9.4. Системная поддержка устройств хранения
Дисковая память имеет стандартную поддержку на уровне BIOS и операционной системы. Поддержка дисков со стороны BIOS заключается в предоставлении вышестоящим уровням программного обеспечения возможности чтения и записи секторов диска, форматирования трека и выполнения вспомогательных функций. Эти возможности предоставляются программным вызовом прерывания BIOS Int 13h — дискового сервиса. Дисковый сервис BIOS предназначен для изоляции вышестоящего ПО (ОС и приложений) от подробностей реализации дисковой системы.
Дисковый сервис Int 13h работает на уровне физических устройств, называемых также физическими приводами (physical drive). Традиционный дисковый сервис имеет программный интерфейс, сохранившийся еще со времен IBM PC/XT. Он позволяет оперировать с дисками размером до 528 Мбайт (см. [1, 4, 9]). Когда появились диски большего размера, в традиционный дисковый сервис ввели расширение (алгоритмы преобразования), позволяющее преодолеть этот барьер и, теоретически, работать с дисками объемом до 8,4 Гбайт. Для работы с большими дисками введены новые функции BIOS Int 13h c интерфейсом, совершенно не похожим на традиционный.
Операционная система предоставляет прикладным программам сервисы более сложные, чем функции BIOS, обеспечивая доступ к файловой системе диска. Самый низкий уровень обращения, допускаемый операционной системой, оперирует с секторами логических дисков, или приводов (logical drive), ассоциированными с именем устройства (А:, В:, С:, …, Z:). Один физический диск (жесткий) может содержать несколько логических дисков. На физическом диске могут присутствовать системные области (MBR и резервированные секторы), доступ к которым операционная система не предоставляет.
Для работы утилит и приложений с дисковой памятью имеется несколько уровней сервиса.
♦ Возможно обращение к контроллеру дисков на уровне регистров путем задания адреса блока и количества секторов, требуемых для передачи. Это самый производительный способ обмена данными, но он требует знания как организации разделов диска и файловой системы, так и контроллера диска (его системы команд). Доступ обеспечивается ко всем элементам, кроме блоков, за крытых командой Set Max Address (для дисков ATA). При этом обходится фаза трансляции геометрии, выполняемая, в общем, по усмотрению BIOS.
♦ Сервисы BIOS Int 13h также позволяют получить неограниченный доступ к диску, но если используются традиционные вызовы (функции с номерами ниже 40h), то доступны лишь диски объемом до 8,4 Гбайт (при трансляции геометрии) или до 528 Мбайт (без трансляции). За абстрагирование от системы команд контроллера приходится расплачиваться некоторым снижением производительности, связанным с накладными расходами программного интерфейса.
♦ Используя интерфейс функций DOS, можно получить доступ к любому сектору логического диска, указав лишь его логическое имя, по функциям чтения/записи абсолютных секторов. Но при этом первым доступным сектором (логический адрес 0) является загрузочный сектор логического диска, а секторы с таблицами разделов и те, что не попадают в разделы логических дисков, оказываются недоступными. Для осмысленного доступа к данным необходимо знать структуры FAT и каталогов, а риск «наломать дров», вплоть до полной потери данных, довольно велик.
♦ И наконец, интерфейс файловой системы ОС позволяет довольно легко создавать, искать и удалять файлы и каталоги, выполнять чтение и запись файлов целиком или частично, а также некоторые другие вспомогательные функции. При этом от пользователя данного интерфейса скрываются все тонкости работы с FAT и элементами каталогов (и конечно же, все премудрости нижних уровней).
Прикладные программы и утилиты изолируют пользователя от всех этих тонкостей, что позволяет ему сконцентрировать внимание на решении своих смысловых задач. Уровень, на котором программа обращается к дискам, выбирается программистом из соображений минимальной достаточности: чем выше уровень сервиса, тем легче достичь совместимости с остальным ПО (предоставляется меньше возможностей для совершения ошибок). Чем ниже уровень сервиса, тем больше знаний нужно вложить в программу, чтобы она общалась с диском не наперекор общим правилам.
