Введення


В даний час у всіх обчислювальних системах є ус-тройства зовнішньої пам'яті, що використовують для накопичення інформації гнучкі і жорсткі диски. Незалежно від типу і ємності, вони що використовують один і той же принцип довготривалого зберігання інформації у вигляді намагнічених ділянок поверхні накопичувача. Під час руху повз них пристрою, що зчитує, у ньому порушуються ім-пульс струму. Спочатку (у 1981 році) IBM PC мали один-єдиний тип зовнішньої пам'яті - п'ятидюймовий односторонні гнучкі магнітні дис-ки подвійної щільності з програмної розбивкою секторів ємністю 150K. З тих пір IBM значно збільшила ємність дисків, був доданий новий стандартний розмір дисків (три з половиною дюйма), однак фізична і логічна структура диска не зазнала зна-чанням значних змін. @ Фізична організація зберігання інформації на дискеті Гнучкий диск має пластикову основу з нанесеним на неї маг-нітним покриттям. У центрі знаходиться шпиндельні отвір, а на деякій усунення від центру є одне індексне отвір. Призначення індексного отвори - забезпечити накопичувача точку від-рахунки при считиваніі або запису даних. Гнучкий диск поміщений в квадратний чохол, в якому також є шпиндельні і Індеко-сное отвір. Що знаходиться на внутрішньому колу магнітного диска Металізована кільце призначене для посилення місця посадки диска на шпиндель електродвигуна дисковода, щоб пре-дотвратіть небажану деформацію тонкого магнітного діска.Кро-ме того, в чохлі є проріз для контакту головки счітиванія/за- писи з поверхнею диска і виріз захисту від запису. При запису інформації на магнітний диск використовується потен-них метод запису без повернення до нуля. Запис з цього ме-Тодуа здійснюється шляхом зміни напрямку струму запису в магнітній головці у відповідності з робочою даними. Вимірюв-ня напряму струму запису викликає зміну магнітного потоку в магнітній головці, що призводить до зміни намагніченості учаска носія інформації, що проходить в цей час під голівкою. Залежно від напрямку вектора намагніченості робочого шару магнітного носія по відношенню до напрямку вектора ско-рости переміщення носія, розрізняють подовжню, поперечну і перпендикулярну намагніченість. У накопичувачах IBM формату (маються на увазі накопичувачі 34 і 3740 фірми IBM) використовується тільки поздовжня намагніченість, тому надалі мова співай-дет саме про неї. Процес запису може бути представлений у вигляді наступних переда-точних ланок:? I (t) -> F (t) -> H (x, y, z, t) -> M (l, y, z) Процес відтворення:? M (l, y, z) -> Ф (t) -> e (t) Тут? i (t) - струм в обмотці запису магнітної голівки;? F (t) - магнітодвіжущая сила магнітної головки запису;? H (x , y, z, t) - поле запису;? M (l, y, z) - залишкова намагніченість після впливу поля запису;? Ф (t) - магнітний потік в серцевині магнітної голівки вос-твору;? e (t) -- електрорушійна сила, що наводяться в обмотці магнітної го-спритні відтворення;? x, y, z - просторові координати, пов'язані з голівкою;? l = vt - координата, пов'язана з носієм запису;? v - швидкість запису. Під час зчитування на вихідний обмотці головки програванні наводяться різнополярні сигнали в ті моменти часу, коли під головкою проходять ділянки поверхні зі зміною напрямком під-ня намагніченості. Ці сигнали сприймаються підсилювачем-форми-рователем, який перетворює їх у вихідні уніполярні ім-пульс зчитування "одиниць". Записи "нуля" відповідає відсутність про-ствие імпульсів до деяких певні моменти часу. @ Методи кодування інформації на дискеті Для запису інформації на магнітні носії застосовують спе-них розроблені модуляційних коди запису. Дані коди раз-рабативаются фахівцями і повинні мати високу Інформатіо-ністю і здатністю з самосинхронізація. Під інформативністю способу запису розуміють кількість записаної інформації, прихо-дящійся на один період намагніченості. У накопичувачах 3740 (IBM) використовується метод частотної моду-ляціі, а в накопичувачах 34 - метод модифікованої частотної мо-дуляціі. "Метод частотної модуляції Початок кожного елемента відзначається тактовим імпульсом у вигляді зміни напряму намагніченості. Якщо елемент має представ-лять 1, то в його центральній частині записується ще один такт-вий імпульс (що б створити зміна магнітного потоку), а ес-ли 0 , то зміни напрямки намагніченості не відбувається аж до початку наступного елемента. Таким образм, якщо тактова частота дорівнює F, то