Jazdí ďalej tvrdé magnetické disky - zariadenie a základné charakteristiky nízkej úrovne

Akonáhle jednoduchý užívateľ počítača musel dôkladne pochopiť jeho štruktúru, programovacie jazyky a ďalšie veci, ktoré priamo nesúviseli s jeho bezprostrednými činnosťami. Jednoducho preto, že prvé počítače boli vyrobené „nahé“ - bez softvéru. Chcete pracovať s počítačom? Naučte sa hovoriť jeho „jazykom“. Alebo komunikujte prostredníctvom sprostredkovateľa.

Neskôr sa počítačová technológia vyvinula podľa rovnakého scenára ako zvyšok - do tejto oblasti prišla deľba práce. Najskôr došlo k rozdeleniu na vlastných používateľov, ktorí na riešenie svojich problémov nepoužívali počítače ako také, ale balíčky špecializovaných aplikačných programov a programátorov, ktorí písali práve tieto programy. Posledné menované sa tiež rýchlo rozdelili na systém a aplikáciu. Tí prví museli stále dôkladne porozumieť hardvéru, pretože ich úlohou bolo písať operačné systémy a ďalšie nízkoúrovňové aplikácie, najmä vývojové prostredia softvéru. A tí druhí už neboli silno pripútaní k zariadeniu, pričom využívali prácu toho prvého. Ich úlohou bolo vyvíjať aplikácie, ktoré vyhovujú potrebám používateľov.

V čase, keď prvý osobné počítače celý tento viacúrovňový systém už bol všeobecne vybudovaný. Ale boli tu aj niektoré zvláštnosti. Najmä „vrstva“ v podobe OS bola príliš tenká - nebolo možné napísať viac či menej zložité aplikačné programy bez priameho adresovania hardvéru. A tých aplikovaných programov v tom čase nebolo toľko a ich „zložitosť“ z pohľadu dneška nebola vysoká, takže niekedy sa musel užívateľ stať sám programátorom a sám si pre seba písať potrebný softvér. Spočiatku to však bolo pre mnohých celkom uspokojivé (značný počet osobných počítačov si potom kúpili skutoční počítačoví nadšenci), ale to sa podpísalo na situácii na trhu. Nie nadarmo mnoho manuálov k systému MS DOS začalo popisom systémových príkazov a skončilo príkladmi použitia nezdokumentovaných prerušení :)

Od tých bezstarostných čias už pretieklo popod most veľa vody. Mnoho moderných používateľov ani nevie o všetkých možnostiach aplikácií, ktoré neustále používajú. Čo môžeme povedať o zariadení operačného systému alebo o skrytých funkciách systémová jednotka vybavenie! Na jednej strane sa to nemôže tešiť - nevedia to, pretože to netreba vedieť. Ľudia teraz iba hrajú hry, sledujú filmy, počúvajú hudbu, komunikujú s priateľmi po celom svete a okamžite po zakúpení a inštalácii počítača na plochu. Nie až po tom, čo si vyštudujú programovanie a architektúru počítača a sami si napísajú všetky potrebné programy.

Na druhej strane takáto situácia nevyhnutne vedie k mnohým problémom, hneď ako sa začnú riešiť problémy zložitejšie ako spustenie aplikácie. Najmä počítače zatiaľ nie sú distribuované bezplatne. A rôzne modely majú rôzne schopnosti, výkon a cenu. A ako sa správne rozhodnúť, aby ste to neskôr neľutovali? S elektrickými kanvicami je všetko jednoduché - iba tri kritické parametre: kapacita, výkon a dizajn. Všetky tri sú navyše jednoduché a zrozumiteľné pre použitie v domácnosti. Posledne menované je možné hodnotiť vizuálne, kapacita označuje, koľko čaju môžete pripraviť v jednej operácii, a sila označuje, ako dlho to bude trvať. S počítačmi je to stále komplikovanejšie, pretože ich funkčnosť je vyššia. Produktivita teda nie je niečo striktne špecifikované, určuje ju riešená úloha. Ideálna herná stanica nemusí byť tou najlepšou voľbou pre strih videa, ale dobrý počítač pre spracovanie videa je nadbytočné pre „kancelárske úlohy“ atď. Preto je často potrebné hodnotiť nie počítače ako celok, ale ich súčasti. Preto musíte aspoň vedieť, ktoré z nich;) Je to ešte lepšie, keď sú známe princípy ich fungovania - to vám umožňuje rýchlo, aj keď zhruba, odhadnúť parametre rýchlosti (a nielen rýchlosti). Napríklad to platí pre pevné disky: Osoba, ktorá rozumie svojmu zariadeniu, nie je prekvapená, že modely notebookov sú pomalšie a kapacitne menšie ako modely pre stolné počítače.

