Podstawy budowy PC

Podstawy budowy komputera PC (na podstawie WIKIPEDII)

Płyta główna

Płyta główna P4PE firmy

ASUSTeK Computer

(

ASUS

)

Płyta główna w urządzeniach

elektronicznych

to najwaŜniejsza płyta drukowana

urządzenia na której zamontowano najwaŜniejsze elementy urządzenia,
umoŜliwiająca komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom.

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 wyposaŜonego 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

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 moŜe nie
występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez

HyperTransport

mostek południowy).

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

Ethernetu

, dysków (

ATA

SATA

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

IEEE 1394

). Na płycie głównej umieszczony jest takŜe

zegar czasu rzeczywistego

Kontroler

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

komputerze

MoŜna tam znaleźć między innymi kontrolery

SATA

ATA

USB

SCSI

itd. Komputerowe kontrolery moŜna

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

dyskami twardymi

zaproponowany w

1983

przez firmę

Compaq

UŜywa się takŜe 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 uŜywa 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

innych urządzeń, zazwyczaj obsługujących wymienne

media. Głównie dotyczyło to, napędów

CD-ROM

napędów taśmowych

, czy teŜ

dyskietek

o duŜych 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

, umoŜliwiający szeregową

transmisję danych między

kontrolerem

dyskiem

komputera z

przepustowością

ok. 1,5

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 juŜ prace nad jego drugą
wersją (

SATA-2

), która umoŜliwia dwukrotnie większy transfer niŜ jej poprzednik. Planowana jest teŜ trzecia

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

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, kaŜde z nich moŜe
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

interfejsem

ISA

W znakomitej większości konfiguracji do magistrali poprzez

kontroler

podłączony jest jeden

komputer

oraz

urządzenia

pamięci masowej

(

dyski twarde

oraz

napędy taśmowe

KaŜde 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 równieŜ rozszerzona do 4 bitów część adresująca urządzenia. Identyfikator pełni

PeCetologia str. 3 z 12

równieŜ rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby jednoczesnego dostępu więcej niŜ jednego urządzenia do
magistrali. Zwyczajowo kontroler posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją
równieŜ tzw. LUN (ang. Logical Unit Number) identyfikujące tzw. urządzenie logiczne na jakie moŜe 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 niŜ jednego komputera (tzw. układ V). MoŜliwe jest
równieŜ przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie
kopii

macierzy dyskowej

na taśmie magnetycznej).

Magistralę SCSI moŜna podzielić ze względu na kilka kryteriów:

•

sposób transmisji:

asynchroniczny

synchroniczny

•

prędkość (częstotliwość) transmisji

5 MHz

10 MHz

20 MHz

80 MHz

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

•

szerokość magistrali

8 bitów

16 bitów

•

parametry elektryczne

sterowanie napięciowe (Single Ended) oznaczane jako SE

sterowanie róŜnicowe (Differential lub High Voltage Diferenetial) - HVD

sterowanie róŜnicowe niskonapięciowe (Low Voltage Differential) - LVD

WyróŜniamy 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 przewaŜnie 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 powyŜszego standardu, w swych wymiarach róŜniąc
się jedynie grubością.

Pierwotnym obszarem zastosowań kart PCMCIA było rozszerzanie pamięci komputera przenośnego. Wraz z
rozwojem technologii obszar ten uległ powaŜnej 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).

MontaŜ kart PCMCIA umoŜliwia gniazdo PCMCIA.

Gniazdo PCMCIA

UmoŜliwia łatwy montaŜ 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

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

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 takŜe poprawka do wersji OSR1 udostępniająca obsługę USB).

Praca w sieci

Jedną z waŜniejszych cech portu USB jest zgodność z

Plug and Play

. Urządzenia w tym standardzie moŜna

łączyć ze sobą tworząc

sieć

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

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

Magistrala wymaga obecności dokładnie jednego

kontrolera magistrali

, którego rolę pełni komputer (

host

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

kontrolera

)

Typy i prędkości

Urządzenia USB moŜemy 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 moŜna znaleźć oznaczenia USB 2.0 i podobne, waŜniejszą 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 równieŜ 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 kaŜdego
gniazda USB, piąty styk naleŜy połączyć z czarnym przewodem

GND

płytki z gniazdem.