потік двійкових одиниць дає частоту 2F.? тактові імпульси? дані? 1 0 0 1 0 1 1 1? сигнали запису "Метод модифікованої частотної модуляції У цьому методи 1 завжди представляється переходом намагніченості в центрі елемента. Перехід вводиться в початку елементу, якщо це 0, а за ним НЕ слід 1. При тому ж рознесення переходів цей метод дозволяє записувати на одиницю довжини в два рази більшу, ніж метод частотної модуляції. ? тактові імпульси? дані? 1 0 0 1 0 1 1 1? сигнали запису При запису інформації за методом модифікованої частотної моду-ляціі виникає так зване зсув синхронізації. Це метушні-кає тому, що в загальному випадку при зчитуванні інформації з дис-кети неможливо відрізнити тактові сигнали від сигналів даних. Тому в залежності від точки звіту одна й таж послідовно-ність імпульсів може трактуватися по-різному. Для усунутий-ня цієї у вищій мірі неприємною неоднозначності на кожній до-ріжку вводять спеціальні поля, заповнені нулями, розміром каж-дого поля 12 байт. При зчитуванні інформації контролер НГМД знає, що в них знаходяться нулі, тому трактує надходять сигнали як тактові імпульси, одночасно відповідним об-раз підлаштовуючи схему сепаратора даних. Крім розглянутих вище методів частотної і модифікованої частотної модуляції використовується кодування з обмеженим рас-стоянням між періодами намагніченості (RLL - кодування). У порівнянні з методом модифікованої частотної модуляції об'ем що зберігається на диску інформації збільшується на 50%. Метод RLL ос-засновано на записи з груповим кодуванням. У цьому методі кожен байт даних, що надходять розбивається на два тетради, а потім тет-рада шифрується спеціальним 5-ти розрядної кодом, характерним тим, що кожне число в ньому містить, принаймні, одну зміну напрямку потоку. При зчитуванні два 5-ти розрядні тетради знову зливаються в байти. @ Фізична структура диска Ємність диска залежить від характеристики дисковода і особеннос-тей операційної системи, а проте структура диска, в сущноcті, завжди одна й та ж. Дані завжди записуються на магнітній по-поверхні у вигляді концентричних кіл, які називаються дорож-камі.Каждая доріжка, у свою чергу, складається з декількох секто-рів, кількість яких визначається при операції форматування. Сектор є одиницею зберігання інформації на діскете.Колічес-тво інформації на диску, таким чином, залежить від кількості доріжок (від щільності запису) і загального розміру секторів на кожній до-ріжку. Старі моделі дисководів працювали з 40 доріжками, нинішні моделі - з 80, більшість сучасних дисководів дозволяють фор-матувати дискети щільністю до 85 доріжок. Для стандартних дискет IBM розташування кожної доріжки не мо-же бути змінений, тому що це перш за все залежить не від ОС і не від дискети, а від конструктивних особливостей дісковода.Однако, число, розмір і розташування секторів задаються програмно при первісної розмітці (форматування) дискети. Розмітка здійснюватись або ОС, або використовуються функції BIOS. Хоча MS-DOS підтримує розміри сектору дискет 128, 256, 512 і 1024 байти, натомість використовується сектор розміром 512 байт і, мабуть, це найближчим часом не зміниться (якщо і змінитися, то тільки у бік збільшення). Структура формату доріжки залежить від типу контролера, але, як правило, включає в себе байти синхронізації, що вказують на на-чало кожного сектора, ідентифікаційні заголовки, відбувся з номера циліндра, головки, сектори і розміру сектора, і поля, хра-нящего байти циклічного контролю, призначені для виявлений-ня помилок при зчитуванні даних і службової інформації. На сле-ступному малюнку представлений формат доріжки для стандарту IMB 34. Поля GAP1 .. GAP4 служать перш за все для організації затримки при видачі порцій даних з дискети, а також для компенсації раз-викидів фізичної довжини різних полів, що виникають із-за несо-вершенства механізму дисковода (конкретніше, з-за нестабільнос-ти обертання) . Маркери служать для виділення певних облас-тей на диску: ідентифікатора доріжки, заголовка сектора або об-ласті даних. Для того що б маркери можна було відрізнити від дан-нних, їх записують зі спеціально порушеним кодом синхронізації. Четвертий байт маркера позначає тип виділяється ним області. Конкретного в маркері області даних значення fb відповідає звичайні-ним даними, а f8 - віддаленим. Цілісність інформації в областях даних контролюється з по-міццю циклічного