sieci mogą pracować urządzenia o ró\
nych prędkościach
transmisji.
Magistrala wymaga obecności dokładnie jednego kontrolera magistrali, którego rolę pełni komputer (host).
Uniemo\
liwia to bezpośrednie połączenie dwóch komputerów (wymagany przewód ze specjalnym układem)
oraz bezpośrednie połączenie ze sobą urządzeń peryferyjnych (brak kontrolera)
Typy i prędkości
UrzÄ…dzenia USB mo\
emy 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 mo\
na znalez
ć oznaczenia USB 2.0 i podobne, wa\
niejszÄ… informacjÄ… jest jednak
szybkość transmisji.
PeCetologia str. 4 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
nalepkÄ™ Hi-Speed
Typy złącz USB
Piny wtyczek standardowych
Wtyczka USB typu AWtyczka USB typu B
Piny wtyczek mini
Wtyczka mini-USB Wtyczka USB typu A - grafika w formacie SVG
Transmisja elektryczna
Transmisja odbywa się przy wykorzystaniu dwóch przewodów (zielonego Data+ i białego Data-). Magistrala
zawiera równie\
linię zasilającą (czerwony (+5VDC) 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 ka\
dego
gniazda USB, piÄ…ty styk nale\
y 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 \
ółty 2 transmisja danych D-
zielony 3 transmisja danych D+
czarny 4 GND masa
Kontroler USB
Jest kartą rozszerzeń umo\
liwiająca podłączanie urządzeń korzystających z interfejsu USB do komputerów nie
posiadających tego złącza. Karty takie występują w ró\
nych wersjach w zale\
ności 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 ka\
dego typu płyty głównej komputera, zestaw podstawowych procedur
pośredniczących pomiędzy systemem operacyjnym a sprzętem. Program konfiguracyjny BIOS-a to BIOS setup.
PeCetologia str. 5 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 pomocÄ… wbudowanego w BIOS programu setup mo\
na zmieniać standardowe ustawienia BIOS-u, np.
parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość
testowania pamięci RAM), a tak\
e włączać/wyłączać niektóre elementy płyty głównej, np. porty
komunikacyjne. Za pomocÄ… BIOS-u mo\
na te\
przetaktowywać procesor (zmiana częstotliwości i mno\
nika),
jednak nie jest to zalecane, poniewa\
mo\
e doprowadzić do przecią\
enia urzÄ…dzenia, a nawet jego uszkodzenia.
Obecnie większość BIOS-ów zapisywana jest w pamięciach typu Flash, co umo\
liwia ich póz
niejszÄ…
modyfikacjÄ™.
Sektor rozruchowy jest obszarem obejmującym najczęściej pierwsze 512 bajtów dysku twardego, dyskietki,
podobnego nośnika danych lub samej partycji. Ka\
da partycja posiada sektor rozruchowy, natomiast cały dysk
posiada Główny Sektor Rozruchowy (MBR). Sektor rozruchowy partycji mo\
e posiadać własny program
rozruchowy, co wykorzystuje program NT OS Loader słu\
ący do uruchamiania systemów operacyjnych z
rodziny Windows NT, z wyjÄ…tkiem Windows Vista. Program rozruchowy zawarty w sektorze rozruchowym
partycji mo\
e zostać wykonany tylko po przekazaniu mu sterowania przez program rozruchowy zawarty w
MBR-ze, poniewa\
BIOS umie uruchamiać program rozruchowy tylko z MBR-u.
y
ródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Sektor_rozruchowy"
Program rozruchowy (ang. boot loader) to program uruchamiany jako pierwszy po wykonaniu poczÄ…tkowego
programu BIOS-u (lub EFI). SÅ‚u\
y do załadowania systemu operacyjnego do pamięci operacyjnej. Wiele ma
tak\
e funkcje mened\
era uruchamiania (pozwala wybrać system do uruchomienia).
