Periféricos e Interfaces Ano lectivo 2003/2004 Docente: Ana Paula Costa. Aula Teórica 12

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1 Sumário: A tabela de partições do disco rígido. A root directory. A FAT. Os serviços BIOS para disco. Aula Teórica 12 Leitura Recomendada: Capítulos 28 e 29 - Hans-Peter Messmer, The Indispensable PC Hardware Book, Addison-Wesley. Capítulo 5 - Peter Norton, Peter Aitken e Richard Wilton, PC Programmer s Bible, Microsoft Press. A tabela de partições do disco rígido Devido à grande capacidade de armazenamento dos discos rígidos, é possível repartir a área do disco em partições lógicas. Cada partição pode ser completamente independente das outras. Isto permite ter vários sistemas operativos instalados no mesmo disco rígido. Cada partição tem o seu boot sector e sistema operativo próprio. No sector lógico 0 de um disco rígido está contida uma tabela de partições que tem início no offset 1BEH e ocupa 64 bytes. A tabela tem quatro entradas de 16 bytes cada uma. Normalmente, o número de partições de um disco está limitado a quatro, no entanto há fabricantes que fornecem software especial que permite alongar o tamanho da tabela de partições e aumentar assim o número de partições possíveis. Figura nº 1 A tabela de partições do disco rígido. 1

2 Em cada entrada de 16 bytes da tabela de partições encontram-se informações várias sobre uma das partições existentes no disco. Como se organizam esses 16 bytes: offset 00H o primeiro byte de cada entrada na tabela de partições indica se uma partição está activa (80H) ou não (00H). Se está activa, então é a partição de boot pela qual o sistema arranca. Só pode haver uma partição activa (de boot), mas tem que existir obrigatoriamente. offset 01H a 03H a informação nestes 3 bytes é usada para determinar a localização física (sector, cilindro, cabeça) do início da partição no disco rígido. A determinação do sector e do cilindro é feita da forma representada na figura nº 1. offset 04H indica o tipo de partição. offset 05H a 07H determina a localização física do fim da partição no disco rígido. offset 08H representa a distância, em sectores, entre o sector 0 e o primeiro sector da partição (o boot sector da partição). offset 0CH guarda o número total de sectores da partição. Resumindo, o programa no sector 0 do disco rígido deve determinar qual a partição activa, através da consulta à tabela de partições. Depois carrega para memória o boot sector dessa partição, que contém o programa de arranque do respectivo sistema operativo. O boot sector de uma partição pode estar em qualquer sector. O sector 0 do disco rígido guarda o código que lê a tabela de partições e pode também conter a informação de boot da primeira partição (aquela de começa no início do disco). A tabela de partições é construída por programas como o FDISK. Há software, como o Lilo, que permite escolher qual a partição que vai arrancar (qual o sistema operativo). O que esse software faz é mexer na tabela de partições e activar (com o código 80H) a partição em causa. A root directory Para todos os ficheiros, subdirectorias e volume label de um disco/disquete, existe uma entrada na root directory. Cada entrada ocupa 32 bytes e contém a seguinte informação: Nome e extensão do ficheiro caracteres em ASCII, oito para o nome e três para a extensão, se não ficarem totalmente preenchidos, o DOS completa com o caracter espaço (código ASCII 32). Atributo byte que define as características do elemento guardado nessa entrada, cada bit tem um significado: bit 0 = 1 apenas de leitura bit 1= 1 escondido (não são mostrados por comandos como o DIR) bit 2 = 1 sistema (não são mostrados por comandos como o DIR) bit 3 = 1 volume label. Ocupa onze caracteres (campos nome mais extensão). Utiliza os campos data e hora de criação. Não usa tamanho nem cluster de início. Só pode existir na raiz do disco. bit 4 = 1 subdirectoria. Não utiliza o campo tamanho, que fica igual a zero. bit 5 = 1 para ajudar nos backups. Se igual a zero, significa que o ficheiro não foi alterado desde o último backup. Se igual a um, significa que o ficheiro foi criado ou alterado entretanto. Hora de criação/alteração valor a guardar na word = (hora x 2048) + (minutos x 32) + (segundos/2) Os segundos são guardados em unidades de 2, de 0 a 29. Um valor de 5 representa 10 segundos. Faz-se assim porque a word teria que ter mais um bit para aceder a segundos de 0 a 59. Por exemplo, a hora 11:32:10 seria guardada com o valor hexadecimal 5C05H, que corresponde em binário a: : 32 : 5x2 2

