Wozu dienen Festplattensektoren?

Question 1

Laut diesem Artikel: http://www.tech-faq.com/wie-daten-auf-ihrer-festplatte-gespeichert-werden.html Festplatten schreiben Daten in einem linearen Pfad (soweit ich weiß).

Leider ist der Artikel, den Sie zitieren, nicht sehr gut. Der Autor verwendet das Konzept des „linearen Pfads“, aber Festplatten werden auch alsDirektzugriffsgeräte(im Gegensatz zusequentielle Zugriffsgerätewie Magnetband). Das angebliche „zweite Konzept“, dass „Daten werden auf dem ersten verfügbaren Speicherplatz gespeichert" ist falsch, da die Zuordnung durch das Dateisystem des Betriebssystems bestimmt wird und auf seltsamen Faktoren (Zylindergrenzen?) basiert, wie durch Ansammlungen ungenutzter Cluster in der Defragmentierungsdarstellung von WinXP belegt wird. (Und der Wikipedia-Artikel ist nicht viel besser: Er enthält Ungenauigkeiten und ist PC-zentriert.)

Die Gründe für die Verwendung von Festplattensektoren sind:

Es ist die (Gesamt-)Einheit der magnetischen Aufzeichnung.
Es ist eine Einheit für Datenzugriff und -übertragung.
Es handelt sich um eine (Basis-)Einheit der Zuordnung.

Magnetische Aufzeichnung

Das Lesen und Schreiben von Daten auf einem magnetischen Medium erfordert, dass sich das Medium bewegt und dass die Lösch- und Schreibköpfe in einem Abstand von vorhandenen Daten ein- und ausgeschaltet werden. Daher werden die Daten auf der Festplatte immer in Einheiten eines Sektors (oder genauer gesagt einesDatensatz), um das Layout (oder Format) jedes Titels beizubehalten.

Eine ausführlichere Erklärung ist meine Antwort für: Ist es möglich, die vorherige Byteposition auf einer Festplatte zu erkennen, nachdem sie überschrieben wurde?

Der Kerngedanke besteht darin, dass beim Schreiben von Daten auf die Festplatte Störungen (beim Einschalten der Lösch- und Schreibköpfe) aller bereits auf dem Laufwerk vorhandenen Daten vermieden werden müssen. Die Daten auf der Festplatte werden inAufzeichnungenDer Bereich zwischen denAufzeichnungenheißt einLücke zwischen Datensätzenoder einfach Lücke. Innerhalb dieser Lücke befindet sich ein spezieller Bereich, derSpleiß schreiben. Die Lösch- und Schreibköpfe dürfen nur innerhalb dieserSpleiß schreibenBereiche, um keine vorhandenen aufgezeichneten Daten zu beschädigen (einschließlich der Lückendaten unmittelbar vor und nach jeder Aufzeichnung). Hinweis: Der Prozess der (physikalischen) Formatierung einer Festplatte ist der Prozess des Schreibens einerAdressmarke,ID-Datensatz, (leer)Datensatzund alle notwendigen Lücken für jeden Sektor auf jeder Spur der Festplatte. Wenn ein Sektor "geschrieben" wird,Datensatz(und seine führenden und nachfolgenden Lücken) des Sektors werden neu geschrieben.AdressmarkeUndID-Datensatzwerden nach der Formatierung nie wieder neu geschrieben.

Datenzugriff und -übertragung

Festplattenlaufwerke sind Geräte mit "wahlfreiem Zugriff". Das heißt, jeder Sektor ist adressierbar und Sektoren können in beliebiger Reihenfolge gelesen und geschrieben werden. Beachten Sie, dass der Zugriff auf Sektoren zufällig erfolgen kann, die Bytes innerhalb des Sektors jedoch sequenziell angeordnet sind. Im Vergleich dazusequentielles Zugriffsgerät(z. B. Magnetbänder) müssen möglicherweise alle vorhergehenden Datensätze vom Anfang des Mediums an verarbeiten, bevor auf den angeforderten Datensatz zugegriffen werden kann.

