Структура диска

Таблица разделов диска

Начальный сектор жеского диска содержит главную корневую запись, которая загружается в память и выполняется.

Последняя часть этого сектора содержит таблицу разделов - 4-элементную таблицу с 16-байтовыми элементами. Этой таблицей манипулирует программа FDISK (или эквивалентная утилита в иной операционной системе).

Во время загрузки ROM-BIOS загружает главную корневую запись и передает управление на ее код. Этот код считывает таблицу разделов, чтобы определить раздел, помеченный как активный. Затем в память считывается корректный корневой сектор и выполняется.

Таблица 1. Структура главной корневой записи и таблицы разделов

Таблица 2. Структура описателя раздела

Код раздела используется для определения наличия и положения на диске основного и расширенного разделов. После обнаружения нужного раздела его размер и координаты можно извлечь из соответствующих полей описателя. Если в поле кода раздела записан 0, то описатель считается пустым, то есть он не определяет на диске никакого раздела.

Таблица 3. Коды разделов операционных систем Microsoft

За операционными системами других фирм зарезервированы следующие коды:

• 02h - раздел CP/M;
• 03h - раздел Xenix;
• 07h - раздел OS/2 (файловая система HPFS).

Замечания:

1. Номера цилиндра и сектора занимают 10 и 6 бит соответственно:

   15

   14

   13

   12

   11

   10

   9

   8

   7

   6

   5

   4

   3

   2

   1

   0

   c

   c

   c

   c

   c

   c

   c

   c

   c

   c

   s

   s

   s

   s

   s

   s

   
   Они упорядочены так, что, когда вы загружаете CX 16-битовым значением, оно готово для вызова прерывания INT 13h для чтения нужной порции диска. Таким образом, после чтения Главной записи загрузки в область памяти sect_buf, код

   CMP byte ptr sect_buf[01BEh], 80h

   проверит, активен ли первый раздел, а код

   MOV CX, sect_buf[01C0h]

   загрузит CX для вызова INT 13h для чтения корневого сектора раздела № 1.

2. Значение "относительного сектора" по смещению 08h в каждом разделе эквивалентно головке, сектору и цилиндру начального адреса раздела. Относительный сектор 0 совпадает с цилиндром 0, головкой 0, сектором 1. Относительный номер сектора прирастает сначала по каждому сектору на головке, затем по каждой головке и наконец по каждому цилиндру.

   Применима формула:

   отн_сек = (#Цил * сек_на_цил * головок) + (#Гол * сек_на_цил) + (#Сек -1)

   Разделы начинаются с четного номера цилиндра, за исключением первого раздела, который может начинаться с цилиндра 0, головки 0, сектора 2 (поскольку сектор 1 занят Главной записью загрузки).

   Когда корневая запись раздела получает управление, DS:SI указывает на соответствующий элемент таблицы разделов.

Структура корневого сектора

Таблица 4. Формат корневого сектора дискеты или раздела жесткого диска

Замечания:

1. Типы носителей информации:
   • F0h - гибкий диск, 2 стороны, 18 секторов на дорожке;
   • F8h - жесткий диск;
   • F9h - гибкий диск, 2 стороны, 15 секторов на дорожке;
   • FCh - гибкий диск, 1 стороны, 9 секторов на дорожке;
   • FDh - гибкий диск, 2 стороны, 9 секторов на дорожке;
   • FEh - гибкий диск, 1 сторона, 8 секторов на дорожке;
   • FFh - гибкий диск, 2 стороны, 8 секторов на дорожке.

2. Используйте абсолютное чтение INT 25h (DX=0) для чтения этого сектора. ИЛИ:
   • гибкие диски: корневой сектор = BIOS INT 13h головка 0, дорожка 0, сектор 1;
   • жесткие: читайте Таблицу_разделов для получения BIOS головки/дорожки/сектора.

3. BPB (BIOS Parameter Block) - подмножество данных, содержащихся в корневом_секторе. Запрос к драйверу 'Построить BPB' требует, чтобы драйвер заполнил блок, отмеченный выше. Длина BPB = 13 байт

Таблица параметров дискеты

Эта 10-байтовая структура известна также как "Disk Base Table". Она находится по адресу вектора прерывания INT 1Eh (4-байтовый адрес в 0:0078). Эта таблица задает некоторые важные переменные для устройств дискет. Ее инициализирует ROM-BIOS, а DOS модифицирует, чтобы улучшить производительность дискет.

Таблица 5. Формат таблицы параметров дискеты

Таблица параметров жесткого диска

Эта 16-байтовая структура находится по адресу вектора прерывания INT 41h (4-байтовый адрес в 0:0104). Параметры для второго жесткого диска (если он есть) находятся по адресу вектора INT 46h. Эти таблицы задают некоторые важные переменные для операций с твердыми дисками.

Таблица 6. Формат таблицы жесткого диска

Таблица распределения файлов (FAT)

Размер файла может изменяться со временем. Если допустить хранение файла только в смежных секторах, то при увеличении размера файла ОС должна полностью переписать его в другую подходящего объема (свободную) область диска. Чтобы упростить и ускорить выполнение операции добавления новых данных в файл, в современных ОС применяются таблицы распределения файлов (File Allocation Table, сокращенно FAT), которые позволяют хранить файл в виде нескольких несмежных участков.

При использовании FAT область данных логического диска разделена на участки одинакового размера - кластеры. Кластер может состоять из одного или нескольких последовательно расположенных на диске секторов. Число секторов в кластере должно быть кратным 2^N и может принимать значения от 1 до 64 (размер кластера зависит от типа используемой FAT и объема логического диска).