3 Data de criação/alteração valor a guardar na word = ((ano 1980) x 512) + (mês x 32) + dia O ano é representado em relação a é representado como 8. O limite suportado pelo DOS é o ano Por exemplo, a data 1988/12/12 seria guardada com o valor hexadecimal 118CH, que corresponde em binário a: / 12 / 12 Cluster de início início da cadeia de clusters do ficheiro na FAT. Tamanho representa o tamanho exacto do ficheiro, o espaço realmente ocupado pelo ficheiro vai ser maior, por causa dos clusters, e muito espaço será desaproveitado. Tamanho do ficheiro = word 1 + word 2 * Figura nº 2 Estrutura da root directory. 3

4 Periféricos e Interfaces Ano lectivo 2003/2004 Figura nº 3 Estrutura do campo atributo. Figura nº 4 Estrutura do campo hora. Figura nº 5 Estrutura do campo data. 4

5 Subdirectorias No caso das subdirectorias, o tratamento é o seguinte: bit 4 no campo atributo = 1; campos nome e extensão = nome da subdirectoria; campos data e hora = data e hora de criação da subdirectoria; campo tamanho = 0; campo cluster de início = entrada relativa a. (representa a directoria actual); Quando é criada uma subdirectoria, são criadas mais duas entradas na root directory, com os nomes. e.., que apontam respectivamente para a directoria corrente e para a directoria mãe (a anterior na árvore de directorias). O número do cluster de início de cada uma destas entradas fornece a localização da própria subdirectoria e da directoria mãe. Se o número do cluster de início é zero, a directoria mãe é a raiz. Figura nº 6 Número de entradas na root directory. Outras curiosidades Se o primeiro byte da entrada da root directory é 00H, indica que é o final da lista de entradas (não há mais informação na root directory). Quando um ficheiro é apagado, o DOS coloca o primeiro byte do nome do ficheiro na entrada da root directory com o valor E5H, para indicar que essa entrada pode ser reutilizada por outro ficheiro. Se a entrada na root directory não for reutilizada por outro ficheiro, é possível recuperar o ficheiro apagado (comando undelete do DOS). A FAT (File Allocation Table) A FAT é o mapa de como a área de ficheiros do disco/disquete está a ser utilizada. A organização da FAT é simples: é uma tabela em que existe uma entrada para cada cluster da área de dados. Há três tipos de FAT: 1. FAT de 12 bits para disquetes e partições de discos inferiores a 2 MBytes. Endereça 2 12 = 4096 clusters. Se for um sector por cluster, permite endereçar até 2 MBytes. 2. FAT de 16 bits 2 16 = clusters. Se for um sector por cluster dá até 32 MBytes. 3. FAT 32 bits para Windows 95 e superior. As duas primeiras entradas da FAT estão reservadas e não estão associadas a nenhum cluster. A primeira entrada indica o tipo do dispositivo (é igual à informação guardada no offset 15H do bootsector). A segunda entrada é FFFFH para a FAT 12 e FFFFFFH para a FAT 16. Como as duas primeiras entradas (0 e 1) estão reservadas, a entrada número 2 é que vai corresponder ao primeiro cluster relativo à área de ficheiros. Cada uma das restantes entradas na FAT, da número dois, inclusive, em diante, pode conter um dos valores apresentados na figura nº 10. 5