Všeobecne platí, že poznanie štruktúry počítača a princípov fungovania jeho komponentov je občas užitočné. Bohužiaľ, množstvo takýchto informácií vo verejnej sfére sa za posledné roky znížilo - je to pred 20 rokmi, každý „manuál pre začiatočníkov“ obsahoval popis toho, ako to celé funguje a funguje, ale dnes sa autori väčšinou domnievajú, že to človek buď už vie. alebo nemá záujem. Odkiaľ by mali pochádzať základné vedomosti? Otázka zostáva otvorená. Preto sa pokúsime na ňu odpovedať. Aspoň pre také dôležité zariadeniaako pevné disky. Dnes vám teda dávame do pozornosti článok zo série „Ako to funguje?“, Z ktorého tí, ktorí si želajú, môžu zistiť, ako sú pevné disky usporiadané z hľadiska fyziky a aký to má vplyv na ich výkon. Pretože je článok určený pre začiatočníkov, nemali by ste písať neskôr nahnevané listy o tom, že informácie sú prezentované povrchne a nebolo zohľadnené množstvo jemných odtieňov - pokúsime sa ich časom zistiť, ale zatiaľ sa budeme zaoberať základom.

HDD z mechanického hľadiska

Bez ohľadu na to, aké zložité a ťažkopádne sú písacie potreby éry 70. rokov, sú často jasnejšie a presnejšie ako jednoduchšie požičané výrazy. Skutočne: koľko informácií obsahuje slovo „winchester“? Blízko k nule - moderní používatelia z väčšej časti ani nevedia, prečo sa tento názov uchytil pri pevných diskoch. Ale ak napíšete „HDD“ - a okamžite môžete myslieť na veľa vecí, stačí dešifrovať skratku. Našimi dnešnými hrdinami sú teda pevné disky.

Prvým slovom je všetko jasné: výraz „jednotka“ označuje v prípade ich sebestačnosti takmer všetky zariadenia na ukladanie informácií, alebo tento výraz označuje jednotku (pre vymeniteľné médiá). Winchester a USB flash disky patria do prvej kategórie - obsahujú pamäťové médium a všetku logiku práce s ním, na rozdiel napríklad od optické jednotky alebo čítačky kariet, kde je médium vymeniteľné, a to je jeho zásadná kvalita. Pri druhom slove sa zdá byť všetko tiež jasné: existujú aj disketové mechaniky - v bežnej reči rovnaká mechanika, ktorá sa dnes stala vzácnosťou, ale pred 20 - 30 rokmi bola veľmi dôležitá, alebo dokonca (v osobných počítačoch) všeobecne jediným úložným zariadením údaje. Niektoré princípy ukladania dát na flexibilných a pevné disky sú rovnaké, existujú však zásadné rozdiely medzi zodpovedajúcimi zariadeniami, v dôsledku čoho bolo potrebné naraz prísne rozlišovať medzi týmito jednotkami.

Teraz o diskoch. Táto forma informačného nosiča sa neprijala náhodou - guľatý disk je rotačná figúrka. A znova poznamenám, že disky nie sú jedinou možnou možnosťou: svojho času sa aktívne používali aj pohony na magnetických bubnoch. Ale na „magnetických štvorcoch“ alebo trojuholníkoch doteraz nie sú žiadne pohony (aj keď sa na nich už pracuje, ale sú úplne odlišné od bežných pohonov princípom fungovania) :) Prečo áno - povieme si niečo neskôr. Medzitým si do budúcnosti pamätajte, že disky sú pracovným médiom pevných diskov. Spravidla ani jeden, ale niekoľko, namontovaných na jednej osi a formujúcich sa balík pevného disku.

