MS-DOS для программиста

1.5. Функции BIOS для работы с дисками

Наилучший и самый безопасный способ работы с дисками на физическом уровне в среде MS-DOS - использование функций базовой системы ввода/вывода BIOS. Эти функции учитывают все особенности аппаратуры и предоставляют достаточно широкий набор средств доступа к дискам на физическом уровне.

Вся дисковая подсистема обслуживается прерыванием INT 13h . Это прерывание выполняет множество функций. Для вызова определенной функции программа должна занести ее код в регистр AH. При этом в другие регистры следует записать параметры - номер НМД или НГМД, номер цилиндра, головки , адрес таблиц параметров НМД или НГМД и т. д.

Библиотека системы разработки Borland C++ содержит специальную функцию _bios_disk , которая сильно упрощает работу с дисковыми функциями BIOS. В наших программах мы будем использовать как непосредственный вызов прерывания INT 13h , так и функцию _bios_disk.

Приведем краткую таблицу функций прерывания INT 13h , после чего займемся детальным описанием этих функций. В примечании к описанию функций мы будем указывать типы компьютеров, на которых данная функция работоспособна.

Сброс дисковой системы

Эта функция вызывает сброс и рекалибровку дискового контроллера (в ходе этой процедуры головки устанавливаются на нулевую дорожку). Если в байте адреса старший бит (бит 7) установлен в 1, выполняется сброс контроллера НМД.

Сброс рекомендуется выполнять после того, как произошла ошибка при выполнении других операций, таких как чтение или запись. После сброса можно попытаться повторить операцию.

Адрес устройства, равный 0, соответствует первому НГМД (A:), 1 - второму (B:) и т. д. Адреса 80h, 81h соответствуют первому и второму НМД, соответственно.

Определение состояния дисковой системы

Эта функция может быть использована для анализа результата выполнения операции и получения кода ошибки. Функция берет передаваемый в регистре AL код ошибки из области данных BIOS (байт с адресом 0000h:0441h).

Код ошибки может принимать следующие значения:

Чтение сектора

Эта функция позволяет прочитать один или несколько секторов диска в буфер, находящийся в оперативной памяти.

Для НМД номер дорожки и номер сектора задаются следующим образом: биты 5...0 регистра CX задают номер сектора, а биты 15...6 - номер дорожки.

Перед чтением необходимо подготовить таблицу параметров НГМД или НМД.

Запись сектора

Функция записи секторов аналогична предыдущей, за исключением направления перемещения данных - данные записываются из буфера в один или несколько секторов диска. Необходимо отметить, что при работе с НГМД не для всякой BIOS будет выполняться ожидание перед выполнением операции записи, пока двигатель раскрутится до рабочей скорости. В результате программа может получить признак ошибки. Прежде чем делать вывод о причинах ошибки, следует сбросить контроллер НГМД функцией 00H и повторить операцию записи три раза.

Проверка сектора

С помощью этой функции программа может убедиться, что указанные секторы существуют и их можно прочесть. Данные проверяются по методу циклического избыточного контроля (CRC ). Адрес буфера не нужен, так как при проверке секторов чтение данных в оперативную память не выполняется.

Если вы используете компьютер со старой BIOS (выпущенной до 11/15/85), регистры ES:BX должны указывать на буфер соответствующего размера, как и при выполнении операции чтения.

Перед использованием этой функции убедитесь, что двигатель НГМД раскрутился до рабочей скорости (на выполнение этой операции обычно достаточно 0,5 - 1 сек), в противном случае произойдет ошибка.

Форматирование дорожки

Функция форматирования предназначена для начального формирования структуры дорожки диска. Эта функция разрушает все данные, записанные на дорожке. С помощью функции 05h вы можете за один раз отформатировать только одну дорожку с указанным в регистре CH номером.

Для функции форматирования необходимо задать два параметра, на которых мы остановимся подробнее - фактор чередования и адрес буфера формата.

Что такое фактор чередования ?

Этот фактор определяет последовательность расположения секторов на дорожке. Секторы могут располагаться в порядке своих номеров, через один, через два и т. д. Способ размещения секторов определяется значением фактора чередования .

Фактор 1 предполагает последовательное расположение секторов на дорожке в порядке их номеров, т. е. чередование отсутствует. Фактор 2 задает расположение секторов через один, 3 - через два и т. д. На рис. 1.3 показано использование фактора чередования при форматировании дорожки.

