Режимы и стадии работы канала ввода-вывода, их взаимосвязь с алгоритмами интерфейса ввода-вывода

Начальная стадия включает в себя получение информации от центрального процессора о том, какую операцию и с каким внешним устройством канал должен выполнить, проверку работоспособности устройства (выполнение алгоритма «начальная выборка»), считывание адресного слова канала (из ячейки 072), считывание первого УСК из оперативной памяти.

Стадия приема/передачи. На этом этапе работа канала зависит от режима работы канала (мы будем рассматривать только мультиплексный режим). В мультиплексном режиме канал осуществляет побайтную передачу информации. Каждый раз при приеме/передаче байта данных, канал выполняет определенную последовательность действий, зависящих от вида операции ввода-вывода (от направления обмена).

Стадия завершения работы. На этой стадии канал формирует слово состояния канала и записывает его в соответствующую ячейку оперативной памяти (например, 064)Завершение обмена наступает, когда канал обнаруживает, что счетчик байтов в текущем УСК равен 0. Это означает, что текущая команда выполнена. Канал в этом случае должен определить, что делать дальше. Для этого он последовательно анализирует цепочку команды и цепочку данных текущего УСК.

Монопольный режим используется для обслуживания высокоскоростного ВУ. В этом случае связь Канал- Абонент устанавливается и поддерживается на все время выполнения операции В/в.

Мультиплексный режим используется для обслуживания низкоскоростных внешних устройств. Переключение между устройствами канал производит после передачи каждого байта и-ии.

Независимо от режима работы канала полный цикл выполнения операций в/в состоит из 3-х этапов: начальная, передача данных, завершение обмена.

 

16) Структура магнитного диска

Физическая структура магнитного диска

Жесткий (магнитный) диск представляет собой основной компонент вычислительной системы, предназначенный для длительного энергонезависимого хранения информации.

Совокупность дорожек №k на всех пластинах называется цилиндром.

Дорожки разбиваются на сектора. Сектор имеет определенный размер (обычно 512 байт). В начале каждого сектора располагается заголовок (prefix), по которому определяется начало сектора и его номер. В конце каждого сектора (suffix) находится контрольная сумма, которая используется для контроля целостности данных.

Геометрия жесткого диска – это информация о количестве цилиндров (C), головок (H), секторов на дорожке (S). Произведение C * H * S равно емкости магнитного носителя.

Главная загрузочная запись (MBR) располагается в начале жесткого диска. Она содержит 3 элемента:

1)внесистемный загрузчик (программа начальной загрузки) – запускается BIOS после загрузки первого сектора, содержащего MBR;

2)таблица разделов – 4 записи по 16 Кб;

3)сигнатура MBR (2 байта) – число, подтверждающее целостность MBR.

Элемент таблицы разделов имеет следующую структуру:

8 полей, позволяющих описать положение раздела на диске 2мя способами и указать его размер, определить к какой операционной системе относится раздел, какая файловая система установлена и является ли раздел загрузочным.

 

17) Понятие раздел магнитного диска

Логическая структура магнитного диска

Все диски, используемые в IBM-подобных машинах, имеют одинаковую структуру. Они могут иметь до 4х разделов.

Раздел – это часть жесткого диска, которую можно использовать для установки операционной системы и хранения данных.

Процедура создания разделов на жестком диске называется разбиение диска на разделы.

Каждый раздел функционирует независимо от других разделов диска. Разбиение диска на разделы позволяет решить 4 проблемы:

1)в разных разделах можно установить разные операционные системы;

2)отделить системные данные от пользовательских;

3)более эффективно использовать пространство жесткого диска;

4)более эффективно обслуживать жесткий диск.

Разделы могут быть первичными и расширенными. Первичный раздел может содержать как операционную систему, так и пользовательские данные. Ряд операционных систем способны загружаться только с первичного раздела. Первичных разделов может быть до 4х, но активным является только 1. Первичный раздел может быть скрытым (невидимым). В это случае операционные системы не видят данный раздел и не отображают его в списке доступных для работы.

Расширенный раздел, как правило, может быть только 1. Непосредственно расширенный раздел не используется, он предназначен для создания на нем логических дисков. Теоретически количество логических дисков не ограничено, на практике ограничивается: для Windows и DOS – количеством латинских букв, для Linux – 64.

Для хранения информации о разделах используется специальная область диска, называемая таблицей разделов. Сама таблица располагается в главной загрузочной записи (MBR). Главная загрузочная запись размещается в нулевом секторе, нулевого цилиндра, головки с номером ноль (или в нулевом секторе с точки зрения логической адресации).

Расширенные разделы:

Используются дополнительные загрузочные записи (SBR), с её помощью строится Цепочка Таблиц Разделов.