Przewód

Sygnał

Opis

czerwony

VDC lub VCC

zasilanie +5

(maks. 0,5

)

biały albo Ŝółty

transmisja danych D-

zielony

transmisja danych D+

czarny

GND

masa

Kontroler USB

Jest

kartą rozszerzeń

umoŜliwiająca podłączanie urządzeń korzystających z interfejsu USB do komputerów nie

posiadających tego złącza. Karty takie występują w róŜnych wersjach w zaleŜności 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 kaŜdego 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 moŜna zmieniać standardowe ustawienia BIOS-u, np.
parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość
testowania pamięci

RAM

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

porty

komunikacyjne

. Za pomocą BIOS-u moŜna teŜ przetaktowywać procesor (zmiana

częstotliwości

mnoŜnika

jednak nie jest to zalecane, poniewaŜ moŜe doprowadzić do przeciąŜenia urządzenia, a nawet jego uszkodzenia.

Obecnie większość BIOS-ów zapisywana jest w pamięciach typu

Flash

, co umoŜliwia ich późniejszą

modyfikację.

Sektor rozruchowy jest obszarem obejmującym najczęściej pierwsze 512 bajtów

dysku twardego

dyskietki

podobnego nośnika danych lub samej

partycji

. KaŜda partycja posiada sektor rozruchowy, natomiast cały dysk

posiada

Główny Sektor Rozruchowy (MBR)

. Sektor rozruchowy partycji moŜe posiadać własny

program

rozruchowy

, co wykorzystuje program

NT OS Loader

słuŜący do uruchamiania systemów operacyjnych z

rodziny

Windows NT

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

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

BIOS

umie uruchamiać program rozruchowy tylko z MBR-u.

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). SłuŜy do załadowania systemu operacyjnego do

pamięci operacyjnej

. Wiele ma

takŜe funkcje

menedŜera uruchamiania

(pozwala wybrać system do uruchomienia).

Nagłówek (segment startowy) programu rozruchowego w komputerach PC moŜe 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

katalogu

/boot.

Program rozruchowy oraz cały system operacyjny moŜe być pobierany takŜe 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, umoŜliwiające

uruchomienie na

komputerze

systemu operacyjnego

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

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

dysk twardy

, stacja

dyskietek

, napęd

CDROM

, dyski

USB

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

specjalną

kartę sieciową

łączy się z

serwerem

obsługującym protokoły

DHCP

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

słuŜący przede wszystkim do

ładowania

systemów

Microsoft Windows NT

2000

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. ZaleŜy to od liczby
wpisów w BOOT.INI.

NT OS Loader potrafi równieŜ odczytać bootsektor z

pliku

. Dzięki temu moŜna załadować inny program

rozruchowy (np.

LILO

) lub system operacyjny.

GRUB (z

ang.

GRand Unified Bootloader) to

program rozruchowy

. Za jego pomocą moŜna 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 moŜna 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 moŜliwości
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 takŜe skrótem od Last In

Last Out (co jest równoznaczne z

FIFO

LILO nie jest zaleŜne od Ŝadnego

systemu plików

, potrafi załadować

jądro systemu operacyjnego

Linux

zarówno z

dyskietki

jak i z

dysku twardego

. Program obsługuje od 1 do 16 róŜnych

obrazów jądra

. RóŜne

parametry startowe (takie jak urządzenie z którego naleŜy

zamontować

główny system plików

) mogą być

ustawiane niezaleŜnie dla kaŜdego jądra. LILO moŜe 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 uŜytkowników wybiera

GRUB-a

doceniając jego ogromne moŜliwości.

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 moŜe być wykorzystywana jeŜeli uŜytkownik nie chce lub nie moŜe 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

umoŜliwiających zapis i

odczyt danych. Na kaŜdą 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 teŜ 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 wyposaŜone w

silnik krokowy

, stosowane

równieŜ w

stacjach dysków

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 połoŜenie zgodnie z przepływającym

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

cieŜkami jest nawet krótszy niŜ 1

milisekunda

a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu

milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natęŜenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej
swe połoŜenia 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 moŜe być z

powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyŜ 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 kaŜdej 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 moŜe doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w
której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą równieŜ być
spowodowane przez błąd elektroniczny, zuŜycie 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

KaŜdy dysk twardy zawiera talerze i głowice do odczytu i zapisu. Głowice znajdują się po obydwu stronach
talerza tzn. jeŜeli dysk zawiera 2 talerze to posiada 4 głowice. KaŜdy talerz podzielony jest na ścieŜki. Wartość
cylindrów określa ilość ścieŜek znajdujących się po kaŜdej ze stron talerza. Pojedynczy cylinder jest więc
zbiorem ścieŜek będących jedna nad drugą (jest ich tyle samo co głowic). Wartość sektorów określa ilość
sektorów w kaŜdym cylindrze, kaŜdy sektor zawiera 512

bajtów

Starsze dyski twarde stosujące metody zapisu

MFM

RLL

, dzieliły kaŜdy cylinder na równą ilość sektorów a

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

Dyski

IDE

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

danych

ZBR

. Przy metodzie zapisu Zone Bit Recording liczba sektorów w cylindrze zaleŜy od jego połoŜenia

na dysku. Cylindry bliŜej krawędzi talerza zawierają więcej sektorów niŜ te bliŜej środka talerza. Adresowanie
CHS nie działa na tych dyskach z powodu zróŜnicowanej ilości sektorów w cylindrach.