Da immer ein vollständiger „Sektor“ von/auf die Festplatte gelesen oder geschrieben werden muss, ist es logisch, dass die Schnittstelle zwischen Host und Laufwerk auch dieselbe Anzahl an Datenbytes übertragen würde. Auf beiden Seiten der Laufwerksschnittstelle müssen Puffer vorhanden sein, um die Datenmenge eines Sektors für eine Übertragung aufzunehmen. Die Menge an (Host-)Hauptspeicher, die für Festplattenpuffer reserviert werden muss, und die Zeit für die E/A dieser Puffer werden beide (negativ) durch eine große Sektorgröße beeinflusst.

Zuweisung

Das Dateisystem definiert eine Zuordnungseinheit für verfügbar (oder unbenutzt) gegenüber zugeordnet (für eine Datei). Diese Zuordnungseinheit basiert immer auf einer bestimmten Anzahl von Sektoren, da die Sektorgröße die grundlegende Einheit für Zugriff und physische E/A ist. Eine kleine Zuordnungsgröße (wie nur 1 Sektor) hat tendenziell mehr negative (anstatt positive, d. h. weniger verschwendetelockerSpeicherplatz) Auswirkungen auf die Leistung des Dateisystems (und der Festplatte), z. B. größere Zuordnungstabelle, mehr Buchhaltung. Eine kleine Sektorgröße kann auch die Sektoradressierung und die gesamte Festplattenkapazität einschränken, daher der Wechsel zum größeren 4-KB-Sektor.

Beachten Sie, dass Festplattenlaufwerke und Festplattencontroller nicht immer Sektoren mit fester Größe vorschrieben. Beispielsweise konnten Storage Module Drives (SMDs) (für die ich eine Controller-Firmware erstellt habe) beliebig große „Sektoren“ haben, darunter auch unterschiedlich große „Sektoren“ auf jeder Spur. Natürlich kann es für ein Dateisystem schwierig sein, den Überblick darüber zu behalten, welche Größe wo ist. Daher die extreme Vereinfachung, nur eine Sektorgröße für das gesamte Laufwerk zu verwenden. IBM ging für seinen PC noch einen Schritt weiter und unterstützte nur 512-Byte-Sektoren (bis optische Medien auf den Markt kamen und dann wieder 4-KB-Sektoren). Vor dem IBM PC waren Sektorgrößen von 128, 256 und 1024 Byte sowie 512 in Gebrauch (insbesondere für Disketten, die viele Festplattenkonzepte wiederverwendeten, darunter Soft-Sektorierung). Da die Datenkapazität magnetischer Medien vom Spurformat (das die Sektorgröße beinhaltete) und dieses wiederum vom Betriebssystem und Dateisystem abhing, wurde bei magnetischen Medien (also Festplatten und Disketten) früher (vor langer Zeit) die unformatierte Kapazität angegeben (zusammen mit den dezimalen Zahlen „MB“ und „GB“). Seit PCs den 512-Byte-Sektor zur Standardgröße gemacht haben, unterstützen Festplatten keine Soft-Sektorisierung mehr und die „unformatierte Kapazität“ ist eine bedeutungslose Zahl.

Answer

Laut diesem Artikel: http://www.tech-faq.com/wie-daten-auf-ihrer-festplatte-gespeichert-werden.html Festplatten schreiben Daten in einem linearen Pfad (soweit ich weiß).

Leider ist der Artikel, den Sie zitieren, nicht sehr gut. Der Autor verwendet das Konzept des „linearen Pfads“, aber Festplatten werden auch alsDirektzugriffsgeräte(im Gegensatz zusequentielle Zugriffsgerätewie Magnetband). Das angebliche „zweite Konzept“, dass „Daten werden auf dem ersten verfügbaren Speicherplatz gespeichert" ist falsch, da die Zuordnung durch das Dateisystem des Betriebssystems bestimmt wird und auf seltsamen Faktoren (Zylindergrenzen?) basiert, wie durch Ansammlungen ungenutzter Cluster in der Defragmentierungsdarstellung von WinXP belegt wird. (Und der Wikipedia-Artikel ist nicht viel besser: Er enthält Ungenauigkeiten und ist PC-zentriert.)