Рис. 1.3. Использование фактора чередования

Некоторые программы, предназначенные для подготовки НМД к работе, требуют указания величины фактора чередования при выполнении низкоуровневого форматирования.

Для чего может понадобиться несмежное расположение секторов с последовательными номерами на дорожке диска?

При последовательном расположении секторов может получиться так, что процессор не будет успевать обрабатывать смежные секторы за один проход дорожки.

Например, программа считывает последовательно второй и третий сектор. В момент времени, когда второй сектор уже считан, при быстром вращении диска к моменту начала чтения третьего сектора головки могут оказаться в середине третьего сектора. В результате диск совершит еще один оборот, прежде чем головки окажутся в начале третьего сектора. Поэтому если программа последовательно обращается к смежным секторам, может получиться так, что для чтения каждого сектора потребуется один оборот.

Если же секторы будут расположены через один или через два, количество оборотов диска, нужных для обработки последовательности смежных секторов, будет значительно меньше.

Для подбора оптимального фактора чередования при форматировании НМД можно использовать специальные программы или делать это методом проб и ошибок, задавая каждый раз новое значение фактора и проверяя быстродействие диска.

Заметим, что современные контроллеры НМД обеспечивают достаточную большую скорость передачи данных (5-10 Мбайт/с), поэтому при форматировании можно указать фактор чередования , равный 1.

Займемся теперь буфером формата . Перед вызовом функции форматирования в регистры ES:BX следует записать полный адрес буфера формата.

Перед форматированием дискеты этот буфер должен представлять из себя заполненный массив четырехбайтовых элементов - номер дорожки, головки , сектора и код размера сектора. Код размера сектора может иметь следующие значения:

Количество элементов в массиве должно быть равно количеству секторов, создаваемых на дорожке. То есть для каждого сектора буфер формата должен содержать один четырехбайтовый элемент.

Для НМД буфер формата должен представлять из себя массив размером 512 байт. В начале этого массива для каждого сектора необходимо подготовить двухбайтовые элементы. Первый байт содержит признак - хороший это сектор (00) или плохой (80h), второй байт - номер сектора.

Задавая последовательность номеров в буфере формата соответствующим образом, программа определяет фактор чередования .

Приведем пример подготовленного буфера формата для форматирования дорожки на 17 секторов с фактором чередования, равным 2:

db	00h,01h,00h,0ah,00h,02h,00h,0bh,00h,03h,00h,0ch
db	00h,04h,00h,0dh,00h,05h,00h,0eh,00h,06h,00h,0fh
db	00h,07h,00h,10h,00h,08h,00h,11h,00h,09h

Отметим, что буфер формата используется только для IBM PC/AT. В IBM PC/XT при форматировании НМД буфер формата не используется. Вместо этого значение фактора чередования указывается в регистре AL при вызове функции форматирования.

При форматировании дискет с помощью только что описанной функции таблица параметров НГМД должна содержать правильное значение количества секторов на дорожке и другие параметры, например, код размера сектора.

Форматирование дорожки НМД

Функция форматирования дорожки с кодом 6 предназначена только для НМД. При необходимости она устанавливает флаг плохого сектора. Буфер формата подготавливается таким же образом, что и для функции 05h.

Форматирование НМД

Функция форматирования с кодом 7 предназначена для форматирования целого диска начиная с определенной дорожки. Буфер формата подготавливается таким же образом, что и для функции 05h.

Определение текущих параметров НГМД или НМД

С помощью этой функции программа может определить тип НГМД или НМД, количество устройств, подключенных к первому контроллеру НМД и другие параметры, которые нужны программе для организации доступа к диску на физическом уровне.

Тип устройства, возвращаемый в регистре BL, может принимать следующие значения (для НГМД):

Инициализация контроллера НМД

Функцию инициализации контроллера НМД применяют после изменения таблиц параметров жесткого диска. Функции BIOS "узнают" о внесенных в таблицы изменениях и инициализируют соответствующим образом контроллер НМД.

Чтение секторов длинное (НМД)

Функция "Чтение секторов длинное" отличается от обычной функции чтения (с кодом 02h) тем, что она дополнительно считывает в буфер данных 4 байта кода коррекции ошибки (ECC).

Запись секторов длинная (НМД)

Функция "Запись секторов длинная" отличается от обычной функции записи (с кодом 03h) тем, что она дополнительно записывает на диск из буфера данных 4 байта кода коррекции ошибки (ECC).