 

18) Способы выделения дискового пространства

Существуют следующие способы выделения дискового пространства:

1)выделение непрерывной последовательности блоков;

в этом случае выделенное пространство обозначается 2мя цифрами, например «1, 50». 1 – номер первого блока последовательности, 50 – количество выделенных блоков.

2)метод связных списков:

· а)со внутренними ссылками;(т. е. ссылки помещаются внутри блока.)

Недостатки:

o уменьшение места для информации

o внутренняя фрагментация

o дополнительные преобразования (выделение служебной информации)

· б)с внешними ссылками (индексом);

Служебная информация сохраняется в виде отдельной таблицы. Элементы этой таблицы представляют собой набор связных списков. Количество строк в этой таблице равно количеству блоков, максимально допустимому на разделе.

Структура строки этой таблицы

В поле «информация» может быть:

· 0 (блок свободен),

· признак конца файла (последний блок в файле),

· номер следующего блока файла.

Дисковое пространство используется более эффективно. Но много времени тратится на механические перемещения из области данных в таблицу файла и обратно.

Существует специальная таблица, хранящая первые блоки файлов.

3)использование индексных узлов.

Вместо таблицы распределения файлов каждому файлу соответствует индексный узел (i-node) – небольшая таблица, хранящая информацию об имени файла, его атрибутах, положении файла на магнитном носителе. Индексные узлы используются в UNIX-подобных системах.

19) Файловая система FAT принципы её организации и работы

Дисковое пространство делится на блоки фиксированного размера. Вначале 1 блок составлял 512 байт (FAT12). Таблица распределения файлов (FAT) содержала 12-разрядные записи. Количество блоков = 212, т. е. максимальный размер жесткого диска – 2 Мб.

В FAT16 строка 16-разрядная, т. е. максимальная допустимая емкость 32 Мб.

Потом была разработана кластерная организация файловой системы.

Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее — только в области данных). Кластер — это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому каталогу). Кластеры введены для того, чтобы уменьшить количество адресуемых единиц в области данных логического диска. Каждый файл занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что при большом размере кластера может приводить к заметной потере дискового пространства. На дискетах кластер занимает один или два сектора, а на жестких дисках его размер зависит от объема раздела В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу (или файлу-каталогу), связываются в цепочки. Для указания номера кластера в файловой системе FAT 16 используется 16-разрядное слово, следовательно, можно иметь до 2¹⁶ = 65 536 кластеров (с номерами от 0 до 65 535).

 

Вначале кластер состоял из 4х блоков, таким образом, количество адресуемого пространства составило 128 Мб. Позднее появились кластеры динамически изменяемого размера. Размер кластера зависит от размера раздела или диска. Специальный байт хранит информацию о размере кластера. Так как в байте 8 бит, то в кластере может быть максимум 27 блоков, т. е. максимальный размер кластера 64 Кб.

Механизм работы FAT:

Когда приходит запрос на дисковое пространство – система ищет 1-й свободный кластер из записывает туда информацию, а следующий свободный кластер назначается первым свободным.

 

 

20) Понятие каталогов в файловых системах

Каталог — это специальный файл, в теле которого содержатся записи, указывающие на файлы и подкаталоги, логически находящиеся в данном каталоге. Физическое же размещение файлов никак не связано с их логическим расположением в каталогах и подкаталогах. Во всех IBM-совместимых компьютерах структура каталогов имеет иерархическую структуру, т. е. каждый каталог может содержать в себе еще один или несколько каталогов, которые могут содержать файлы или быть пустыми. Требования к имени каталогов такие же, как и к файлам.

Корневой каталог — фактически это и есть диск (раздел), так как корневой каталог содержит в себе абсолютно все пользовательские файлы, начиная от файлов, которые создаются операционной системой при установке, заканчивая различными файлами, которые создаются пользователем в процессе работы на компьютере. Его название может состоять из 11 символов латинского или национального начертания, а также из цифр и любых допустимых символов. Имя корневого каталога и метка тома — это одно и то же. Имя задается либо при форматировании диска, либо в любой другой момент (в свойствах диска).

Корневой каталог в FAT16 представлял собой 32-байтную структуру, которая содержала следующую информацию:

1) имя файла – 8 байт,

2) тип файла (расширение) – 3 байта,

3) атрибуты – 1 байт, пользователю доступны 4 бита,

4) неиспользуемая область – 10 байт,

5) время создания файла – 2 байта,

6) дата создания файла – 2 байта,

7) начальный кластер файла (номер строки в FAT) – 2 байта,

Запись короткого имени в FAT32:

1) имя файла – 8 байт,

2) тип файла – 3 байта,

3) атрибуты – 1 байт,

4) неиспользуемая область – 2 байта,

5) время создания файла – 2 байта,

6) дата создания файла – 2 байта,

7) дата последнего доступа – 2 байта,

8) старшее слово номера начального кластера – 2 байта,

9) дата последней модификации файла – 2 байта,

10) время последней модификации файла – 2 байта,

11) младшее слово номера начального кластера – 2 байта,

12) размер файла – 4 байта.

