Накопители на магнитных дисках

НМД получили наибольшее распространение. В них каждая запись данных имеет свой собственный уникальный адрес, обеспечивающий непосредственный (минуя все остальные записи) доступ к ней. В НМД предусмотрена аналогичная НМЛ возможность последовательного доступа к информации. Накопитель на магнитных дисках сочетает в себе несколько устройств последовательного доступа, причем сокращение времени поиска данных обеспечивается за счет независимости доступа к записи от ее расположения относительно других записей. Конструкция НМД сложнее, чем у НМЛ, а следовательно, выше их стоимость. В НМД в качестве носителей данных используется пакет магнитных дисков, закрепленных на одном стержне, вокруг которого они вращаются с постоянной скоростью. Поверхность магнитного диска, покрытая ферромагнитным слоем, называется рабочей.

Прежде всего, практически во всех современных компьютерах основными устройствами внешней памяти являются магнитные диски с подвижными головками, и именно они служат для хранения файлов [24, 25, 31]. Магнитные диски представляют собой пакеты магнитных пластин (платтеров), между которыми на одном рычаге двигается пакет магнитных головок. Шаг движения пакета головок является дискретным, и каждому положению пакета головок логически соответствует цилиндр магнитного диска. На каждой поверхности цилиндр «высекает» дорожку, так что каждая поверхность содержит число дорожек, равное числу цилиндров. При разметке магнитного диска (специальном действии, предшествующем использованию диска) каждая дорожка размечается на одно и то же количество блоков таким образом, что в каждый блок можно записать по максимуму одно и то же число байтов. Таким образом, для выполнения обмена с магнитным диском на уровне аппаратуры нужно указать номер цилиндра, номер поверхности, номер блока на соответствующей дорожке и число байтов, которое нужно записать или прочитать от начала этого блока.

Однако эта возможность обмениваться с магнитными дисками порциями, меньшими объема блока, в настоящее время не используется в файловых системах. Это связано с двумя обстоятельствами:

• 
  аппаратура управления дисками является электронно-механической, и при выполнении обмена с диском выполняются три основных действия: подвод головок к нужному цилиндру, поиск на дорожке нужного блока и собственно обмен с этим блоком. Из всех этих действий в среднем наибольшее время занимает первое, механическое действие;
  
• 
  для того чтобы работать с частями блоков, файловая система должна обеспечить соответствующий размер  буфера оперативной памяти, что существенно усложняет распределение оперативной памяти.
  

В некоторых файловых системах базовый уровень доступен пользователю, но чаще прикрывается некоторым более высоким уровнем, стандартным для пользователей.

Распространены два основных подхода:

• 
  при первом подходе, применяемом, например, в файловых системах операционных систем RSX и VMS фирмы DEC, пользователи представляют файл как последовательность записей. Каждая запись — это байтовый агрегат постоянного или переменного размера. Записи можно читать или записывать последовательно или позиционировать файл на запись с указанным номером. Некоторые файловые системы позволяют разбивать записи на поля и объявлять некоторые поля ключами записи. В таких файловых системах можно потребовать выборку записи из файла по ее заданному ключу. Естественно, что в этом случае файловая система поддерживает в том же (или другом, служебном) базовом файле дополнительные невидимые пользователю   служебные   структуры   данных.   Распространенные способы организации ключевых файлов основываются на технике  хэширования  и   В-деревьев.   Существуют  также многоключевые способы организации файлов;
  
• 
  второй подход, ставший распространенным вместе с операционной  системой  UNIX,  состоит в том,  что любой файл представляется как последовательность байтов. Из файла можно прочитать указанное число байтов, либо начиная с его начала, либо предварительно произведя его позиционирование на байт с указанным номером. Аналогично можно записать указанное число байтов в конец файла либо предварительно выполнить позиционирование файла.