контрольного коду, контрольні числа якого записуються після певних областей. При зчитуванні з диску-ти контролер самостійно обчислює контрольну суму, а за-тем порівнює її з зчитаної з диска. Ця контрольна сума, яка називається кодом циклічного конторолю (CRC - Cyrcle Redundency Contol), підраховується за допомогою полінома такого вигляду: X? 16 + X? 12 + X? 5 + X + 1 У разі розбіжності цих двох чисел виставляється прапор помилки. @ Логічна організація диска Перша операція, яку необхідно виконати перед тим, як дискета буде готова до використання - це форматування. Цей процес дозволяє додати диску його остаточну структуру. Під час форматування визначається кількість доріжок і число сек-торів на доріжці. MS-DOS передбачає чотири логічних області дискети: - завантажувальний сектор (boot record) - таблиця розміщення файлів (file allocation table) - кореневий каталог - область даних "Завантажувальний сектор Містить коротку (менше 512 байт) програму початкової загруз-ки ОС в пам'ять комп'ютера . Незалежно від типу ОС і способу форма-тирование дискети, ця програма завжди займає самий перший сектор на самому першій доріжці диска. Слід розрізняти Boot record та Master Boot record. Перший знаходиться на дискети в слу-чай якщо ця дискета не системна. Другий же знаходиться виключи-тельно на системних дисках. Також цей сектор містить всю важ-ную інформацію про характеристики диска. Структура цієї інформації наступна: "Таблиця розміщення файлів (FAT) Містить інформацію про місцезнаходження записаних на дискету файлів. Сістемa MS-DOS виділяє для зберігання файлу, у залежності-ти від його довжини, один або більше кластерів (кластер - одиниця зберігання даних на диску, зазвичай один кластер дорівнює декільком секторах), однак MS-DOS не дбає, щоб запис файлу проис - ходила послідовно (скоріше навпаки: логіка роботи MS-DOS така, що вона всіляко сприяє фрагментації файлів), поетів-тому необхідно зберігати інформацію, за якими саме кластерів розкидані дане зображення. У силу особливої важливості цієї інформації FAT існує на диску в двох копіях. FAT дискети складається з 12-бі-тових елементів. Структура таблиці розміщення файлів - така: "Область даних Саме те місце, заради якого і використовується дискета - тут зберігатися інформація користувача. MS-DOS розглядає цю об-ласть як сукупність кластерів, кожен з яких містить один або кілька секторів. Через те що перші два поля FAT зорі-зервіровани, першого кластеру в області даних присвоєно номер 2. Всі каталоги, крім кореневого, також раасматріваются MS-DOS як файли особливого виду, і тому поміщаються в область даних. @ Робота BIOS з НГМД Програмне управління дискетою ( точніше кажучи, адаптером НГМД) здійснюється за допомогою драйвера BIOS, виклик якого осущес-твляется через переривання int 13. Методика виклику конкретних фун-кцій стандартна, то є номер функції завантажується в ah, ос-тальний параметри в інші регістри загального призначення, для адре - совки буферів так само використовується регістрова пара es: bx. Усього стандартний драйвер підтримує 6 функцій роботи з НГМД з номерами від 0 до 5. Перерахуємо їх у порядку зростання: 0 - Скидання системи НГМД? 3 - Записати сектор 1 - Прочитати стан? 4 - Перевірити сектор 2 - Прочитати сектор? 5 - Розмітка доріжки Всі функції виконуються, погоджуючи з базовою дискової таблицею, на яку вказує вектор 1e. Зрозуміло корис-тель може модифікувати цей вектор і створити свою таблицю. При завантаженні ОС BIOS ініціалізує її, а DOS модифікує, щоб поліпшити продуктивність дискет. Структура цієї таблиці сле-дме (скрізь, де не сказано інше, час вказується в кванти Починаючи з MS-DOS v2.0 можливий запис/читання практично лю-яких фізичних форматів дискет. Ця можливість здійснюється використанням механізмом завантажуваних драйверів пристроїв. Поява-ня останнім часом розширених версій BIOS'a практично уп-різні поняття "стандартний формат", тепер стандартним можна вважати практично будь-який формат, який сответствует специфіка-ції MS-DOS. Взагалі, поява нових форматів тісно пов'язане з історією раз-витія DOS. Первісна версія MS-DOS v1.0 підтримувала лише формат, позначений нижче як (1.0) наступна версія 1.1 додати-ла (1.1), а версія 2.0 - (2.0). Коротше кажучи, майже кожна вер-ся DOS приносила щось нове. Все, що з цього вийшло, надана нижче. Дисковод 360-720 5'25 "- 300 Кбіт 720 3'5" - 250 Кбіт 1.2 