6 Figura nº 7 Primeira entrada da FAT. Figura nº 8 Segunda entrada na FAT. Figura nº 9 Aspecto inicial da FAT. 6

7 Figura nº 10 Valores possíveis nas restantes entradas da FAT. O espaço pertencente a um determinado ficheiro é mapeado por uma cadeia de entradas na FAT, com cada entrada a apontar para a próxima entrada na cadeia, até que fique a apontar para o cluster com o código de último cluster do ficheiro. O número do primeiro cluster da cadeia encontra-se na entrada da root directory relativa a esse ficheiro, no campo com o número do primeiro cluster. Figura nº 11 Cadeia de mapeamento na FAT. Quando o ficheiro é criado ou aumentado, o MS-DOS atribuí clusters ao ficheiro, procurando na FAT por clusters livres (com o código 0) e adicionando-os à cadeia do ficheiro. Quando o ficheiro é apagado ou reduzido, o MS-DOS liberta os clusters alocados ao ficheiro, limpando as entradas na FAT correspondentes. Como obter o offset do cluster Para se obter o offset da entrada na FAT para um cluster na FAT 16 é simples, basta multiplicar o número do cluster por dois, porque cada entrada na FAT 16 ocupa dois bytes. 7

8 Figura nº 12 Leitura das entradas da FAT. A obtenção do offset da entrada na FAT 12 é um pouco mais complexa, porque cada par de entradas ocupa três bytes. Os clusters 0 e 1 ocupam os primeiros três bytes, os clusters 2 e 3 ocupam os três bytes seguintes, e por aí fora. Para se calcular o offset de um cluster na FAT 12 tem que se fazer da seguinte forma: 1. Multiplicar o número do cluster por 3 e dividir por 2 (ou multiplicar por 1.5). 2. Se o número do cluster é par, elimina-se o dígito de maior ordem. Se o número do cluster é ímpar, elimina-se o dígito de menor ordem. Normalmente, nós programadores não temos que mexer directamente na FAT, esta fica completamente sobre a supervisão do sistema operativo. A FAT pode ser danificada logicamente, por exemplo, pode existir uma cadeia circular, duas cadeias podem convergir para um mesmo cluster, pode faltar a marca de fim de ficheiro, etc.. Como são coisas fáceis de acontecer, convém não mexer na FAT. Como o DOS calcula o sector lógico do primeiro cluster de um ficheiro Na root directory está o número do primeiro cluster do ficheiro, mas o DOS necessita de saber a que sector lógico esse valor corresponde. Primeiro é preciso saber onde começa a área de ficheiros. Antes da área de ficheiros temos o registo boot, as várias cópias da FAT e a root directory. Temos que saber quantos sectores ocupam: O número de sectores ocupados pelo registo de boot está na entrada 0EH do boot sector. Para saber o número de sectores ocupados pelas cópias da FAT é preciso aceder à entrada 16H para saber o número de sectores de cada FAT, e depois à entrada 10H para conhecer o número de cópias da FAT, e multiplicar os dois valores. Conhecer o tamanho da root directory é possível acedendo à entrada 11H, que indica o número de entradas na root directory. Depois, para se saber a quantos sectores corresponde, é só multiplicar esse valor por 32 (a quantidade de bytes de cada entrada) e dividir por 512 (quantidade de bytes por sector). Somando tudo, temos o valor do primeiro sector da área de ficheiros. O cálculo do primeiro sector da área de ficheiros é realizado pelo DOS na altura do arranque da máquina ou quando se muda de disquete. Segundo, é necessário calcular o offset do início do ficheiro em relação ao primeiro sector da área de ficheiros, ou seja, transformar num sector lógico o número do cluster de início do ficheiro: 8