Die Gründe für die Verwendung von Festplattensektoren sind:

Es ist die (Gesamt-)Einheit der magnetischen Aufzeichnung.
Es ist eine Einheit für Datenzugriff und -übertragung.
Es handelt sich um eine (Basis-)Einheit der Zuordnung.

Magnetische Aufzeichnung

Das Lesen und Schreiben von Daten auf einem magnetischen Medium erfordert, dass sich das Medium bewegt und dass die Lösch- und Schreibköpfe in einem Abstand von vorhandenen Daten ein- und ausgeschaltet werden. Daher werden die Daten auf der Festplatte immer in Einheiten eines Sektors (oder genauer gesagt einesDatensatz), um das Layout (oder Format) jedes Titels beizubehalten.

Eine ausführlichere Erklärung ist meine Antwort für: Ist es möglich, die vorherige Byteposition auf einer Festplatte zu erkennen, nachdem sie überschrieben wurde?

Der Kerngedanke besteht darin, dass beim Schreiben von Daten auf die Festplatte Störungen (beim Einschalten der Lösch- und Schreibköpfe) aller bereits auf dem Laufwerk vorhandenen Daten vermieden werden müssen. Die Daten auf der Festplatte werden inAufzeichnungenDer Bereich zwischen denAufzeichnungenheißt einLücke zwischen Datensätzenoder einfach Lücke. Innerhalb dieser Lücke befindet sich ein spezieller Bereich, derSpleiß schreiben. Die Lösch- und Schreibköpfe dürfen nur innerhalb dieserSpleiß schreibenBereiche, um keine vorhandenen aufgezeichneten Daten zu beschädigen (einschließlich der Lückendaten unmittelbar vor und nach jeder Aufzeichnung). Hinweis: Der Prozess der (physikalischen) Formatierung einer Festplatte ist der Prozess des Schreibens einerAdressmarke,ID-Datensatz, (leer)Datensatzund alle notwendigen Lücken für jeden Sektor auf jeder Spur der Festplatte. Wenn ein Sektor "geschrieben" wird,Datensatz(und seine führenden und nachfolgenden Lücken) des Sektors werden neu geschrieben.AdressmarkeUndID-Datensatzwerden nach der Formatierung nie wieder neu geschrieben.

Datenzugriff und -übertragung

Festplattenlaufwerke sind Geräte mit "wahlfreiem Zugriff". Das heißt, jeder Sektor ist adressierbar und Sektoren können in beliebiger Reihenfolge gelesen und geschrieben werden. Beachten Sie, dass der Zugriff auf Sektoren zufällig erfolgen kann, die Bytes innerhalb des Sektors jedoch sequenziell angeordnet sind. Im Vergleich dazusequentielles Zugriffsgerät(z. B. Magnetbänder) müssen möglicherweise alle vorhergehenden Datensätze vom Anfang des Mediums an verarbeiten, bevor auf den angeforderten Datensatz zugegriffen werden kann.

Da immer ein vollständiger „Sektor“ von/auf die Festplatte gelesen oder geschrieben werden muss, ist es logisch, dass die Schnittstelle zwischen Host und Laufwerk auch dieselbe Anzahl an Datenbytes übertragen würde. Auf beiden Seiten der Laufwerksschnittstelle müssen Puffer vorhanden sein, um die Datenmenge eines Sektors für eine Übertragung aufzunehmen. Die Menge an (Host-)Hauptspeicher, die für Festplattenpuffer reserviert werden muss, und die Zeit für die E/A dieser Puffer werden beide (negativ) durch eine große Sektorgröße beeinflusst.