Z toho okamžite vyplýva niekoľko nízkoúrovňových fyzických parametrov pohonu: priemer diskov, ich počet a rýchlosť uhlového natočenia. Prvé dva sú zhora obmedzené požiadavkami na tvar pohonu a tretí s nimi úzko súvisí. Všetko je to o prítomnosti trecej sily, ktorú nemožno úplne poraziť. V súlade s tým platí, že čím viac diskov v balení a / alebo čím väčší je ich priemer, tým je obal ťažší, čo znamená (pri stálej rýchlosti otáčania), tým viac energie musí mať elektrický motor, ktorý „urýchľuje“ celú túto štruktúru do prevádzkového režimu a udržuje ju. Toto je prvé a dosť vážne obmedzenie: množstvo energie je často dosť prísne obmedzené. Druhým faktorom je, že zložitosť výroby konštrukcie z rýchlo sa otáčajúcich diskov s veľkým priemerom exponenciálne rastie s rastúcim priemerom a počtom diskov. Faktom je, že v skutočnom svete disky nie sú úplne tenké a rovnomerné, takže by ste mali brať do úvahy rôzne nepríjemné vedľajšie účinky, ktoré rotáciu sprevádzajú. Ako napríklad narážanie hrán vo vertikálnej rovine, čím väčší, tým väčší je priemer disku. Zlepšenie technických postupov na výrobu dosiek samozrejme umožňuje oslabiť účinok týchto faktorov, ale deje sa to pomerne pomaly.

Magnetická vrstva

Vraciame sa k skratke a pamätáme, že sa tam neotáčajú iba niektoré abstraktné disky, ale aj magnetické, to znamená, že majú povlak s určitými magnetickými vlastnosťami. Práve vďaka nemu sú disky schopné ukladať informácie. Na prvej úrovni abstrakcie môžeme predpokladať, že každá mikroskopická oblasť určitej oblasti (o ktorej o niečo neskôr) uloží presne jeden bit dát. Podľa toho sa dá čítať alebo písať.

Magnetický povlak má tiež svoje vlastné charakteristiky. Po prvé, toto je oblasť jeho použitia, ktorá je o niečo menšia ako celý disk. Použitie plôch na samom okraji je obvykle spojené s dôsledkami kvôli zvláštnostiam výrobnej technológie - v týchto oblastiach nie je možné dokonale nanášať povlak. To isté možno povedať o stredisku. V súlade s tým je celá pracovná oblasť uzavretá medzi dvoma číslami - minimálny a maximálny polomer, z ktorých prvé je striktne väčší ako nula a druhé je striktne menší ako polomer samotného disku. A druhým najdôležitejším parametrom je hustota záznamu, to znamená prevrátená hodnota plochy potrebnej na uloženie jednotky informácií. V praxi sa táto hodnota často nepoužíva, pracuje sa s hodnotami pozdĺžnych a priečnych hustôt záznamu, ktoré súvisia s mechanikou samotného pohonu. Poďme si túto problematiku preštudovať podrobnejšie.

Hlavy, stopy, sektory

Napriek tomu, že na ukladanie informácií slúži takmer celý povrch disku, kedykoľvek môžeme pracovať iba s jeho malou časťou (inak by sme záhradu nemuseli oplotiť rotáciou). Na čítanie alebo zápis dát sa používa magnetická hlava (jedna pre každú použitú stranu diskov v balení), ktorá letí nad povrchom disku v nízkej výške. Podľa toho teda pri jednej otáčke disku prechádza pod ním celá sústredná dráha a na prístup do susedných oblastí musí byť hlava posunutá smerom do stredu alebo v opačnom smere. Sada všetkých stôp umiestnených v rovnakej vzdialenosti od stredu na rôznych diskoch sa mimochodom nazýva valec. Každá stopa má nenulovú šírku, takže na disku je iba konečný počet stôp. Koľko? Závisí to od šírky pracovnej vrstvy (ktorá je zase určená hlavne priemerom disku) a od hustoty priečneho záznamu. No, alebo naopak: hustota bočného záznamu je indikátorom toho, koľko stôp sa zmestíme na jeden palec na súčasnej úrovni technológie výroby diskov a hláv. Spravidla je rozhodujúca druhá - prudké zvýšenie priečnej hustoty je spojené so zavedením nových technológií na výrobu magnetických hláv, ktoré im umožňujú pracovať s menšími dráhami. Bohužiaľ sa to stáva pomerne zriedka, ale okamžite to výrazne zvýši kapacitu disku.