Nagłówek (segment startowy) programu rozruchowego w komputerach PC mo\
e 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 znajdujÄ… siÄ™ zazwyczaj w katalogu lub partycji
montowanej w katalogu /boot.
Program rozruchowy oraz cały system operacyjny mo\
e być pobierany tak\
e 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)  rozwiÄ…zanie w technice komputerowej, umo\
liwiajÄ…ce
uruchomienie na komputerze systemu operacyjnego, mimo \
e nie jest on na nim zainstalowany, a nawet gdy
komputer nie posiada \
adnych urządzeń mogących taki system przechowywać, takich jak dysk twardy, stacja
dyskietek, napęd CDROM, dyski USB, czy inne. PXE to tryb pracy, w którym komputer wyposa\
ony 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 znalez
ć 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. 6 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 słu\
Ä…cy 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. Zale\
y to od liczby
wpisów w BOOT.INI.
NT OS Loader potrafi równie\
odczytać bootsektor z pliku. Dzięki temu mo\
na załadować inny program
rozruchowy (np. LILO) lub system operacyjny.
GRUB (z ang. GRand Unified Bootloader) to program rozruchowy. Za jego pomocÄ… mo\
na 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 mo\
na 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 mo\
liwości
uruchomienia powłoki. Dla haseł obliczana jest suma MD5 co powoduje trudności w odgadnięciu hasła nawet,
gdy przez przypadek mamy do dyspozycji sumÄ™ kontrolnÄ….
LILO (LInux LOader) to program rozruchowy Linuksa. LILO w informatyce jest tak\
e skrótem od Last In
Last Out (co jest równoznaczne z FIFO).
LILO nie jest zale\
ne od \
adnego systemu plików, potrafi załadować jądro systemu operacyjnego Linux
zarówno z dyskietki jak i z dysku twardego. Program obsługuje od 1 do 16 ró\
nych obrazów jądra. Ró\
ne
parametry startowe (takie jak urządzenie z którego nale\
y zamontować główny system plików) mogą być
ustawiane niezale\
nie dla ka\
dego jÄ…dra. LILO mo\
e 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 u\
ytkowników wybiera GRUB-a doceniając jego ogromne mo\
liwości.
loadlin - bootloader Å‚adujÄ…cy 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 mo\
e być wykorzystywana je\
eli u\
ytkownik nie chce lub nie mo\
e 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 umo\
liwiajÄ…cych zapis i
odczyt danych. Na ka\
dą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są
umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykajÄ… siÄ™ 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 rozwiÄ…zanie (sÄ… te\
inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).
PeCetologia str. 7 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 wyposa\
one w silnik krokowy, stosowane
równie\
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 poło\
enie zgodnie z przepływającym
przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi
ście\
kami jest nawet krótszy ni\
1 milisekunda a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu
milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natę\
enie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej
swe poło\
enia 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
polaryzacjÄ™ (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja mo\
e być z
powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdy\
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
miarÄ™ rotacji talerzy, daje ka\
dej 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 z
ródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek
zanieczyszczenie głowic lub talerzy mo\
e doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w
której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą równie\
być
spowodowane przez błąd elektroniczny, zu\
ycie 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.
Ka\
dy dysk twardy zawiera talerze i głowice do odczytu i zapisu. Głowice znajdują się po obydwu stronach
talerza tzn. je\
eli dysk zawiera 2 talerze to posiada 4 głowice. Ka\
dy talerz podzielony jest na ście\
ki. Wartość
cylindrów określa ilość ście\
ek znajdujÄ…cych siÄ™ po ka\
dej ze stron talerza. Pojedynczy cylinder jest więc
zbiorem ście\
ek będących jedna nad drugą (jest ich tyle samo co głowic). Wartość sektorów określa ilość
sektorów w ka\
dym cylindrze, ka\
dy sektor zawiera 512 bajtów.
