Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО
Кафедра теоретических основ компьютерной безопасности
и криптографии
____РАБОТА С ДИСКАМИ__
наименование курсовой работы ПРОПИСНЫМИ буквами.
КУРСОВАЯ РАБОТА
студента 1 курса факультета компьютерных наук
и информационных технологий
Томникова Вадима Анатольевича_______________
фамилия, имя, отчество (полностью)
Научный руководитель
профессор______________________ В. В. Ридель
должность, уч.степень, уч.звание подпись, дата инициалы, фамилия
Зав. кафедрой
профессор______________________ В. В. Салий
должность, уч.степень, уч.звание подпись, дата инициалы, фамилия
Саратов 2003
Оглавление.
Введение.
1. Глава 1. Обзор дисковых устройств.
2. Глава 2. Физические аспекты работы с дисками.
3. Глава 3. Работа с дисками на физическом уровне.
3.1. Определение типа компьютера.
3.2. Прерывание INT 11h.
3.3. Анализ содержимого CMOS-памяти.
3.4. Таблицы параметров НМД и НГМД.
4. Глава 4. Программирование контроллера НГМД.
4.1. Порты контроллера НГМД.
4.2. Команды для контроллера НГМД.
4.3. Использование команд контроллера НГМД.
4.4. Немного о контроллере прямого доступа к памяти.
5. Глава 5. Функции BIOS для работы с дисками.
6. Глава 6. Работа с дисками по средствам MS-DOS.
6.1. Таблица разделов и логические диски.
6.2. Главная загрузочная запись.
6.3. Таблица разделов диска.
6.4. Загрузочная запись.
6.5. Загрузка операционной системы.
6.6. Поля элемента таблицы раздела диска.
6.7. Первичный и расширенный раздел.
6.8. Загрузочная запись.
6.9. Формат загрузочной записи.
6.10. Расширенный блок параметров BIOS.
6.11. Логический номер сектора.
6.12. Прерывания INT 25h и INT 26h.
6.13. Таблица размещения файлов.
6.14. Последовательный и прямой доступ.
6.15. Кластеры.
6.16. Содержимое таблицы FAT.
6.17. Два формата таблицы FAT.
6.18. Определение формата таблицы FAT.
6.19. Идентификация кластеров.
6.20. Чтение таблицы FAT.
Введение.
В распоряжении программиста имеются средства разного уровня, предназначенные для работы с дисковой системой в среде MS-DOS.
Во-первых, любая программа может обращаться непосредственно к аппаратуре контроллера жесткого диска или контроллера накопителя на гибких магнитных дисках. Это самый низкий уровень, применение которого оправдано далеко не всегда. Более того, во многих источниках настоятельно рекомендуется не работать с контроллером на уровне портов, если точно не известно, зачем это нужно. Большинство задач решается с применением функций MS-DOS или BIOS (даже такие нетрадиционные задачи, как защита от несанкционированного копирования). Однако иногда программист бывает вынужден использовать самый низкий уровень, рискуя потерять совместимость с многочисленными типами дисковых контроллеров.
Во-вторых, программа MS-DOS может работать с дисками при помощи прерывания BIOS. В работе будут рассмотрены различные функции прерывания INT 13h, предназначенного для выполнения операций чтения, записи и форматирования. Использование функций прерывания INT 13h намного предпочтительнее, чем непосредственное программирование контроллера, так как BIOS скрывает особенности аппаратной реализации контроллера.
В-третьих, программа может обращаться к прерываниям MS-DOS, специально предназначенным для доступа к дисковой системе. Сервис, предоставляемый этими прерываниями также можно разделить на низко- и высокоуровневый, поэтому у программиста всегда есть выбор.
Выбирая средства обращения к дисковой системе, программист должен вначале рассмотреть возможность использования наиболее высокоуровневых документированных средств, таких как прерывания MS-DOS. И лишь затем имеет смысл обратиться к функциям BIOS или к программированию портов контроллера.
Несмотря на все сказанное выше, повествование о средствах работы с дисковой системой будет вестись в обратном порядке. Вначале будет рассказано об использовании наиболее низкоуровневых средств, и лишь затем будет рассказано о прерываниях BIOS и MS-DOS. Это позволит подойти к изучению высокоуровневых средств, имея полное представление о том, как устроена дисковая система.
Глава 1. Обзор дисковых устройств.
Первые персональные компьютеры типа IBM PC не имели жесткого диска ("винчестера", или, по отечественной терминологии, накопителя на жестком магнитном диске - НМД). Они были оборудованы двумя флоппи-дисками (накопителями на гибком магнитном диске - НГМД), которые и представляли собой дисковую систему. В таких компьютерах установлены, как правило, два накопителя для флоппи-дисков (дискет).