Hustota pozdĺžneho záznamu na druhej strane ukazuje, koľko bitov informácií sa zmestí na jeden palec obvodu, čo je stopa, považovaná za matematickú abstrakciu. Táto vlastnosť tiež závisí od úrovne technológie výroby diskov a hláv, je však menej náchylná na náhle zmeny, pretože pri rovnakej technológii výroby hláv ju možno zvýšiť vylepšením vlastností magnetického povlaku (buď prechodom na novú technológiu, alebo vylepšením súčasnej). Je pravda, že napriek tomu, že sa pozdĺžna hustota meria v bitoch na palec, v skutočnosti nepracujú s jednotlivými bitmi na diskoch - je to príliš malá hodnota. A zvyčajne aj s bajtmi. Pokiaľ vo veľmi starých počítačoch nebola kapacita pamäte taká malá, že procesor dokázal adresovať nielen každý bajt náhodný vstup do pamäťe, ale každý bajt na magnetických bubnoch (disky sa vtedy ešte nepoužívali), takže nebol potrebný systém hierarchickej pamäte - to všetko sa dalo považovať za funkčné.

Avšak v čase, keď sa objavili prvé osobné počítače, kapacita diskových jednotiek bola príliš veľká na to, aby bolo možné adresovať priamo každý bajt, takže sa z nich nakoniec stali zariadenia s takzvaným blokovým prístupom: minimálna jednotka informácií, z ktorej je možné čítať alebo na ktorú sa dá zapísať, je blok alebo sektor. Jeho typická veľkosť pre IBM PC a jeho nástupcov je mimochodom 512 bajtov. Aj keď boli pôvodne prijateľné iné hodnoty, nestali sa štandardnými, takže veľa softvéru jednoducho nedokáže pracovať s inými sektormi, ako je vyššie uvedená veľkosť. Iba teraz niektorí výrobcovia pevných diskov začali používať odvetvia zvýšené o osemkrát (4K bajty), ale tento proces je iba v počiatočných fázach.

V každom prípade sa na trať musí zmestiť celý rad sektorov. Okrem toho je veľmi žiaduce, aby bol počet sektorov na susedných tratiach rovnaký. V prípade diskiet alebo prvých pevných diskov je to presne tak - verilo sa, že všetky stopy obsahujú rovnaký počet sektorov. Skutočná pozdĺžna hustota záznamu teda veľmi rýchlo rástla od okrajov k stredu, spolu s poklesom dĺžky stôp. Navyše jej maximálna hodnota bola obmedzená technológiou, takže v skutočnosti bola väčšina plochy vonkajších ciest premrhaná iracionálne. Aj keď tu bolo len málo stôp (napríklad na disketách je ich počet 40 alebo 80), dalo by sa to tolerovať, ale s nárastom hustoty priečneho záznamu boli tieto straty čoraz výraznejšie. Na nejaký čas s nimi nemohli nič robiť, keďže systém softvér bol navrhnutý pre konštantný počet sektorov na stopu, avšak so zlepšením diskových rozhraní a prenosom väčšiny elektroniky priamo do mechaniky bola skutočná jeho fyzická štruktúra pred programami skrytá.

Programy naďalej verili, že počet sektorov na stopu na disku je konštantný, ale v skutočnosti zostal rovnaký iba v rámci limitu obmedzeného pásu niekoľkých desiatok stôp, ale takýchto zón bolo niekoľko. Určité straty samozrejme miesto na disku existuje aj táto metóda, pretože skutočná a technologická hustota záznamu sa musí zhodovať na vnútorných stopách každej zóny a na vonkajších stopách sa prvá rýchlo stáva menej ako druhá, takže niektoré informácie, ktoré by sa dali fyzicky umiestniť na disk, sa jednoducho „nezmestia“. Tieto straty sú však oveľa menšie ako pri iba jednej zóne. No, čo sa týka zložitosti implementácie touto metódou je to len o niečo komplikovanejšie ako pri „jednej zóne“ a oveľa jednoduchšom prístupe, v ktorom by bol počet sektorov pre všetky trate odlišný.

