3.5.5. Trajna memorija

Za trajnu (sekundarnu) memoriju PC računalo najčešće koristi disketni uređaj, tvrdi disk i optički uređaj. USB stik ima više elemente nekakve prenosive radne memorije nego svojstva sekundarne memorije. Ako je u pitanju poslužitelj najčešće je ugrađen i uređaj s magnetskom trakom te je podržan neki od RAID sustava. Svaki od uređaja trajne memorije ima ugrađen svoj kontroler, kojemu je zadaća da omogući jednoznačno prepoznavanje uređaja od strane PC sustava bez obzira na internu izvedbu uređaja.

Kontroleri tvrdog diska za PC računala, ukomponirani u kućište diska, dobili su naziv IDE (Intelligent Drive Electronics) Disk se povezuje sa sabirnicom (npr. ISA) pomoću jednostavne kartice-adaptera koji ima zadaću ostvariti galvansku vezu i eventualno preračunati logičke parametre u granice koje prepoznaje sustav. Ova kartica ima naziv ATA (AT bus Attachment) i vrlo često se rabi naziv AT kontroler ili AT-bus kontroler mada ona u suštini nije kontroler. To je UPRAVLJAČ DISKETNOG I DISK UREĐAJA. Na njega je moguće priključiti dva disketna i dva diskovna uređaja, s fizičkim imenima [A:] i [B:] za disketni uređaj te [C:] i [D:] za tvrde diskove.

Poboljšani EIDE (Enhanced IDE) standard podržava još dodatna dva fizička uređaja na pridodanom (sekundarnom) diskovnom kanalu, veće brzine prijenosa i raznolikije modove rada. PC računala u pravilu imaju na matičnoj ploči ISA i PCI sabirnicu i EIDE upravljač. UPRAVLJAČ DISKETNOG I DISK UREĐAJA, bez obzira da li je napravljen na jednoj zasebnoj kartici ili u jednom čipu na matičnoj ploči, obično podržava 2 disketna ([A:] i [B:]) uređaja na jednom kanalu, dva EIDE uređaja ([C:] i [D:]) na drugom kanalu i dva EIDE uređaja ([E:] i [F:]) na trećem kanalu. Uređaji mogu biti tvrdi diskovi, optički uređaji ili uređaji s magnetskom trakom. Jedan od uređaja na kanalu konfigurira se kao glavni (master) a drugi kao dodatni (slave). Priključci uređaja i kartice vrše se unutar kućišta računala s višežilnim kabelom s konektorima za povezivanje tiskane pločice upravljača i dva uređaja kanala, a premosnicima se određuje kako je uređaj priključen, koji je primarni a koji sekundarni (dodatni) i koja mu je adresa te izmjena adresa [A:] i [B:] pogona. Ovisno o brzini prijenosa podataka uređaji se obično označavaju s oznakama ATA33, ATA66, ATA100 i ATA133. Kako uređaje povezuje plosnati (flat) višežilni kabel s 40 ili 80 vodova, a prijenos podataka preko njega je 'paralelan', ova vrst sučelja često se naziva i PATA (Parallel ATA).

Sav prostor na disku nije dostupan korisniku, podijeljen je za slijedeće namjene:

             1. BOOT sektor 1 na traci 0, strana 0
             2. FAT tablica u sektoru 2 na traci 0, strana 0
             3. DIRECTORY struktura u sektoru 3 na traci 0, strana 0
             4. Korisnikov prostor za podatke

Raspored prostora diska naziva se ALOKACIJA. O pristupu podacima na disku brine datotečni sustav (File System), kojemu su performanse i osobine vezane uz operativni sustav koji ga koristi te o namjeni. Tako postoji sustav za zapisivanje na tvrde diskove, optičke medije, baze podataka i druge vrste uređaja. Tako Windows OS koristi FAT i NTFS datotečni sustav za diskovne uređaje.

BOOT sektor služi za inicijalizaciju učitavanja OS ako je na disku (disketi) prisutan. FAT (File Allocation Table) tablica sadrži lokacije klastera na disku koji pripadaju pojedinim datotekama. U sektoru se čuvaju original i kopija FAT tablice (FAT 1 i FAT 2). Struktura imenika (directory) diska čuva se u trećem sektoru i sadrži tablicu strukture imenika i svake datoteke koja mu pripada. Preostali prostor uzimaju OS i korisnikovi podaci (programi).