9 Figura nº 13 Cálculo do primeiro sector da área de ficheiros. Subtrair dois ao número do cluster (porque a entrada dois corresponde ao cluster 0, devido às primeiras duas entradas na FAT serem reservadas). Multiplicar o valor obtido pelo número de sectores por cluster (que se encontra na entrada 0DH do boot sector). Finalmente, adicionando o número do primeiro sector da área de ficheiros com o número do primeiro sector do ficheiro, obtém-se o valor do sector lógico do início do ficheiro. Este valor pode então ser fornecido ao device driver para que o ficheiro seja acedido. Serviços BIOS para disco (interrupção 13H) Os serviços BIOS para disco seguem a mesma mecânica de funcionamento de todos os serviços que temos visto até agora, e assim continuará a ser. Cada serviço requer determinados valores em certos registos de entrada, a interrupção é chamada e os resultados são colocados em registos específicos, que depois podem ser acedidos para se avaliar o seu valor. Não vamos ver detalhadamente cada um dos serviços. Veremos apenas no geral que serviços temos à nossa disposição. Quando for necessário aplicá-los na prática, basta consultar o livro que contém os detalhes para cada um dos serviços. Iremos também ver um exemplo prático da utilização de um desses serviços. O programa lê o sector 0 (boot sector) e mostra algumas informações que nele se encontram. 9

10 Figura nº 14 Resumo dos serviços BIOS para disco. Exemplo de um programa /* Programa que mostra a informação do boot sector de uma disquete */ /* Utiliza a função 02H da Int. 13H da BIOS, para ler o sector */ #include <stdio.h> #include <conio.h> #include <dos.h> typedef struct { unsigned char jump[3]; unsigned char fabricante[8]; unsigned int bytes_sector; unsigned char sectores_cluster; // 0DH unsigned int sectores_boot; // 00H-02H // 03H-0AH // 0BH-0CH // 0EH-0FH 10

11 unsigned char copias_fat; // 10H unsigned int entradas_root; // 11H-12H unsigned int total_sectores1; // 13H-14H unsigned char tipo_meio; // 15H unsigned int sectores_fat; // 16H-17H unsigned int sectores_pista; // 18H-19H unsigned int cabecas; unsigned int sectores_escondidos; // 1CH-1DH unsigned int dos3; unsigned long int total_sectores2; // 20H-23H unsigned char drive_fisica; //24H unsigned char reservado; //25H unsigned char assinatura; //26H unsigned long int volume_id; //27H-2AH unsigned char volume_name[11]; // 2BH-35H unsigned char tipo_fat[8]; // 36H-3DH unsigned char dos4[448]; // 3FH-1FDH -> =448 unsigned int boot; } BOOT_SECTOR; // 1AH-1BH // 1EH-1FH // 1FEH-1FFH void main (void) { BOOT_SECTOR sector0; union REGS regs; struct SREGS sregs; clrscr(); // Ler o sector logico 0 da disquete regs.h.ah = 0x02; // numero da funcao regs.h.al = 0x01; // numero de sectores a ler regs.h.ch = 0x00; // 0 a 7 bits do numero do cilindro regs.h.cl = 0x01; // 0 a 5 bits numero do sector, 6 e 7 cilindro regs.h.dh = 0x00; // numero da cabeca de leitura/escrita regs.h.dl = 0x00; // numero da drive sregs.es = FP_SEG(&sector0); // Segmento da var. que guarda dados regs.x.bx = FP_OFF(&sector0); // Offset da variavel int86x (0x13, &regs, &regs, &sregs); if (regs.x.cflag == 1) { printf("houve erro na leitura do sector\n"); printf("codigo do erro: %d",regs.h.ah); exit(); } // Mostrar alguma da informacao do boot sector printf("alguma informacao do boot sector da disquete\n\n"); printf("numero de bytes por sector: %d\n",sector0.bytes_sector); printf("numero de sectores por pista: %d\n",sector0.sectores_pista); printf("numero total de sectores: %d\n",sector0.total_sectores1); printf("tipo da FAT: %s\n",sector0.tipo_fat); printf("numero de serie do volume: %ld\n",sector0.volume_id); printf("nome do volume: %s\n",sector0.volume_name); printf("assinatura do boot sector: %xh\n",sector0.assinatura); printf("disquete de arranque: %xh - ",sector0.boot); if (sector0.boot == 0xaa55) printf("sim\n"); else printf("nao\n"); } 11