Na čo to všeobecne je? Kvôli blokovej organizácii diskového priestoru z hľadiska operačných systémov a iného softvéru je teoretická pozdĺžna hustota záznamu (zvyčajne uvedená pre všetko pevný disk) je v praxi nedosiahnuteľný. Presnejšie je to dosiahnuteľné iba pre niekoľko stôp - interných v každej zóne a zvonka je skutočná hustota záznamu nižšia ako teoretická. Kvôli zonálnej organizácii sa však až tak veľmi nelíši, takže pre naše účely môžeme považovať pozdĺžnu aj priečnu hustotu záznamu za konštantnú charakteristiku jednotky pevného disku. Ale veľmi slabo závislý od výrobcu - ako uvidíme ďalej, pre všetky spotrebiteľské charakteristiky disku je žiaduce, aby hustota záznamu (v oboch smeroch) bola maximálna. Preto sa hustota záznamu pamätá iba vtedy, keď sa výrobcovi pri zmene riadiacich liniek podarí zvýšiť. A je jednoducho nerentabilné ho umelo podceňovať (v porovnaní s technologicky možným). Nepodceňujú sa teda.

Teraz, keď sme zistili viac-menej nízkoúrovňové vlastnosti pevných diskov, sa dostaneme na vyššiu úroveň - na tie parametre, ktoré ako používatelia v praxi potrebujeme.

Kapacita

Začnime s najjednoduchším a pre mnohých - hlavným a takmer jediným parametrom. Skutočne: pri výbere pevného disku sa väčšina najskôr určí podľa jeho kapacity a potom (ak existuje túžba) sa začne vyberať konkrétny model niekoľkých rovnakých objemov. Je tiež vhodné začať s týmto parametrom, pretože je to celkom jednoduché :)

Aká je kapacita pevného disku? Počet pevných diskov (presnejšie pracovných plôch - nie každý disk využíva obe strany kvôli obmedzeniam výšky jednotky, ale to pre nás teraz nie je skutočne dôležité) vynásobený kapacitou každého z nich. A kapacita jednej pracovnej plochy (jednej strany disku) sa rovná jeho ploche vynásobenej záznamovou hustotou. Plocha kruhu (opäť si pamätáme, že máme skôr krúžok, pretože vnútorná a vonkajšia oblasť nie sú použité, ale ich veľkosť je zvyčajne konštantná, takže pre lepšiu prehľadnosť môžete obrázok zjednodušiť) je úmerný štvorcu jeho priemeru. Zvýšením priemeru diskov a ich počtu v balíku pri zachovaní záznamovej hustoty teda veľmi rýchlo zvýšime úložnú kapacitu a priemer je dôležitejší: počet diskov dáva iba lineárne zväčšenie kapacity a priemer - štvorec. A pri rovnakom počte a priemere diskov je podobný efekt daný zvýšením hustoty záznamu. Všeobecne pre maximálnu kapacitu musíte zvýšiť všetko okrem rýchlosti otáčania - nemá najmenší účinok.

Spotreba energie

Prečo kladieme túto charakteristiku na druhé miesto - nad výkon? Móda je teraz v oblasti energetickej účinnosti. Po prvé. Po druhé, teraz sú za to prenosné počítače, ktoré už z hľadiska predaja prekonali stacionárne počítače a úspory energie tu nie sú rozmarom, ale súrnou potrebou - mnohé sú pripravené obetovať polovicu výkonu za ďalšiu hodinu výdrže batérie.

Čo teda ovplyvňuje spotrebu energie? Je zrejmé, že hustota záznamu to neovplyvňuje. Ale všetky mechanické vlastnosti diskov ovplyvňujú, a to negatívne. Skutočne - práca trecej sily je tým vyššia, čím vyššia je rýchlosť otáčania, preto budú nízkorychlostné disky vždy ekonomickejšie ako vysokorýchlostné. Okrem toho, pri rovnakej rýchlosti otáčania, čím silnejší je elektromotor, tým ťažší je disk. A to druhé je ťažšie (všetky ostatné veci sú rovnaké), tým viac diskov obsahuje a tým väčší je ich priemer. Teda pre maximálnu úsporu energie je potrebné zmenšiť priemer diskov, ich počet a rýchlosť ich otáčania.