Эти накопители подключены к контроллеру - специальному устройству, выполняющему функции управления. Контроллер обычно выполнен в виде платы и вставлен в разъем системной шины, который находится на основной плате компьютера.
В компьютере IBM PC использовали дискеты диаметром 5,25". Сейчас пользователи практически отказались от громоздких дискет диаметром 5,25", отдавая предпочтение более компактным дискетам диаметром 3,5". Компьютер IBM XT имел один или два НГМД для дискет диаметром 5,25" и, как правило, один НМД емкостью 20 Мбайт. Все дисководы подключались к одному общему контроллеру. Модель IBM AT и компьютеры более высокого класса могут иметь несколько дисковых контроллеров, два НГМД с различным диаметром (3,5" и 5,25") и несколько НМД.
Пожалуй, самая интересная разновидность современных дисковых накопителей - оптические, или лазерные. В настоящее время существует несколько типов оптических дисковых накопителей. Это устройство чтения компакт-дисков CD-ROM , устройство записи CD Recordable , накопители WORM и магнитооптические накопители.
Диски CD-ROM (Compact-Disk, Read-Only Memory) - это диски, которые по своему формату и технологии записи информации напоминают звуковые компакт-диски. Они имеют диаметр 120 мм и могут содержать порядка 800 Мбайт информации. Эта информация записывается один раз и впоследствии может только читаться, как из постоянного запоминающего устройства.
Диски CD Recordable внешне очень похожи на диски CD-ROM , однако с помощью специального устройства пользователь может записать на него свою информацию. При необходимости можно на один и тот же диск дозаписывать новые данные. Диск CD Recordable можно прочитать с помощью обычного устройства чтения компакт-дисков CD-ROM.
WORM -диски (Write Once, Read Many) предназначены для однократной записи и многократного считывания данных. Эти диски, как и CD Recordable , наилучшим образом подходят для архивного хранения информации, например, содержимого обширных баз данных.
Магнитооптические накопители могут многократно записывать информацию на один и тот же носитель (как обычные магнитные диски). Это одни из самых дорогостоящих дисковых накопителей. Их производительность сравнима с производительностью обычных жестких дисков.
Основной недостаток лазерных накопителей (кроме магнитооптических) - относительно невысокое быстродействие по сравнению с традиционными накопителями на жестких дисках. Однако этот недостаток постепенно преодолевается.
Глава 2. Физические аспекты работы с дисками.
Что же, собственно, представляет из себя диск?
Дискета (флоппи-диск) - это круглая пластинка в квадратном конверте, покрытая с двух сторон магнитным материалом. Этот материал похож на тот, что используется в магнитных лентах обычных бытовых магнитофонов, но отличается по некоторым характеристикам (например, по форме и ширине петли гистерезиза). Ближе к центру в диске находится маленькое отверстие, предназначенное для синхронизации. Когда дискета вставляется в дисковод, с обеих сторон (сверху и снизу) к ней прижимаются магнитные головки. При этом нет никакого зазора между головками и поверхностью дискеты. С помощью специального шагового двигателя головки могут перемещаться скачкообразно вдоль радиуса диска, как бы прочерчивая при вращении диска концентрические окружности. Эти окружности называются дорожками, треками или цилиндрами - в литературе можно встретить различные названия.
Жесткий диск состоит из нескольких жестких круглых пластинок, покрытых магнитным материалом. Пластинки вращаются с огромной скоростью (порядка 7200 - 14400 оборотов в минуту) в герметичном корпусе. Около каждой стороны пластинки располагается по одной магнитной головке, но эти головки не соприкасаются с диском, а плавают на воздушной подушке в непосредственной близости от его поверхности. Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок головок вдоль радиуса диска, переходя таким образом от одного цилиндра к другому. Перемещаясь вдоль окружности дорожки, магнитная головка может записывать или считывать информацию примерно так, как это происходит в бытовом магнитофоне. Запись выполняется по битам, при этом добавляется различная служебная информация и информация для контроля данных.
Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера. Эти блоки называются секторами. Сектор представляет собой наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером. Для каждого сектора выполняется контроль записи или чтения. При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов, находящихся в секторе, и эта контрольная сумма записывается на диск в служебную область, расположенную после сектора. При чтении эта контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается с контрольной суммой, считанной из служебной области. При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке. Дорожки нумеруются начиная от нулевой, головки тоже начиная от нулевой, а вот секторы - начиная с первого. Почему так было сделано - сказать трудно, но именно такая нумерация используется при работе с контроллером диска и функциями прерывания BIOS, обслуживающими дисковую подсистему. В операциях чтения или записи на физическом уровне необходимо указывать номер дорожки (0, 1, ...), головки (0, 1, ...), номер сектора (1, 2, ...).