PeCetologia str. 9 z 12

KaŜdy dysk IDE moŜna 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 kaŜdym 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 wzdłuŜ cylindrycznych

cieŜek. KaŜda ścieŜka zawiera w sobie fragmenty, naleŜące do dokładnie takiej samej liczby sektorów. Jest to

jednak negatywne zjawisko, poniewaŜ - przy takiej samej ilości

bajtów

zapisanych w określonym sektorze, na

wyznaczonej ścieŜce - zewnętrzne obszary dysku nie są w pełni wykorzystane. Zawierają one taką samą ilość
danych, jak obszary bliŜsze środkowi nośnika, a przecieŜ są od nich znacznie dłuŜsze.

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

cieŜki mają dokładnie taką samą ilość sektorów. Im grupa jest połoŜona bliŜej zewnętrznej krawędzi nośnika,

tym jej ścieŜki mają więcej sektorów. Czasem grupy tworzone są według zasady, Ŝe ścieŜka, która jest w stanie
pomieścić o jeden sektor więcej niŜ poprzednia, rozpoczyna nową grupę. Jednak przy dyskach o bardzo duŜych
gęstościach zapisu reguła ta traci na znaczeniu, gdyŜ często kaŜda ścieŜka jest w stanie pomieścić więcej
sektorów niŜ poprzednia.

Multiple Zone Recording ma jeszcze jedną, bardzo waŜną zaletę. Głowica, przeniesiona nad zewnętrzne
obszary nośnika, jest w stanie w tym samym czasie odczytać znacznie więcej sektorów niŜ 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 Ŝaden sposób na komunikację
zewnętrzną, gdyŜ za zamianę klasycznej adresacji sektorów na adresację zgodną z MZR odpowiada
elektroniczny układ sterowania wbudowany w dysk twardy. Jednak zmiana szybkości transferu moŜe być
wyraźnie zauwaŜalna.

Partycja

- logiczny, wydzielony obszar

dysku twardego

, który moŜe być sformatowany przez

system

operacyjny

w odpowiednim

systemie plików

Rozmaici producenci

systemów operacyjnych

oprogramowania

stosują róŜną terminologię, często z powodów

kulturowo-marketingowych (np.

Microsoft

nazywa ją dyskiem lokalnym), oraz z powodów techniczno-

technologicznych (np. w systemach

*BSD

zamiast określenia partycja uŜywa się określenia

slice

Partycjonowanie umoŜliwia 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 uŜywają innego systemu
plików. Wtedy instaluje się je na oddzielnych partycjach.

•

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

•

kaŜda partycja moŜe być dostosowana do konkretnych wymagań. Np. jeśli zapis na partycje ma być
zabroniony moŜna ją

zamontować

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

plików moŜna uŜyć 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 kaŜdy)

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

KaŜdy wpis w tablicy partycji ma następujący układ:

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

ci |

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

cowy CHS |

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

tkowy |

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

Przykładowa tablica partycji: (wszystkie bajty są w formacie

little endian

)

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

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

cowy CHS

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

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 moŜe 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 naleŜących do partycji

Partycja rozszerzona

pozwala na załoŜenie więcej niŜ 4 partycji na dysku.

Inne implementacje partycjonowania

Popularyzacja architektury IBM PC sprawiła, Ŝe tablica partycji będzie uŜywana przez najbliŜszy 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

x86

więc nie moŜe być uŜyty 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 uŜycie kilku dysków twardych, gdzie na jednej partycji znajduje się system
operacyjny, a na pozostałych programy i dane. Jeśli jest to moŜliwe 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, Ŝe 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 uŜywa jednej partycji / (

root

)

zawierającej cały system operacyjny oraz partycji

swap

. Oddzielna partycja /home jest przydatna podczas

reinstalacji systemu pozwalając na zachowanie danych uŜytkowników.

Master Boot Record, MBR

(

ang.

główny rekord startowy) – umowna

struktura zapisana w pierwszym sektorze

dysku twardego

dyskietki

Często nazywany teŜ 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

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

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