Všimnite si, že vyššie popísaný, takpovediac, rozsiahly (t.j. čisto kvantitatívny) spôsob úspory energie. Okrem toho existuje aj jeden intenzívny - vývoj technológií. Napríklad, ak si osvojíme nový materiál na výrobu diskov, ktorý ich uľahčí, potom sa pri rovnakom priemere a počte diskov zníži hmotnosť celého balenia a následne aj trecia sila a energia spotrebovaná na jeho prekonanie. Podobný efekt je možné dosiahnuť použitím vylepšených ložísk v systéme zavesenia diskov. Vylepšenie technológie magnetickej hlavy im umožňuje pracovať s menšími magnetizačnými oblasťami a pracovať s nižšími prúdmi, čo má priaznivý vplyv aj na spotrebu energie. Všeobecne existuje veľa absolútne užitočných spôsobov riešenia zbytočnej spotreby energie, ktoré používajú všetci výrobcovia. Veľmi často sa ale stáva, že všetky technologické triky už boli uplatnené, ale dosiahnutá úroveň úspor stále nestačí. V takom prípade nezostáva nič iné, ako použiť rozsiahle metódy.

Rýchlosť postupných operácií

A teraz sme sa konečne dostali k výkonu. Začnime s lineárnymi operáciami, pretože mnoho ľudí stále považuje rýchlosť kopírovania súborov za meradlo výkonu pevných diskov. Všeobecne je to absolútne nesprávne, aj keď ... ak je hlavnou a jedinou úlohou jednotky slúžiť ako úložisko pre videotéku, potom sú skutočne najdôležitejšie postupné operácie: pracujeme s veľké súbory, a čítame alebo píšeme ich výlučne postupne od začiatku do konca.

Ako vypočítať medznú rýchlosť lineárnych operácií? Je to veľmi jednoduché - čím je vyššia, tým viac bitov informácií prechádza magnetickou hlavou za jednotku času. Podľa toho je sekvenčná hustota záznamu veľmi dôležitá - čím vyššia je, tým vyššia je rýchlosť. Druhou zložkou v tejto práci je obvyklá „fyzická“ rýchlosť disku vzhľadom na hlavu, ktorá je pre každú stopu iná, pretože pri konštantnej uhlovej rýchlosti rotácie disku lineárna rýchlosť závisí od polomeru stopy. Preto sa dosahuje taký kuriózny efekt, že sekvenčná rýchlosť čítania a zápisu na externých stopách je oveľa vyššia ako na interných. Vďaka tomu sa diskom hromadnej série často darí predbiehať svojich vysokovýkonných náprotivkov rovnakej generácie s vyššou rýchlosťou otáčania na vonkajších koľajach. Ale disky rôznych generácií majú takmer vždy inú rýchlosť sekvenčných operácií aj pri rovnakých fyzikálnych parametroch - hustota záznamu sa výrazne líši.

Všeobecne možno zhrnúť, že na zvýšenie lineárnej rýchlosti čítania a zápisu na výrobcov je potrebné zvýšiť hustotu záznamu, rýchlosť otáčania diskov a ich priemer (posledné nijako neovplyvnia vnútorné koľaje, ale zvýšia rýchlosť na vonkajších koľajach a podľa toho ju priemerne zvýšia).

Rýchlosť vykonávania náhodných operácií

Pokiaľ ide o urgentnejšie (z dôvodu multitaskingu moderných operačných systémov) operácie s náhodným prístupom na disky, potom je všetko oveľa komplikovanejšie ako s „priamočiarou“ logikou lineárnych. Po prvé, poďme zistiť, aký konkrétny je fyzický význam času prístupu k informáciám, ktorý určuje rýchlosť vykonávania náhodných operácií.