5'25 "- 300 Кбіт (DD) 500 Кбіт (HD) 1.44 3'5 "- 250 Кбіт (DD) 500 Кбіт (HD) 2.88 3'5" - (ймовірно 1000 Кбіт) Дисковод 1.44 Мб взагалі цікавий тим, що при тій же швидкості передачі даних забезпечує набагато більш високу щільність за-писи, ніж дисковод 1.2 Мб. З цієї причини при форматуванні на 720-800 Кб швидкість передачі нижче. `@ Як збільшити швидкість читання дискет Виявляється можливо форматувати диски так, що швидкість про-рощення до дискеті збільшується в півтора рази (а в ряді випадків і більше). Суть полягає в наступному: коли дисковод переміщує голівку з доріжки на доріжку після читання/запису при звичайному рас-положенні секторів, перший сектор встигає "вислизнути" від го-спритні і доводиться чекати ще цілий оборот диска, щоб прочитати його. Помічено, що якщо на кожній наступній доріжці "зрушити" перший сектор на три сектори, то при переміщенні головки він вва-розробляються відразу - що і є причиною збільшення Продуктивність. @ Про відновлення дискет @ Продолжітіельность життя гнучких дисків зазвичай близько трьох років. Хоча чисто теоретично правильно експлуатований диск витримай-кість 70 мільйонів проходів по одній доріжці, що складає бо-леї 20 років безперервної роботи. Однак, все це відноситься до ідеальних умов експлуатації, але де ви їх бачили! Дискети часто лежать без конвертів на курній поверхні, їх згинають, на них пишуть, їх обкурюють "Біломоро", нарешті. Хто ж це ви-тримає І в результаті навіть найкращі імпортні диски починають сипатися. разі виявлення пошкодження 0 доріжки на дискеті жодна прог-Рамі не форматує таку дискету. На заході такі дискети, віз-можна, просто викидають. Для нас такий підхід неприйнятний. Дис-кети коштують досить дорого і викидати гроші на вітер не в моїх правилах. Один із способів отримання працездатних дискет був запропонованого-дружин Панковим (автором PU_1700): нульова доріжка переміщалася в середину дискети. Досить оригінальний спосіб, проте має недоліки: 1) Необхідність постійно тримати в пам'яті PU_1700 2) Не можу прочитати звичайну дискету без перевстановлення PU_1700 - що вкрай незручно на машині з 1 дисководом Перевагою є те, що цей спосіб працює з будь-яким форматом навіть при повній відсутності 0 доріжки дискети. Проте, можливий і інший метод. Зазвичай на 0 доріжці, а так само як і на інших доріжках дискети, в силу різних причин (в основному механічне пошкодження), пропадає читабельність одного або двох сектора. Дискета форматується так, що пошкоджена частина поверхні просто не використовується. У методу є недолік: неможливо відновити більше одного сектора на доріжці (360-720 Кб) або двох (1.2-1.44 Мб), однак вибирайте: дискета з пошкодженою 0 доріжкою на 800 Кб або абсолютно нормальна на 720 Кб @ Методи захисту від копіювання За суті справи, проблема захисту від копіювання - це перш за все-го проблема ідентифікації дистрибутивного носія. Тому зна-ня деяких особливостей організації зберігання інформації на дискеті робить можливим вказівку деяких методів ідентіфіка-ції, які програміст може використовувати для захисту свого ПЗ. Викладемо їх у порядку зростання складності. "Використання власної?? нного формату Можливі три варіанти використання цього методу: 1) Частина доріжок на дискеті, крім тих, де розміщуються систем-ні області ОС, форматується нестандартний спосіб. Доста-точно написати власний драйвер роботи з цим нестандар-тним форматом і зробити так, що б він заміняв стандартний обробник int 13 після завантаження з даною дискети і дискета ставати нечитабельною за допомогою ОС. І, отже, скопа-ровать її стандартним чином також неможливо. 2) Можливо також відформатувати тільки одну доріжку на диску-ті і розмістити там деяку ключову інформацію, а потім після запуску програми, перевіряти наявність цієї інформації. 