Каждому кластеру поставлен в соответствие собственный элемент таблицы FAT. Первые два элемента FAT являются резервными - если на диске имеется K кластеров данных, то число элементов FAT будет равно K+2. Тип FAT определяется значением K:

1. если K<4085 - используется FAT12;
2. если 4084>K<65525 - используется FAT16;
3. если 65524>K - используется FAT32.

Название типов FAT происходят от размера элемента. Так элемент FAT12 имеет размер 12 бит, FAT16 - 16 бит, FAT32 - 32 бита. Следует учитывать, что в FAT32 четыре старших двоичных разряда зарезервированы и игнорируются в процессе работы ОС (то есть значащими являются только семь младших шестнадцатеричных разрядов элемента).

FAT - это связный список, который ОС использует для отслеживания физического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти для новых файлов.

В каталоге файлов (оглавлении) для каждого файла содержится номер начального элемента в таблице FAT, соответствующий первому кластеру в цепочке распределения файла. Соответствующий элемент FAT либо указывает конец цепочки, либо ссылается на следующий элемент, и т.д. Пример:

Эта диаграмма иллюстрирует основные концепции FAT. Из нее видно, что:

1. MYFILE.TXT занимает 10 кластеров. Первый кластер - это кластер 08, последний кластер - 1Bh. Цепочка кластеров - 08h, 09h, 0Ah, 0Bh, 15h, 16h, 17h, 19h, 1Ah, 1Bh. Каждый элемент указывает на следующий элемент цепочки, а последний элемент содержит специальный код (см. табл. 7).
2. Кластер 18h помечен как дефектный и не входит в цепочку распределения.
3. Кластеры 06h, 07h, 0Ch-14h и 1Ch-1Fh пусты и доступны для распределения.
4. Еще одна цепочка начинается с кластера 02h и кончается кластером 05h. Чтобы узнать имя файла, нужно отыскать элемент оглавления с начальным номером кластера 02h.

Таблица 7. Значения элементов FAT

FAT обычно начинается с логического сектора 1 в разделе DOS (т.е. ее можно прочитать по INT 25h с DX=1). В общем случае сначала надо прочитать корневой_сектор (DX=0) и взять смещение 0Eh. Там указано, сколько корневых и резервных секторов стоят перед FAT. Используйте затем это число (обычно 1) как содержимое DX, чтобы прочитать FAT через INT 25h.

Может существовать несколько копий FAT. Обычно поддерживаются две идентичных копии. В этих случаях все копии расположены непосредственно друг за другом.

Замечание:

• По общему заблуждению считается, что 16-битовая FAT не позволяет DOS работать с дисками, большими 32 мегабайт. На самом деле, ограничивает то, что INT 25h/26h неспособно работать с СЕКТОРАМИ, номера которых больше 65535. Поскольку размер сектора обычно 512 байт, или половина килобайта, то это диктует 32-мегабайтовый лимит. С другой стороны, ничто не запрещает вам иметь секторы большего размера, так что теоретически DOS может работать с любыми дисками.

Чтобы прочитать любой элемент FAT (следуя по цепочке), сначала прочитайте в память всю FAT и получите из оглавления начальный номер кластера. Затем, в случае FAT12:

1. Умножьте номер кластера на 3.
2. Разделите результат на 2 (длина элемента - 1.5 (3/2) байт).
3. Прочитайте из FAT 16-разрядное слово, используя в качестве адреса результат предыдущей операции.
4. Если номер элемента четный, выполните операцию AND над считанным словом и маской 0FFFh. Если номер элемента нечетный, сдвиньте значение вправо на 4 бита. В результате получите искомое значение элемента FAT.

Теперь рассмотрим порядок действий при записи элемента в FAT12.

1. Умножьте номер кластера на 3.
2. Разделите результат на 2 (длина элемента - 1.5 (3/2) байт).
3. Прочитайте из FAT 16-разрядное слово, используя в качестве адреса результат предыдущей операции.
4. Если номер элемента четный, выполните операцию AND над считанным словом и маской 0F000h, а затем операцию OR над полученным результатом и значением записываемого элемента. Если номер элемента нечетный, выполните операцию AND над считанным словом и маской 0F000h, а затем сдвиньте значение влево на 4 бита и выполните операцию OR с результатом предыдущей операции.
5. Запишите полученное 16-разрядное слово обратно в FAT.

Замечание:

• 12-битовый элемент может пересекать границы двух секторов, так что будьте внимательны, если считываете по одному сектору FAT.
  16-битовые элементы проще - каждый элемент содержит 16-битовое смещение (от начала FAT) следующего элемента в цепочке.
  32-битовые элементы - каждый элемент содержит 32-битовое смещение следующего элемента в цепочке.

В программах, написанных на ассемблере, для выполнения умножения на 3 вместо команды MUL часто применяется алгоритм "сдвиг и сложение": исхродное число копируется, над копией числа выполняется сдвиг влево на один разряд (умножение на 2), а затем оба числа складываются (x + 2x = 3x). Вместо команды DIV используется сдвиг вправо на один разряд.

Элемент FAT содержит номер кластера, но при работе с дисками на низком уровне адресуемой единицей данных является сектор, а не кластер.

Дискета (или раздел твердого диска) структурирована следующим образом:

1. корневой и резервные секторы;
2. FAT #1;
3. FAT #2;
4. корневой каталог (не существует в FAT32);
5. область данных.

Каждая секция в этой структуре имеет переменную длину, и для корректного преобразования номера кластера в номер сектора необходимо знать длину каждой такой секции.

Чтобы получить номер начального сектора кластера из номера кластера ClustNum (считанный из соответствующего поля в элементе каталога или в цепи FAT ), вы можете использовать недокументированную функцию ОС 32h или прочитать корневой сектор и применить следующие формулы: