ساختار فیزیکی هارددیسک ها و اطلاعاتی مفید درباره ی آن ها (پلاتر،برد،مدارکنترل و اجزا و رابط)

در مقاله ی پیشین در مورد قسمت هایی از ساختار فیزیکی هارددیسک ها پرداختیم اکنون قسمت های دیگری از این ساختار را مورد مطالعه قرار می دهیم.

رابط های PATA SATA IDE در ساختار فیزیکی هارددیسک ها:روش های استاندارد برای دستیابی به اطلاعات ذخیره شده
بر روی هارددیسک مانند ST506 ، ESDI ، IDE ، SCSI
IDE در حقیقت ATA است و ATA از رابط های متداول می باشد و SCSI نیز معمولاً در سرور یافت می شود .

IDE : دستگاه های كنترل درایو الكترونیكی یكپارچه
درایو الكترونیكی یكپارچه مشهور ترین راه برای اتصال به كامپیوتر های شخصی است . دستگاه كنترل یك صفحه مداری كوچك با تراشه هایی می باشد كه چگونگی ذخیره اطلاعات در هارد و دسترسی به آن را هدایت می كند .

مفهوم اولیه IDE این است كه هارد و دستگاه كنترل كننده باید با هم تركیب شوند . بیشتر كامپیوترهای شخصی یك یا چند دستگاه برای ذخیره سازی دارند كه از طریق یك رابط درایو الكترونیكی یكپارچه (IDE) به كامپیوتر وصل می شوند . IDE نام تجاری آن است و نام استاندارد آن ATA است .

EIDE یا IDE ارتقا یافته یا ATA – 2 سرعت انتقال را افزایش داده است كه 32 بیت اضافه داشته و DMA را نیز ساپورت می كند .

ATA : تكنولوژی برتر

ATA و IDE معمولاً به جای هم بكار می روند و PATA جای خود را به SATA داده است:

PATA = Parallel ATA

SATA = Serial ATA

اكثر PC ها دو كنترلر IDE روی مادر برد دارند هر یك از این كنترلرها دو قطعه را ساپورت می كند بنابراین ماكزیمم 4 دستگاه ذخیره سازی خواهیم داشت . رابطه PATA از كابل های نواری با كانكتور 40 پین برای اتصال مادر برد به هارد استفاده می كند . كابل معمولاً 3 كانكتور دارد یكی از این كانكتور ها به مادربرد وصل می شود و دو كانكتور باقی برای ساختار فیزیکی هارددیسک است .

اگر 2 هارد به یك كنترلر وصل باشد یكی از آنها به عنوان Master شناخته می شود و دیگری به عنوان Slave.

Master یا Slave بودن بوسیله جامپر ها تعیین می شود .

ATA – 2 ، یك استاندارد واقعی برای آن چیزی است كه EIDE نامیده می شود .

SATA : ATA كه بصورت ردیفی باشد با عنوان SATA یا S – ATA شناخته می شود و یك گذرگاه برای ارتباط بین CPU و وسایل ذخیره سازی داخلی مثل هارد دیسک یا دستگاههای اپتیكی می باشد و به این منظور طراحی شده كه نهایتاً جایگزین ATA شود.

تفاوت اصلی SATA وPATA در كابل های آنها است . كابل های PATA بسیار ضخیم است در صورتیكه SATA كابل های باریكتری دارند كه امكان عبور بهتر جریان هوا را فراهم می كند . كانكتورها دارای خارهایی هستند كه مانع از این می شوند كه برعكس زده شوند . هاردهای SATA كانكتورهای power متفاوتی دارند .

سومین مزیت SATA ، Hot plugging است . عموما نرخ انتقال data در SATA ، 150 MB/S است كه فقط 17 MB/S بیشتر از PATA استاندارد است .

هرچند در SATA II تا 300 MB/S افزایش پیدا می كند و در حال حاظر این مقدار به 600 MB/S افزایش یافته است . تا وقتی كه هارد به عنوان یك گلوگاه باشد bus سریعتر تاثیری در عملكرد نخواهد داشت. قبل از اینكه هارد ها با SATA ساخته شوند ، اکثرا ساختار فیزیکی هارددیسک ها SATA بطور on board كنترلر PATA داشتند این كنترلر بوسیله یك پل به SATA وصل می شد. این كار باعث كاهش 30 الی 50 درصد در عملكرد و كارایی می شد . كانكتورهای پاور PATA مورد استفاده قرار می گرفتند .