Starsze dyski twarde stosujące metody zapisu MFM i RLL, dzieliły ka\
dy cylinder na równą ilość sektorów a
wartości CHS odpowiadały fizycznej budowie dysku. Dysk z wartościami CHS 500x4x32 posiadał 500 ście\
ek
po ka\
dej stronie talerza, 2 talerze, i 32 sektory na cylinder.
Dyski IDE, które zastąpiły dyski z metodami zapisu MFM i RLL u\
ywajÄ… efektywniejszej metody zapisu
danych ZBR. Przy metodzie zapisu Zone Bit Recording liczba sektorów w cylindrze zale\
y od jego poło\
enia
na dysku. Cylindry bli\
ej krawędzi talerza zawierają więcej sektorów ni\
te bli\
ej środka talerza. Adresowanie
CHS nie działa na tych dyskach z powodu zró\
nicowanej ilości sektorów w cylindrach.
PeCetologia str. 8 z 12
Ka\
dy dysk IDE mo\
na 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 ka\
dym 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 siÄ™ z mechanizmu ZBR (ang.Zone Bit Recording), nie jest jednak dostrzegalna z punktu
widzenia interfejsu urzÄ…dzenia.
W klasycznym modelu dysku twardego, opartym o adresację CHS, dane zapisywane są wzdłu\
cylindrycznych
ście\
ek. Ka\
da ście\
ka zawiera w sobie fragmenty, nale\
ące do dokładnie takiej samej liczby sektorów. Jest to
jednak negatywne zjawisko, poniewa\
- przy takiej samej ilości bajtów zapisanych w określonym sektorze, na
wyznaczonej ście\
ce - zewnętrzne obszary dysku nie są w pełni wykorzystane. Zawierają one taką samą ilość
danych, jak obszary bli\
sze środkowi nośnika, a przecie\
są od nich znacznie dłu\
sze.
Technika MZR pozwala zapobiec temu niekorzystnemu zjawisku. Sąsiadujące ście\
ki dysku sÄ… zebrane w
grupach, których ilość zale\
y od producenta i serii dysku (zwykle od 3 do 20). W ramach grupy wszystkie
ście\
ki mają dokładnie taką samą ilość sektorów. Im grupa jest poło\
ona bli\
ej zewnętrznej krawędzi nośnika,
tym jej ście\
ki mają więcej sektorów. Czasem grupy tworzone są według zasady, \
e ście\
ka, która jest w stanie
pomieścić o jeden sektor więcej ni\
poprzednia, rozpoczyna nowÄ… grupÄ™. Jednak przy dyskach o bardzo du\
ych
gęstościach zapisu reguła ta traci na znaczeniu, gdy\
często ka\
da ście\
ka jest w stanie pomieścić więcej
sektorów ni\
poprzednia.
Multiple Zone Recording ma jeszcze jednÄ…, bardzo wa\
ną zaletę. Głowica, przeniesiona nad zewnętrzne
obszary nośnika, jest w stanie w tym samym czasie odczytać znacznie więcej sektorów ni\
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 \
aden sposób na komunikację
zewnętrzną, gdy\
za zamianę klasycznej adresacji sektorów na adresację zgodną z MZR odpowiada
elektroniczny układ sterowania wbudowany w dysk twardy. Jednak zmiana szybkości transferu mo\
e być
wyraz
nie zauwa\
alna.
Partycja - logiczny, wydzielony obszar dysku twardego, który mo\
e być sformatowany przez system
operacyjny w odpowiednim systemie plików.
Rozmaici producenci systemów operacyjnych i oprogramowania stosują ró\
ną terminologię, często z powodów
kulturowo-marketingowych (np. Microsoft nazywa ją dyskiem lokalnym), oraz z powodów techniczno-
technologicznych (np. w systemach *BSD zamiast określenia partycja u\
ywa się określenia slice).
Partycjonowanie umo\
liwia posiadanie kilku systemów plików na jednym dysku twardym. Powodem
partycjonowania mogą być:
PeCetologia str. 9 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
tÄ… granicÄ…)
" uszkodzenie danych na jednej partycji nie ma wpływu na inne partycje
" często systemy operacyjne nie mogą być zainstalowane na jednej partycji lub u\
ywajÄ… innego systemu
plików. Wtedy instaluje się je na oddzielnych partycjach.