FAT sadrži popis klastera, njihov broj, za svaku datoteku posebno. Naravno različite datoteke ne mogu imati klaster diska s istim brojem. Kako kod PC računala svaki klaster ne sadrži podatke o slijedećem, nego su redoslijedno nabrojeni u FAT tablici, gubitak ili preinaka podataka u tablici praktički znači gubitak svih podataka na disku. Podaci se ne upisuju sektor po sektor nego po klasterima. Kad su glave diska u jednom klasteru podaci datoteke upisuju se u svim sektorima na svim površinama tog klastera.

Pojam klastera koristi operativni sustav PC računala kao osnovu za pronalaženje i očitavanje datoteka i predstavlja najmanju dostupnu jedinicu skupine podataka na disku. Operativni sustav prilikom formatiranja diska nastoji njegovu površinu podijeliti na što više klastera, što znači da je veličina i broj klastera proporcionalna veličini diska i ne predstavlja standardnu nepromjenjivu veličinu. Veličina klastera kreće se od 2 kB do 32 kB do najviše 65'536 (16 bit-a) klastera na particiji diska. U posebnom popisu - tablici nazvanom FAT (File Allocation Table), kod operativnog sustava PC računala, čuvaju se nizovi brojeva klastera svake pohranjene datoteke ponaosob. Na primjer datoteka COMMAND.COM pohranjena je u klasterima broj 34, 35, 36, 231, 232, 243, 456 i 457. Gubljenje podatka u ovoj tablici u suštini znači gubitak svih podataka na disku. Izmišljeno područje za viruse. Upravo je FAT tablica najčešća meta zločestih virusa.

Svaki tvrdi disk može se logički podijeliti na manje cjeline pa ako se fizički disk [C:] podijeli na dvije logičke cjeline u postupku inicijalne organizacije sustava, prva cjelina prepoznati će se kao logički uređaj [C:] a druga kao logički uređaj [D:]. Ako postoji još jedan fizički uređaj s oznakom [D:] drugoj logičkoj cjelini prvog fizičkog diska [C:] dodijeliti će se prvo naredno slobodno slovo nakon označavanja fizičkih uređaja; u navedenom primjeru [D:] postaje [E:]. Podjela diska na logičke cjeline ima opravdanje kod starijih izvedbi BIOS-a koji u zajednici s DOS nije znao prepoznati diskove veće od 504 MB kao jednu jedinstvenu cjelinu, a poboljšane inačice BIOS-a ne prepoznaju diskove veće od 2 GB (32 kB × 65536), zbog granica u veličini i broju klastera diska u 16 bit-nom FAT sustavu označavanja klastera. Windows 95 s VFAT datotečnim sustavom (32 bit-a) premošćuje navedeni problem. Podrazumna veličina klastera FAT (FAT 16) sustava prikazana je u narednoj tablici:

Značajnu promjenu donosi NTFS (New Technology File System) datotečni sustav, istina raspoloživ samo za NT sustave. Poboljšava sigurnost, omogućavajući šifriranje datoteka i mapa te ograničavanje pristupa datotekama. Najmanja dostupna jedinica za upis također je klaster. Podaci o datoteci čuvaju se u MFT (Master File Table) tablici u kojoj su svi njeni potrebni atributi. Podrazumna veličina klastera NTFS sustava također ovisi o veličini volumena:

Jedna od pogodnosti NTFS sustava je formatiranje particije (volumena) s klasterom veličine po želji i veći broj atributa koji se mogu pridružiti datoteci, ali je najvažnija razlika u odnosu na FAT što je NTFS 'journaling' tip operativnog sustava, odnosno mogućnost samooporavka po nasilnom isključivanju računala. Zapisi o promjenama tijekom rada indeksiraju se i popisuju u JOURNALU na osnovu čega se potom promjene upisuju u datoteke te se sprječava gubitak podataka i oštećenje datotečnog sustava. O tome više u opisu Windows operativnih sustava.

Budući je klaster najmanja operativna cjelina koju OS koristi prilikom zapisivanja datoteka na disk, kod velikih diskova s klasterom veličine 32 kB dolazi do neiskorištenosti prostora diska prilikom upisa malih datoteka. U nepopunjenom klasteru nije moguće nastaviti s upisivanjem naredne datoteke već se mora uporabiti novi. Glede navedenog, obično se ne može iskoristiti 10-30% diskovnog prostora zbog gubitaka pri upisu malih datoteka u velike klastere.