DMA :Direct Memory Access یك رابط است كه اجازه می دهد قطعاتی مثل هارد به memory اتصال پیدا كند و این اتصال و انتقال data بدون دخالت CPU باشد بنابراین سرعت انتقال data افزایش پیدا می كند این روش ورای روش PIO كار می كند .

2 نوع مختلف DMA وجود دارد :

DMA

Bus Mastering DMA

USB : Universal Serial Bus

USB سخت افزاری است كه از یك پروتكل بصورت سری استفاده می كند و خیلی از قطعات سخت افزاری از آن استفاده می كنند و بوسیله اكثر كامپیوتر ها و مادربرد ها ساپورت می شود و در ابتدا توسط كمپانی های Compaq ,Intel ,NEC , Microsoft تولید شد . معمولاً تعداد زیادی قطعه لازم است در یك لحظه و بصورت همزمان به BUS متصل شوند . از نظر تئوری حداكثر 127 قطعه می توانند بطور همزمان وصل شوند. و ماكزیمم پهنای باند انتقال data حدود 12 Mbit / S است .

(USB 2.0 پهنای باند 480 M bit / S را ساپورت می كند.)

فایر وایر ( یك راه جدید برای اتصال قطعات مختلف تجهیزات می باشد به طوریكه می تواند به سرعت و براحتی اطلاعات را تقسیم بندی و پخش كند . با استفاده از آن می توانید اطلاعات را برای دستگاه هایی كه پهنای باند زیاد دارند بفرستید و بگیرید . اگر یك دستگاه فایر وایر جدید به كامپیوتر وصل شود سیستم پردازش آن را شناسایی كرده و درخواست درایور می كند و اگر دستگاه از قبل نصب باشد كامپیوتر آن را فعال كرده و شروع به مخابره می كند فایر وایر برای دستگاههایی كه با اطلاعات زیاد كار می كنند به كار می رود.) گاهی اوقات بهتر از USB عمل می كند از زمان USB 2.0 افزایش قابل ملاحظه ای مخصوصاً در پهنای باند دیده می شود .

SCSI : Small Computer System Interface رابط كوچك سیستم كامپیوتر كه اسكازی خوانده می شود یك ویژگی رابط های سخت افزاری است كه قطعاتی مانند هارددیسک یا اسكنر را به كامپیوتر وصل می كند.

اكثر PC ها ATA دارند و به جای اینكه از SCSI برای اتصال هارددیسک داخلی استفاده كنند از ATA استفاده می كنند . از SCSI بیشتر در سرورها استفاده می شود كه امكان سرعت و اطمینان بالاتری (هر چند بسیار گران هستند) را فراهم می كند . یك مزیت دیگر SCSI این است كه تنها به یك IRQ نیاز دارد و می توان حداقل 7 قطعه را راه اندازی كرد در صورتیكه ATA تنها می تواند 2 قطعه را راه اندازی كند .

معمولاً كارت SCSI را روی كامپیوتر خود قرار داده و بعد هارددیسک های داخلی را بوسیله یك كابل نواری به كانكتورهای روی كارت وصل می كنند همچنین كارت یك كانكتور خارجی دارد و می توانید از آن نیز استفاده كنید .

فرمت Low High Level Format:قبل از استفاده كردن از هارد لازم است هارد دیسک low level format ، partition format یا high level format شود . این كار باعث می شود كه یك ساختار منطقی داده در هارد دیسک ایجاد شود.

معمولاً ساختار فیزیکی هارددیسک ها به 5 ناحیه تقسیم بندی می شود : MBR ، DBR ، DIR ، FAT و DATA

low level format :بعد از اینكه پارمترهای هارد دیسک در CMOS setting تنظیم شد هنوز ساختار فیزیکی هارددیسک غیر قابل استفاده است دلایل آن مربوط به سیلند ، header و سكتور است .

عملكرد اصلی low level format :

این نوع فرمت ، فرمت فیزیكی نیز نامیده می شود و عمل آن بصورت شناسایی مدیا ، پارتیشن بندی track ها پارتیشن بندی سكتورها و مرتب سازی پارتیشن ها مطابق خواسته مشتری می باشد . عملكرد های اصلی آن بصورت زیر است:

تست مدیای هارد
پارتیشن بندی track ها
مرتب سازی سكتور ها در هر track مطابق با جای گذاری مشخص
تنظیم ID سكتورها در هر track و تنظیم سكتورها
تست سطح هارد و شناسایی track ها و سكتور های آسیب دیده هارد
نوشتن كدهای ASCII صحیح هر سكتور
هارد یكی از مهم ترین منابع ذخیره سازی در كامپیوتر است . هیچگاه هارد خود را low level format نكنید مگر اینكه تنها كاری كه می شود انجام دادد این نوع فرمت باشد !