Поскольку CD-ROM по организации данных (файловой системе) существенно отличается от традиционных дисков (гибких и жестких), для обеспечения «прозрачного» доступа приложений к файлам на CD-ROM требуются специальные программные средства. Несмотря на возможность загрузки ОС с CD-ROM, реализованную в современных версиях BIOS, полной поддержки доступа к CD-ROM (такой, как к обычным дискам) BIOS не предоставляет. Приложениям доступ к CD-ROM обеспечивают только сервисы операционной системы, встроенные в ОС или загружаемые.
Для обеспечения загрузки ОС с CD-ROM фирмы Phoenix и IBM выпустили спецификацию «El Torito Bootable CD-ROM Format Specification», версия 1.0 была опубликована в январе 1995 г. Цель спецификации — обеспечить возможность загрузки ОС и приложений с CD-ROM средствами BIOS (на «голой» машине). При этом имеются следующие возможности:
♦ загрузка ОС по выбору из загрузочного каталога (Boot Catalog), находящегося на CD-ROM;
♦ предоставление выбора конфигурирования CD-ROM в виде жесткого диска или дискеты;
♦ переименование существующих приводов (если необходимо);
♦ использование существующей технологии BIOS (доступ в режиме LBA) для обращения к кодам и данным;
♦ совместимость с приложениями DOS и Windows, использующими функции Int 13h.
Спецификация расширяет традиционный набор функций BIOS, она ориентирована на приводы с интерфейсом ATAPI и SCSI.
Глава 10
Интерфейсы компьютерных сетей
Компьютерные сети разделяются на локальные (в пределах здания или группы соседних зданий) и глобальные. В настоящее время в локальных сетях установилось практически полное господство технологии Ethernet с пропускной способностью 10, 100 и 1000 Мбит/с, не за горами и скорость 10 Гбит/с. Из множества технологий и интерфейсов глобальных подключений здесь рассмотрим лишь интерфейс обычной (аналоговой) коммутируемой телефонной сети. Именно этот интерфейс широко используется для подключения модемов. Других технологий — локальных ARCNet, Token Ring, 100VG-AnyLAN и беспроводных, а также глобальных касаться не будем. Как и Ethernet, они достаточно подробно описаны в литературе [3].
10.1. Стандарты и интерфейсы Ethernet
Технология Ethernet позволяет использовать различные среды передачи, для каждой из которой имеется стандартное название вида XBaseY, где X — скорость передачи, Мбит/с (10, 100, 1000…); Base — ключевое слово (обозначает смодулированную передачу); Y — условное обозначение среды передачи и дальности связи. Все современные версии Ethernet используют кабель «витая пара» или оптоволоконный и звездообразную топологию. Центральным устройством звезды может быть повторитель (он же хаб, hub) или коммутатор (switch). Возможно и двухточечное соединение двух узлов. Для старых версий на коаксиальном кабеле была характерна шинная топология, главным недостатком которой является низкая надежность всей сети. Есть и экзотический вариант пассивной оптической шины 10BaseFP. Иногда в сетях применяются конверторы среды передачи (media converter), преобразующие типы интерфейсов. Чаще всего используются конверторы «витой пары» в оптику, также применяют и конверторы одномодового оптоволокна в многомодовое.
Для Ethernet со скоростью 10 Мбит/с существуют следующие стандарты.
♦ 10Base5 — сеть на толстом коаксиальном кабеле RG-8 (50 Ом) с шинной топологией, максимальная длина кабельного сегмента — 500 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейс AUI, подключаемый кабелем-спуском (4 экранированные витые пары) к трансиверу, установленному на кабеле. В настоящее время для новых сетей не применяется (дорого, громоздко, неэффективно и бесперспективно).