" by zapobiec zapełnieniu dysku przez określoną usługę, mo\
na jej dane umieścić na oddzielnej partycji
(np. logi systemowe).
" ka\
da partycja mo\
e być dostosowana do konkretnych wymagań. Np. jeśli zapis na partycje ma być
zabroniony mo\
na ją zamontować jako tylko do odczytu. Jeśli na partycji ma się znajdować wiele
plików mo\
na u\
yć 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 ka\
dy)
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
Ka\
dy wpis w tablicy partycji ma następujący układ:
|==========================================================|
| Numer bajta| Opis |
|==========================================================|
| 1 | flaga aktywności |
|==========================================================|
| 3 | startowy CHS |
|==========================================================|
| 1 | typ partycji |
|==========================================================|
| 3 | końcowy CHS |
|==========================================================|
| 4 | sektor poczÄ…tkowy |
|==========================================================|
| 4 | liczba sektorów partycji |
|==========================================================|
Przykładowa tablica partycji: (wszystkie bajty są w formacie little endian)
offset: value explanation
======: ===== ===========
0x01BE: 0x80 flaga aktywności
0x01BF: 0x00 0x02 0x00 startowy CHS
0x01C2: 0x83 typ partycji
0x01C3: 0x1A 0x5B 0x8C końcowy CHS
0x01C6: 0x02 0x00 0x00 0x00 sektor poczÄ…tkowy
0x01CA: 0x00 0x35 0x0C 0x00 liczba sektorów partycji
PeCetologia str. 10 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 mo\
e 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 poczÄ…tkowy  adres pierwszego sektora
" liczba sektorów  liczba sektorów nale\
Ä…cych do partycji
Partycja rozszerzona pozwala na zało\
enie więcej ni\
4 partycji na dysku.
Inne implementacje partycjonowania
Popularyzacja architektury IBM PC sprawiła, \
e tablica partycji będzie u\
ywana przez najbli\
szy czas. Pojawił
siÄ™ 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 (bazujÄ…cych na Windows Server 2003 SP1). GPT nie
jest wspierane przez architektury x64 i x86 więc nie mo\
e być u\
yty 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 u\
ycie kilku dysków twardych, gdzie na jednej partycji znajduje się system
operacyjny, a na pozostałych programy i dane. Jeśli jest to mo\
liwe 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, \
e nawet jeśli jeden system plików zostanie
uszkodzony nie spowoduje on uszkodzenia danych na innych partycjach, minimalizujÄ…c utratÄ™ danych. WadÄ…
takiego rozwiązania jest konieczność podziału dysku na małe części o ustalonej wielkości. Dobranie ich
wielkości jest czasami bardzo trudnym zadaniem. Typowy system typu desktop u\
ywa jednej partycji / (root)
zawierającej cały system operacyjny oraz partycji swap. Oddzielna partycja /home jest przydatna podczas
reinstalacji systemu pozwalajÄ…c na zachowanie danych u\
ytkowników.
Master Boot Record, MBR (ang. główny rekord startowy)  umowna
struktura zapisana w pierwszym sektorze dysku twardego i dyskietki.
Często nazywany te\
Master Boot Block (ang. główny blok
startowy). Zawiera on program rozruchowy oraz główną tablicę
partycji (w przypadku dysku twardego  dyskietki zwykle nie
posiadajÄ… 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, ka\
da po 16 bajtów. MBR kończą 2 bajty sygnatury 
szesnastkowo 0x55AA, co daje 446 + (4 · 16) + 2 = 512.
PeCetologia str. 11 z 12
MBR znajduje się na pierwszej ście\
ce, 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 mo\
na edytować, np. za pomocą programu MBRtool. Program pozwala tak\
e na
wykonanie kopii MBR na dyskietce.
PeCetologia str. 12 z 12