برای استفاده از هارد ابتدا یك back up از داده های خود تهیه كنید و سپس هارد خود را فرمت كنید حتی اگر back up گیری غیر ضروری بود بدون داشتن back up زمان زیادی برای پارتیشن بندی ، نصب سیستم و برنامه های خود لازم دارید .

معمولاً low level format در موارد زیر بكار می رود :

بدسكتورها كه نتیجه عملیات طولانی مدت است معملاً در DOS پیغام خطای زیر را نشان می دهد “Sector Not Found” این پیغام در نتیجه از دست رفتن و فقدان ID سكتور است . همانطور كه می دانید ID سكتور برای شناسایی سكتور بكار می رود به عنوان نقشه مغناطیس كنندگی در هارد از آن استفاده می شود . تنها روش برای كاربران برای درست كردن ID سكتورها ، low level format است و این كار را نمی توان بوسیله high level format انجام داد .
تنظیم صحیح لایه ها ؛ در بسیاری شرایط این نوع فرمت تنها راه برای تغییر لایه ها است .
زمانی كه مسائل و مشكلات لاینحلی وجود داشته باشد این نوع فرمت میتواند مشكل گشا باشد. توجه کنید که اگر اطلاعات مهم باشد از این روشش استفاده نکنید.
روش های انجام دادن low level formatt :

راه های بسیاری وجود دارد بیشتر این عمل در CMOS یا بوسیله ابزار های خاص یا بوسیله نوشتن یك برنامه كوچك در debug انجام می شد . اما در حال حاضر افراد از قابلیت ها و ابزارهای خاصی كه بصورت رایگان توسط تولید كننده و سازنده هارد فراهم می شود این كار را انجام می دهند .

فرمت بالای هارد تحت داس: high level format

بعد از اینكه هارد پارتیشن بندی شد بعضی از درایورهای مستقل بصورت منطقی پیدا می شود.اگر سیستم بالا بیاید می توان وارد DOS شد و پارتیشن ها را در DOS دید.

سیستم نام پارتیشن ها را براساس حروف الفبا مرتب می كند.سیستم اعلام می كند “Disk Media Error” چه اتفاقی افتاده است؟ این دیسک ها خالی هستند و برای استفاده از آنها لازم است فایل سیستمی ایجاد كنیم .به كل این فررایند high level format گفته می شود . این نوع فرمت به دیسک های logic و نه به دیسک های فیزیكی كمك می كند . به كمك فایل سیستمی مطابق با دیسک می توان این نوع فرمت را انجام داد .

format partition :

High level format بوسیله فرمان “format” كامل می شود توابع اصلی این نوع فرمت به صورت زیر است :

علامت زدن سریال های سكتور ها از سیلندر كه به كمك یك درایو logical انجام می شود
استقرار DBR در پارتیشن اصلی و load كردن 3 فایل سیستمی در صورتیكه پارامتر “/S” در فرمان دیده شود .
استقرا FAT در هر درایو logic
استقرار FDT ( جدول دایركتوری فایلها ) كه مربوط به مسیردهی دایركتوری و data area می باشد
اگر high level format را بوسیله فرمان “format” انجام داده اید ، لطفاً به 44 مورد زیر دقت كنید :

قبل از اینكه پارتیشن اصلی را active كنید لازم است فرمان زیر را اجرا كنید:

Format C:/S

به وسیله این فرمان می توان فایل سیستمی را بعد از انجام فرمت ، نصب كرد و برای اینكه دیسک منطقی ، boot disk شود می توان فرمان “SYS ” را برای فرستادن فایل های سیستمی بعد از فرمت استفاده كنید :

Format C:

SYS C:

اگر دو فرمان بالا پشت سرهم اجرا شود معادل فرمان زیر می باشد.:

Format C: / S

برای درایو های دیگر فقط لازم است فرمانهای زیر را اجرا كنید:

Format d

قبل از فرمت ممكن است اطلاعات زیر روی صفحه نمایش ظاهر شود:

WARNING : ALL DATA ON THE DISK

DRIVE C: WILL BE LOST!

PROCEED WITH FORMAT (Y /N)?