Запись длинного имени в FAT32:

1) байт следования – 1 байт,

2) 5 символов имени файла – 10 байт,

3) атрибуты – 1 байт,

4) неиспользуемая область – 2 байта,

5) 6 символов имени файла – 12 байт,

6) просто 2 байта (равны 0),

7) 2 символа имени файла.

Байт следования содержит порядковый номер записи в имени файла (первые 5 бит) и бит завершения (7й бит). Бит завершения равен 0, если это последняя запись, и 1, если есть продолжение. Биты 6 и 8 не используются.

Максимальная длина имени файла – 254 символа.

Запись длинного имени создается всегда, даже если длина имени менее 8 символов.

Запись короткого имени хранится в кодировке ASCII, длинного имени – в кодировке Unic

 

 

21) Понятие сектор,кластер.

Сектор – часть пространства физического диска. Жесткий диск представляет собой набор пластин. Пластины разбиваются на дорожки, а дорожки, в свою очередь – на сектора.

В начале каждого сектора располагается заголовок (prefix), по которому определяется начало сектора и его номер. В конце каждого сектора (suffix) находится контрольная сумма, которая используется для контроля целостности данных.

Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее — только в области данных). Кластер — это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому каталогу). Кластеры введены для того, чтобы уменьшить количество адресуемых единиц в области данных логического диска. Каждый файл занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что при большом размере кластера может приводить к заметной потере дискового пространства. На дискетах кластер занимает один или два сектора, а на жестких дисках его размер зависит от объема раздела

 

Вначале кластер состоял из 4х блоков, таким образом, количество адресуемого пространства составило 128 Мб. Позднее появились кластеры динамически изменяемого размера. Размер кластера зависит от размера раздела или диска. Специальный байт хранит информацию о размере кластера. Так как в байте 8 бит, то в кластере может быть максимум 27 блоков, т. е. максимальный размер кластера 64 Кб.

Потери дискового пространства возникают из-за кластерной организации. Например, если кластер 4 Кб, а файл занимает 5 Кб, то он будет записан в 2 кластера. Таким образом, на диске он займет 8 Кб, т.е. 3 Кб будут потеряны. Средние потери дискового пространства в FAT16 составляют половину размера кластера.

Фрагментация файла возникает, когда файл, которому требуется несколько кластеров, не может быть записан в смежные кластеры. В этом случае кластеры одного файла могут находиться далеко друг от друга, и много времени будет тратиться на перемещение головок, что существенно замедляет работу жесткого диска.

22) Запись длинного имени в VFAT & FAT32

Для реализации хранения длинных имен в рамках существующего каталога создаются 2 записи: запись «короткого» имени (по стандарту 8.3) и запись «длинного» имени.

C выходом Windows 95 в VFAT добавилась поддержка длинных имен файлов (Long File Name, LFN). Тем не менее, VFAT сохраняет совместимость с исходным вариантом FAT; это означает, что наряду с длинными именами в ней поддерживаются имена формата 8.3, а также существует специальный механизм для преобразования имен 8.3 в длинные имена, и наоборот.

Все 4 разряда атрибутов («только для чтения», «системный», «скрытый», «метка тома»), равные 1, делают запись каталога невидимой для программ, не «знающих» о «длинных» именах.

Запись короткого имени в FAT32:

13) имя файла – 8 байт,

14) тип файла – 3 байта,

15) атрибуты – 1 байт,

16) неиспользуемая область – 2 байта,

17) время создания файла – 2 байта,

18) дата создания файла – 2 байта,

19) дата последнего доступа – 2 байта,

20) старшее слово номера начального кластера – 2 байта,

21) дата последней модификации файла – 2 байта,

22) время последней модификации файла – 2 байта,

23) младшее слово номера начального кластера – 2 байта,

24) размер файла – 4 байта.

Запись длинного имени в FAT32:

8) байт следования – 1 байт,

9) 5 символов имени файла – 10 байт,

10) атрибуты – 1 байт,

11) неиспользуемая область – 2 байта,

12) 6 символов имени файла – 12 байт,

13) просто 2 байта (равны 0),

14) 2 символа имени файла.

Байт следования содержит порядковый номер записи в имени файла (первые 5 бит) и бит завершения (7й бит). Бит завершения равен 0, если это последняя запись, и 1, если есть продолжение. Биты 6 и 8 не используются.

Максимальная длина имени файла – 254 символа.

Запись длинного имени создается всегда, даже если длина имени менее 8 символов.

Запись короткого имени хранится в кодировке ASCII, длинного имени – в кодировке Unicode