Brzina pristupa podacima na disku u velikoj mjeri ovisi da li je upravljač diska vezan za ISA ili lokalnu sabirnicu, te o raspoloživoj međumemoriji u koji će se kopirati cjelokupni cilindar ili više njih glede bržeg očitavanja po dohvatu prvog podatka u tom cilindru. Brzina prijenosa podataka obično iznosi oko 1 MB/s - 10 MB/s što ovisi o vrsti upravljača i vrsti sabirnice za koju je priključen. Međumemorija se obično podešavanjem početnih parametara sustava određuje iz resursa DRAM-a, ali i sami diskovi imaju uz svoj upravljač ugrađenu međumemoriju.

Kako je klaster najmanja količina prostora kojoj se može na disku pristupiti, upis podataka veličine npr. od 3 kB u klaster veličine 8 kB zauzeti će ga u cijelosti te će 5 kB ostati nedostupno. Naime u jednom klasteru ne mogu se zapisati dvije kratke datoteke, jer bi u FAT-u tada obje počinjale s istim brojem što OS neće dopustiti. Stoga je bolje da su klasteri što kraći kako bi gubitak neiskorištenog prostora bio što manji.

Glede navedenog lako je shvati prednosti FAT 32 i sličnih sustava zapisivanja na disk, pa kod Windows 95b i Windows 98 veličina klastera iznosi 4 kB za diskove kapaciteta od 256 MB - 8 GB, osam puta manje za disk kapaciteta 2 GB u odnosu na FAT 16, te je iskorištenost prostora diska bolja. NTFS nudi još bolje osobine. Novi proizvod je ReFS (Resilient File System) datotečni sustav koji maksimizira dostupnost i integritet podataka, osigurava skalabilnost i performanse te bolju detekciju i ispravljanje grešaka u radu s podacima. Struktura zapisa na disku je pouzdanija i prilagodljivija. ReFS ne podržava kratka imena datoteka tipa ime_da~1.txt. Za potebe prijenosnih medija, kao stick ili memorijske kartice, dizajniran je exFAT (Extended File Allocation Table), koji se ponekad naziva i FAT 64. Razlike su za pojedine Windows operativne sustave prikazane u narednoj tablici.

Nezaustavljivo prodire nova koncepcija pristupa trajnoj memoriji koja koristi brzu SATA (Serial ATA) tehnologiju pristupa diskovima te PCI-Express sabirnicu s mnogo boljim osobinama. SATA sučelje koristi 8 vodova, za razliku od starijeg  paralelnog IDE kabla koji je koristio 80 pinske konektore (40 pinova za prijenos podataka i 40 za GND) i kojemu je degradacija signala na sučelju glavni problem. Serijska konekcija reducira kompleksnost komunikacionog protokola i smanjuje broj potrebnih kontakata. Ovo dozvoljava da se brzina prijenosa podataka značajno podigne, osobito u verziji SATA-III (oko 6 Gb/s). Serijsku arhitekturu koristi i PCI-Express također glede smanjenja kompleksnosti komunikacionog protokola u svrhu povećanja brzine prijenosa podataka. Da ne bude zabune, PATA i SATA su načini na koji se pristupa uređaju glede razmjene podataka, a datotečni sustav je pak način kako se podaci organiziraju na pristupnom mediju, odnosno način kako se zapisiju i čitaju s medija.

SATA nije samo osobitost ugrađenih diskovnih sustava. Četiri SATA vanjska priključka na PCI kartici s integriranom RAID potporom omogućiti će spajanje diskova u polje koji su 'van' kućišta. Optički DVD pogoni također se sve više izrađuju sa SATA sučeljem (kao i SCSI CD-RW svojevremeno). Kao i diskovi, optički pogoni imaju svoj sustav pohrane podataka - UDF (Universal Disk Format). UDF je standard nastao na kraju prošlog milenija, a svoju sve veću popularnost zahvaljuje CD-RW i DVD-RW medijima.