Zuweisung

Das Dateisystem definiert eine Zuordnungseinheit für verfügbar (oder unbenutzt) gegenüber zugeordnet (für eine Datei). Diese Zuordnungseinheit basiert immer auf einer bestimmten Anzahl von Sektoren, da die Sektorgröße die grundlegende Einheit für Zugriff und physische E/A ist. Eine kleine Zuordnungsgröße (wie nur 1 Sektor) hat tendenziell mehr negative (anstatt positive, d. h. weniger verschwendetelockerSpeicherplatz) Auswirkungen auf die Leistung des Dateisystems (und der Festplatte), z. B. größere Zuordnungstabelle, mehr Buchhaltung. Eine kleine Sektorgröße kann auch die Sektoradressierung und die gesamte Festplattenkapazität einschränken, daher der Wechsel zum größeren 4-KB-Sektor.

Beachten Sie, dass Festplattenlaufwerke und Festplattencontroller nicht immer Sektoren mit fester Größe vorschrieben. Beispielsweise konnten Storage Module Drives (SMDs) (für die ich eine Controller-Firmware erstellt habe) beliebig große „Sektoren“ haben, darunter auch unterschiedlich große „Sektoren“ auf jeder Spur. Natürlich kann es für ein Dateisystem schwierig sein, den Überblick darüber zu behalten, welche Größe wo ist. Daher die extreme Vereinfachung, nur eine Sektorgröße für das gesamte Laufwerk zu verwenden. IBM ging für seinen PC noch einen Schritt weiter und unterstützte nur 512-Byte-Sektoren (bis optische Medien auf den Markt kamen und dann wieder 4-KB-Sektoren). Vor dem IBM PC waren Sektorgrößen von 128, 256 und 1024 Byte sowie 512 in Gebrauch (insbesondere für Disketten, die viele Festplattenkonzepte wiederverwendeten, darunter Soft-Sektorierung). Da die Datenkapazität magnetischer Medien vom Spurformat (das die Sektorgröße beinhaltete) und dieses wiederum vom Betriebssystem und Dateisystem abhing, wurde bei magnetischen Medien (also Festplatten und Disketten) früher (vor langer Zeit) die unformatierte Kapazität angegeben (zusammen mit den dezimalen Zahlen „MB“ und „GB“). Seit PCs den 512-Byte-Sektor zur Standardgröße gemacht haben, unterstützen Festplatten keine Soft-Sektorisierung mehr und die „unformatierte Kapazität“ ist eine bedeutungslose Zahl.

Question 2

Sektoren sorgen für E/A-Unabhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Festplatte. Durch die Aufteilung jeder Spur in Sektoren fester Größe kann die Festplatten-E/A unabhängig davon erfolgen, wie viele Sektoren auf jede Spur passen oder ob unterschiedliche Spuren unterschiedliche Sektorzahlen haben.

Answer

Sektoren sorgen für E/A-Unabhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Festplatte. Durch die Aufteilung jeder Spur in Sektoren fester Größe kann die Festplatten-E/A unabhängig davon erfolgen, wie viele Sektoren auf jede Spur passen oder ob unterschiedliche Spuren unterschiedliche Sektorzahlen haben.

Question 3

Im Zusammenhang mit Computerhardware ist ein Sektor eine Unterteilung einer Spur einer magnetischen Festplatte oder eines optischen Datenträgers. Ein Sektor speichert eine feste Datenmenge. Die typische Formatierung von Sektoren ermöglicht die Speicherung von 512 Bytes (z. B. Festplatten und Disketten) oder 2048 Bytes (z. B. optische Datenträger) an Daten.

Answer

Im Zusammenhang mit Computerhardware ist ein Sektor eine Unterteilung einer Spur einer magnetischen Festplatte oder eines optischen Datenträgers. Ein Sektor speichert eine feste Datenmenge. Die typische Formatierung von Sektoren ermöglicht die Speicherung von 512 Bytes (z. B. Festplatten und Disketten) oder 2048 Bytes (z. B. optische Datenträger) an Daten.

Wozu dienen Festplattensektoren?

Antwort1

Antwort2

Antwort3

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