Поиск дорожки (НМД)

С помощью функции 0Ch программа может подвести головки к дорожке с заданным номером. Функции чтения и записи секторов не требуют предварительного поиска дорожки, они выполняют поиск самостоятельно.

Альтернативный сброс НМД

Вы можете использовать эту функцию для сброса контроллера вместо функции с кодом 00h. В отличие от функции сброса дисковой системы с кодом 00h, эта функция не влияет на контроллер НГМД, она сбрасывает только контроллер накопителя на жестком магнитном диске.

Чтение буфера сектора (НМД)

Контроллеры НМД, как правило, имеют внутренний буфер данных. С помощью функции 0Eh программа может прочитать содержимое этого буфера в оперативную память. Обращение к диску при этом не происходит. Функция чтения буфера используется в основном для диагностики контроллера.

Запись буфера сектора (НМД)

Функция полностью аналогична предыдущей, за исключением того, что происходит не чтение, а запись данных из оперативной памяти в буфер контроллера. Она может быть использована для инициализации содержимого буфера сектора перед форматированием диска функцией 05h прерывания INT 13h .

Определение состояния НМД

О готовности НМД можно судить по байту состояния, передаваемому функцией в регистре AH. Аналогичный байт возвращается в регистре AH функцией 01h.

Рекалибровка НМД

Вызов функции приводит к позиционированию головок выбранного НМД на нулевую дорожку. Дополнительно в регистре AH возвращается байт состояния устройства.

Проверка памяти контроллера НМД

Эта функция предназначена для запуска встроенной диагностики дискового контроллера, она проверяет внутренний буфер сектора и возвращает байт состояния.

Проверка НМД

Функция используется для запуска внутренней диагностики контроллера.

Проверка контроллера НМД

Функция запускает внутреннюю диагностику контроллера.

Определение типа НГМД или НМД

Тип НГМД или НМД, который возвращается этой функцией, может принимать следующие значения:

С помощью этой функции программа может определить тип дискового устройства и возможность обнаружения замены магнитного носителя данных (как правило, дискеты).

Проверка замены диска

В некоторых случаях замена носителя данных (дискеты или сменного магнитного диска) нежелательна до выполнения определенных действий (мы говорили об этом при обсуждении драйверов дисковых устройств). С помощью этой функции программа может убедиться в том, что в дисковом устройстве установлен все тот же носитель данных, что и в начале цикла операций. Если носитель данных был по ошибке заменен раньше времени, программа может потребовать установить старый носитель для завершения работы с ним.

Установка типа дискеты

Функцию установки типа дискеты необходимо использовать перед началом работы с дискетой. Тип может принимать следующие значения:

Если перед вызовом этой функции был установлен флаг замены дискеты, то он сбрасывается. Дополнительно BIOS устанавливает скорость передачи данных через контроллер НГМД в зависимости от типа дискеты.

Установка среды для форматирования НГМД

Эта функция должна быть вызвана перед использованием функции 05h форматирования дискеты для установки правильной скорости передачи данных через контроллер. Дополнительно функция сбрасывает флаг замены дискеты (если этот флаг был установлен).

Парковка головок НМД

Парковка головок - это их установка в нерабочую область, т. е. на нерабочую дорожку. Такую операцию обычно выполняют перед транспортировкой компьютера для исключения повреждения НМД.

Современные НМД выполняют парковку головок автоматически.

Форматирование диска ESDI НМД

Эта функция предназначена для форматирования НМД, подключенного через контроллер ESDI . Она поддерживает таблицу дефектных дорожек и имеет несколько режимов форматирования в зависимости от содержимого регистра CL при вызове:

Если при форматировании указана функция генерации периодических прерываний, то после форматирования каждой дорожки вызывается прерывание INT 5h. При этом содержимое регистра AH равно 0Fh. Это прерывание можно использовать для индикации хода процесса либо для завершения процедуры форматирования по требованию оператора или программы.

При установке бита 2 регистра CL содержимое вторичной таблицы дефектов обновляется, в нее заносятся результаты тестирования диска. Для углубленного анализа поверхности диска сначала необходимо отформатировать диск с битом 3, сброшенным в 0. Затем следует выполнить анализ поверхности диска, вызвав эту же функцию с битом 3, установленным в 1.