3) Як варіант можливо взагалі не форматувати одну з доріжок де-небудь у середині дискети, за якою розташовується неко-торая інформація (записана в стандартному форматі). При копіюванні стандартною утилітою ОС ця дискета також не бу-дет скопійована повністю. "Введення додаткових секторів Відкрите використання власного формату рівноцінно установ-ке залізниці двері в раніше непримітному будинку - видно, що його хо-зяевам є що ховати і видно, де це заховано. Але можна впол-не успішно імітувати стандартний формат, з винесенням міток за стандартні поля копіювання. Самий очевидний спосіб - введення додаткового сектора на доріжці, в якому зберігатимуться ключова інформація. У даному випадку сам факт наявності цього сектора є при-ся достатньою підставою, щоб вважати диск дистрибутивних. "Використання додаткових (інженерних) доріжок На будь-який дискеті , відформатованої стандартним чином за пос-Ледней доріжкою завжди залишається певний простір, який можна використовувати для зберігання ключової інформації. Зрозуміло ніхто не заважає відформатувати ці доріжки нестандартним чином. "Використання проміжних циліндрів Широко відомий той факт, що під час форматування дискети на 360К на дисководі на 1.2м головки дисководу переміщуються не на одну, а на дві доріжки, тому непарні доріжки залишаються не використаний-ними. На цих доріжках цілком можна розмістити весь код програм - ми, залишивши "видимим" тільки невеликий завантажувач. "Нестандартне чергування секторів Система MS-DOS орієнтована виключно на стандартні форма-ти, які характеризуються, зокрема, строго послідовними зростанням номерів секторів на доріжці. Тому якщо змінити порядок проходження секторів, то при створенні копії DOS змінить їх номери на "правильний порядок". Перевірку само легко ор-ганізовать, заміряючи тимчасові інтервали між читаннями секторів з певними номерами. "Створення псевдосбойних секторів Коли MS-DOS зустрічає зіпсований сектор (а з точки зору MS-DOS, збійних є сектор з неправильною контрольною сумою), то вона ігнорує його вміст і просто не копіює його, таким об-разом дані, які перебували в збійному секторі не потраплять на копію, хоча сигнал розбіжності контрольних сум зовсім не забороняє-приватна власність посправжньому розкріпачує доступу до даних, а лише попереджає про помилку. слідові-тельно, достатньо записати ключову інформацію до сектору, заст-вить MS-DOS вважати його збійних, а потім при запуску програми проводити читання цього сектора, ігноруючи повідомлення про помилку і перевіряти його вміст. Створити ж псевдосбойний сектор не дуже складно, для цього необхідно провести операцію скидання кон-троллера НГМД після після того, як на дискету записано необхід-майо кількість даних. "Руйнування поверхні дискети На відміну від попереднього методу пропонується створювати в заданий-ном кількості секторів "справжні" збійні сектора, напри-мер, шляхом протиканія поверхні дискети голкою або лазером. При запуску програма перевіряє наявність збійних секторів на диску не просто спробою читання, а спробою записи в них будь-якої інфор-мації, що б не виявитися жертвою попереднього способу. "Нестандартна щільність запису Щільність запису залежить від швидкості прийому-видачі інформації контролером і швидкістю обертання дискети. Швидкість обертання дис-ковода на стандартному IBM PC змінити неможливо, але якщо небагато-го змінити електронну схему дисководу, то теоретично цілком можливо створити екземпляр, який би міг записувати дискети з нестандартною щільністю дані, збережені на кожній доріжці. Цілком можливо також змінювати метод запису інформації, вико-користуючись поперемінно частотну і модиф. частотну модуляцію. "Вимірювання міжсекторних проміжків Розмір поля GAP3 визначається при операції форматування і мо-жет змінюватися в значних межах без зміни кількості і розмірів сектора на доріжці. Обчислення можна проводити на ос-нове вимірювання інтервалів між послідовно виконуваними ко-Манда контролера НГМД "Читання ідентифікатора сектору". Проте, оскільки ці результати у великій мірі будуть спотворюватися Нест-більним обертанням дискети, то дуже складно буде отримати одноз-почну трактуються результати. @ Використана література @ 1. P. Norton "Programmer's guide to the IBM PC" - Microsoft Press 1985 2. С. Х. Гореліков "IBM PC.Дісковая підсистема: контролери, нако-Питель та їх обслуговування" - М, Зірки і С, 1992 3. Л. В. Букчін, Ю. Л. Безрукий "Дискова підсистема IBM-сумісності-екпортувати персональних комп'ютерів" - М, Press-Media, 1993 4. TECH Help!, Flambeaux Software, Dan Rollins 5. Опис FFORMAT v2.97 6. Данкан Р. "Профессиональная работа в MS-DOS" - М, Мир, 1993 7. Тлумачний словник з обчислювальних систем/під редакцією В. Іллінгуорта и др. - М, Машиностроение, 1989 8. А. Щербаков "Захист від копіювання", М, Едель, 1992? (C) Copyright by (cs) BREDcorp. 1995 v1.3? (c) Used text editor WordDeedv7.0 by A. Gutnikov? (c) Printed by Epson (tm) LQ-100 style 'Presti ge'? (c) Corrected by (Dreago)