این اطلاعات به كاربر هشدار می دهد كه اگر فرمت كنید تمامی data از بین می رود . اگر كاربر Y را نتخاب كند فرمت انجام می شود و اگر N را انتخاب كند هیچ اتفاقی نمی افتد و خارج می شود

برای استفاده از دیسک بدون اینكه پارتیشن ها را تنظیم كنید ، می توان یك فرمت سریع انجام داد . فرمان زیر را اجرا كنید:

Format C: / Q

فرمان كامل فرمت در ویندوز 2000 به صورت زیر نشان داده می شود:

Format Volume [/FS: file system][/V: label][/Q][/A: size][/C][/X]

Format Volume [/V: label][/Q][/F: size]

Format Volume [/V: label][/Q][/T: tracks /N: sectors]

Format Volume [/V: label][/Q][/1][/4]

Format Volume [/Q][/1][/4][/8]

فرمت كردن پارتیشن ها در ویندوز

در ویندوز همه چیز بصورت گرافیكی قابل مشاهده است و پارتیشن های مختلف با رنگ های مختلف نمایش داده می شوند روی پارتیشن مورد نظر راست كلیك كنید و گزینه “format” را انتخاب كنید همچنین می توانید گزینه “fast format” را نیز انتخاب كرد ولی برای هاردی که مطمئن نیستید آنرا انتخاب نکنید

فرمت كردن پارتیشن ها بوسیله نرم افزار مانند Partition Magic :

در Partition Magic هم همه چیز بصورت گرافیكی نمایش داده می شود و پارتیشن های مختلف با رنگ های مختلف نمایش داده می شوند روی پارتیشن مورد نظر راست كلیك كرده و گزینه “format” را انتخاب كنید . در dialogue box كه باز می شود به كاربر هشدار می دهد كه data شما ممكن است از بین برود و در این box شما می توانید نوع فرمت خود را نیز مشخص كنید .

فرمت هارد بوسیله ابزارهای مخصوص در كارخانه :

Low level format با محدودیت ظرفیت هارددیسک بی ارتباط است یعنی هر هارد با هر ظرفیتی را می توان low level format كرد و در صورت انجام كامل low level format میتوان high level format و پارتیشن بندی را نیز انجام داد .

توجه! در پارتیشن هایی كه data دارید ابتدا از data خود back up تهیه كرده و سپس فرمت كنید .

در high level format معمولاً فایل سیستمی بعد از فرمت بوجود می یابد.

نکته بسیار مهم اینکه درlow level format کل اطلاعات پاک می شود بطوریکه حتی با دستگاه pc 3000 نیز بازیابی نمی گردد .

ناحیه ذخیره سازی data در ساختار فیزیکی هارددیسک :

برای شناخت موثرتر بهتر است یك فهم ساده از ساختار فیزیکی هارددیسک ها داشته باشیم.

(NTFS از یك تكنولوژی متفاوت با FAT16 و FAT32 برای مدیریت فایلها استفاده می كند در این بخش فقط FAT 16 و FAT32 را توضیح می دهیم )

Data در هارد دیسک تقریباً در 5 ناحیه پخش می شود : ناحیه MBR ناحیه DBR ناحیه FAT ناحیه DIR و ناحیه DATA .

از میان آنها MBR براساس و بوسیله نرم افزار پارتیشن بنا نهاده شده و این در حالیست كه DBR ، FAT ، DIR و DATA بوسیله high level format تعیین می شوند .

وقتی یك فایل سیستمی در هارد ریخته می شود در ناحیه FAT ، DIR و DATA بازنویسی می شود و این موضوع به این معنی است كه این 5 ناحیه روی یكدیگر تاثیر می گذارند و تنها به این روش می توان هارد دیسک را بصورت قاعده مند مدیریت كرد . مختصری از هر 5 ناحیه در این قسمت توضیح داده خواهد شد .

MBR اولین سكتور فیزیكی (سیلندر 0 ، هد0 ، و سكتور 1) در اولین درایو هارد (اولین درایو كه شماره bios آن 0x80 است) حاوی MBR است .

زمانی كه از هارد boot می كنیم BIOS و بالاخص firmware محتویات فایل MBR را از یك آدرس ثابت در حافظه load می كند و این امكان را می دهد تا این فایل عمل كنترل را انجام دهد . سپس سیستم عامل از پارتیشنی كه bootable است ، load می شود . load شدن سیستم عامل می تواند از یك loader دیگر مثل LILO نیز انجام شود .

Dos Boot Record (ركورد راه انداز Dos ) كه درسیلندر 0 ، ستون 1 و سكتور اول هارد دیسک قرار دارد .

DBR اولین سكتوری است كه سیستم عامل آنرا ویزیت می كند و حاوی یك برنامه boot و BPB) Bios Parameter Block) می باشد .

وظیفه اصلی برنامه boot این است كه تعیین كند كدام یك از دو فایل موجود در دایركتوری اصلی ، فایل boot كردن سیستم
عامل است.