Tijekom svog razvoja UDF standard doživio je revizije 1.02 (1996), 1.50 (1997), 2.0 (1998), 2.01 (2000), 2.50 (2003) i 2.60 (2005). ISO, El Torito ili Joliet standardi pomalo se napuštaju, mada će se morati dodati Joliet kompatibilnost ako se želi sadržaje čitati na Windows 9X OS. Osnovna svrha je da se optički RW medij ponaša prilikom zapisivanja kao disketa, odnosno omogućava se pisanje i brisanje datoteka kao da se radi o zapisivanju na disketu ili disk. Ako se podaci žele čitati s nekog DVD video uređaja, podaci na medij moraju biti po standardu koju uređaj podržava ako ih na njemu želimo gledati. Dakle treba paziti koji UDF format DVD video uređaj koristi (najčešće prvi, 1.02). Dakle, DVD video uređaj podržava medij koji ima zapise u UDF formatu, bili DVD-R ili DVD-RW.

Prilikom upisa podataka na CD medij automatski se generira TOC (Table Of Contents) u kojem je sadržana cijela struktura zapisanog i početne adrese traka. DVD početnu adresu zapisuje u DVD STRUKTURU. Svaka traka sadrži neprekinut slijed blokova podataka veličine 2048 b ili 2352 b, ovisno o tome ima li zapis datotečne ili audio osobine. Pojam više traka znači da se na CD uređaj mogu podaci snimiti u jednoj traci ili u više traka unutar jedne SESIJE koju opisuje TOC. Dodavanjem svake nove sesije dopisuje se novi TOC (stari se ne briše) koji sadrži kazalo prethodnih i najnovije sesije. Tako, na primjer audio CD ima jednu sesiju s 16 traka po načelu: svaka traka jedna pjesma. Može se i kombinirati da je jedna sesija audio tipa s više traka, a druga podatkovnog s jednom trakom, te da CD nije finaliziran glede daljnjeg dodavanja sesija i izrade novog TOC-a. Datotečni podaci najčešće su u jednoj traci po sesiji. Ukratko; TOC opisuje kako su uređene sesije i trake, a 'file system' opisuje datoteke i mape unutar traka datotečnog tipa. Pažnja, samo prva sesija može biti audio sesija. Dakle, što se tiče pohrane datotečnih podataka, nije nužno da se medij odmah zaključa za daljnje dopisivanje datotečnih podataka u novim sesijama.

Načini priprave podataka i njihovog 'spremanja' na medije vrlo su raznoliki. CD je ograničen na 99 traka a DVD na 191 traku, a sama traka ima 300 ili više blokova. DVD nema TOC već se DVD STRUKTURA prevodi u TOC oblik prilikom očitavanja sadržaja. TOC i DVD STRUKTURA upisuju se u LEAD-IN dijelu sesije s kojim svaka sesija započinje. Svaku sesiju zaključuje LEAD-OUT oznaka kraja sesije.

Posebna priča je RW tip medija koji dopušta da se snimi kao CD / DVD za jednokratnu uporabu, obriše za ponovno upisivanje ili formatira da bi radio po načelima disketnog uređaja. Da bi se RW medij mogao koristiti kao disketa nije do Windows XP OS dovoljan njegova originalna instalacija, koja zna ove sadržaje pročitati ali ne zna pripremiti (FORMATIRATI) RW medij za takav način uporabe. Za tu svrhu treba imati dodatne potpune (FULL) verzije programa za rad sa CD-RW ili DVD-RW medijima, kao što su DirectCD, InCD i novije, koje nisu baš i jeftine. Kvalitetna programska potpora skuplja je od samog optičkog uređaja. Ne može se ne navest da većina Linux 2.6.X sustava podržava i čitanje i pisanje prema svim prethodno navedenim UDF standardima.

Najbolje osobine glede trajnosti podataka ima DVD-RAM kojemu je medij 'zaklopljen' u kućištu koje se u uređaj umeće skupa s medijem, slično disketnom uređaju (type 1) iako ima rješenja gdje se koristi kao ostali mediji (type 2). Ima kapacitet 4.7 GB / 9.4 GB. Omogućava oko 100'000 pisanja, što je oko stotinu puta više od standardnih RW medija. Moguće dobro rješenje za backup podataka u verziju s USB 2.0 sučeljem, dakle prenosiva vanjska jedinica. Naravno, koristi UDF format zapisivanja podataka. Osim u računalima, moguće ga je naći i u TV-video uređajima.

SAŽETAK:

Novi magnetski medij, bez obzira da li je u pitanju disketa ili tvrdi disk, prije uporabe treba PRIPREMITI ZA PRIHVAT PODATAKA - FORMATIRATI. Ako je magnetski medij tvrdog diska prilikom pripreme za prihvat podataka, podijeljen na particije (FDISK) - logičke cjeline, svaku od logičkih cjelina medija za zapisivanje, kojima pripadaju slova [A:] ili [B:] za disketne uređaje i njihove medije ili [C:] do [Z:] za diskovne particije ili optičke uređaje (samo RW mediji), treba formatirati. Postupak formatiranja diskete prikazan je u narednom ispisu.

             C:\>format A:
             Insert new disk for drive A:
             and press ENTER when ready...
             The type of the file system is FAT.
             Verifying 1.44M
             25 percent completed
             :

             Initializing the File Allocation Table (FAT)...
             Volume label (11 characters, ENTER for none)? ostecena
             :
             Format complete.

             1'457'664 bytes total disk space.
                49'152 bytes in bad sectors.
             1'408'512 bytes available on disk.

             512 bytes in each allocation unit.
             2'751 allocation units available on disk.

             12 bits in each FAT entry.

             Volume Serial Number is FCDB-D62E

             Format another (Y/N)? n

             C:\>

Postupak formatiranja sličan je kod većine operativnih sustava. Operativni sustav prilikom priprave medija može naići na fizički oštećene ili tehnološki neispravne dijelove medija, koji se ne mogu pripraviti za prihvat podataka i prilikom završetka postupka formatiranja pronađene oštećene sektore označi u FAT tablici kao nedostupne. Nekad je bilo uobičajeno da tvrdi disk sadrži nekoliko postotaka nepristupačnih sektora. Svaka particija sadrži svoj identifikacijski broj (Volume Serial Number) generiran slučajnim postupkom. Popuno ispravan medij neće imati redak ' 49'152 bytes in bad sectors. ', te umjesto ' total = bad + avaliable ' biti će ' total = avaliable '.

BIOS PC računala preko svoje adresne sheme (tablica 3.5.16) može prepoznati do četiri fizička uređaja na kojima se organiziraju podatkovne particije. Kod diska particije mogu biti PRIMARNE (primary) i PROŠIRENE (extended). Primarna particija može se odmah formatirati i pripraviti za prihvat podataka, dok u proširenoj particiji treba proglasiti LOGIČKE particije. Proširena particija nije izravno dohvatljiva već samo njeni logički definirani dijelovi i u suštini je kontejner logičkih particija koje se mogu pripraviti za prihvat podataka. Ako je cijeli disk proglašen kao jedna primarna particija to bi značilo da se mogu uporabiti 4 fizička diska, odnosno jedan fizički disk može se razdijeliti na najviše 4 dohvatljive primarne particije. Samo jednu particiju na disku koja bi bila PROŠIRENA particija nije moguće kreirati. Disk mora imati jednu primarnu particiju, koja se proglašava samo startajućom (aktivnom) ako se na nju instalira operativni sustav.

Glede navedenog ne treba sve 4 particije diska proglasiti isključivo kao primarne i s time onemogućiti daljnja proširenja. Dovoljno je na je jednom fizičkom disku jedna primarna i jedna proširena (extended) particija u koju se može 'utjerat' veći broj logičkih particija ovisno o operativnom sustavu. Kod Windows sustava broj logičkih particija ovisi o broju preostalih raspoloživih slova, a slično je i kod Linux sustava. Ne treba se bojati logičkih particija. To je samo jedan dodatni pokazivač smješten na disku, koji djeluje kao proširenje zapisa BIOS-a. Mehanizam logičkih particija ustanovljen je zbog potrebe za rad s više od 4 'uređaja' koji mogu prihvatiti rad s podacima, kao što je slučaj kad je fizički disk po kapacitetu veći od mogućnosti adresiranja datotečnog sustava. SATA koncept rješava ovaj problem dodatnim mogućnostima upravljačke elektronike navedenim u narednom poglavlju.

Pojedini optički mediji nisu oslobođeni opisanog postupka formatiranja, CD-RW ili DVD-RW medije treba formatirati ako ih se žele koristiti kao UDF (Universal Disc Format) pripravljeni mediji kako bi se ponašali analogno disketama, po volji brisanje i pisanje po njima (packet writing). No, unatoč navedenim mogućnostima ova vrsta medija najčešće se koristi kao obični medij za jednokratno zapisivanje, te se u slučaju potrebe 'obriše' i pripravi za novo zapisivanje, jer je postupak jednostavniji i ne traži specijalizirane programe koji znaju raditi s optičkim medijem kao s disketom.