Potrebujeme teda určitý blok s údajmi (pamätáme, že to je on, kto je najmenšia jednotka). Nemôžeme to len vziať a získať (čo sa dá ľahko urobiť na médiách založených na flash - tam sa podľa počtu blokov požadovaný okamžite vydá, nech sa nachádza kdekoľvek, čo poskytuje týmto diskom vynikajúci prístupový čas, prinajmenšom na operácie čítania) - prvý musíte presunúť hlavu na požadovanú stopu a potom počkať, kým pod ňou prejde požadovaný sektor. Súčet času vykonania týchto operácií nám poskytne čas prístupu.

S prvou zložkou je všetko celkom jednoduché: čas potrebný na „zasiahnutie“ požadovanej stopy je priamo úmerný priemeru dosky. Kedysi to bolo „pokazené“ priečnou hustotou záznamu, pretože sa používali krokové motory schopné pohybovať hlavou iba jednou stopou v jednej operácii, ale tie časy sú už dávno preč. Teraz - iba priemer, a to aj nepriamo: na pohyb hlavy je skutočne potrebný určitý čas a v najhoršom prípade bude musieť byť „poháňaný“ po celom polomere. Koľko stôp je na disku, však nie je príliš dôležité: interné obvody určujú jej približné fyzické umiestnenie podľa čísla stopy a posúvajú hlavu tam, kde je to potrebné (aspoň sa o to pokúsia), aby po prvom umiestnení nebolo do výberu správneho miesta zapojených viac ako tucet. skladby bez ohľadu na ich celkový počet na disku.

Dobre - našli sme požadovanú stopu, teraz zostáva čakať na požadovaný sektor. Kedy? Je ťažké to uhádnuť - v najlepšom prípade dostaneme dátový blok, ktorý potrebujeme, ihneď po umiestnení, v horšom prípade si bude musieť počkať na celú revolúciu disku (ak práve „prekĺzol“). Podľa štatistických zákonov z toho vyplýva, že v priemere budeme na čakanie na potrebné údaje potrebovať pol diskovej revolúcie. Z čoho neúprosne vyplýva, že čím vyššia je rýchlosť otáčania disku, tým kratšia je čakacia doba.

Akonáhle je sektor na správnom mieste, je potrebné ho prečítať alebo zapísať, takže teoreticky je na celú rýchlosť náhodných operácií ovplyvnená všetkými faktormi, ktoré sú dôležité pre postupné operácie. V skutočnosti ich však možno úplne zanedbať - dátové bloky sú také malé, že ich fyzické čítanie trvá oveľa menej času ako umiestnenie a čakanie hlavy. Teda na získanie minimálneho času prístupu k dátam (a teda maximálneho výkonu pri náhodných operáciách) je potrebné zmenšiť priemer disku a zvýšiť jeho rýchlosť otáčania.

Niekoľko praktických príkladov

Je ľahké vidieť, že všetky požiadavky na fyzické parametre pevných diskov sú veľmi rozporuplné - napríklad pre zvýšenie rýchlosti postupných operácií musí byť zväčšený priemer disku, ale pre lepšie správanie sa pri náhodných požiadavkách je potrebné urobiť presne naopak. Preto musia dizajnéri neustále robiť kompromisy a kolesá sú pre rôzne segmenty trhu úplne odlišné. Pozrime sa, ktoré z nich. Pre lepšie zafixovanie materiálu :)

Disky hromadnej výroby

Vyžaduje sa: vysoká kapacita za nízke náklady.

Žiaduce: vysoký výkon pri lineárnych a náhodných operáciách.

Nežiaduce: vysoká spotreba energie.

Kombinácia týchto požiadaviek rýchlo umožňuje pochopiť, prečo sú všetky disky hromadnej výroby od rôznych výrobcov rovnaké. Na získanie maximálnej kapacity a vysokého výkonu pri postupných operáciách je skutočne potrebné zväčšiť priemer diskov, preto je v tejto triede vždy maximálny a nie je regulovaný vlastnosťami technológie, ale faktormi tretích strán. Napríklad po mnoho rokov (a stále) bol typický priemer taniera pre masové disky 3,5 palca, ale všetko väčší rast popularita notebookov môže viesť k výraznému zvýšeniu podielu 2,5 "diskov, k preorientovaniu odvetvia na ne a k„ uschnutiu "väčších pevných diskov (ako to bolo v prípade 5,25" modelov). Aj keď tomu výrobcovia budú zo všetkých síl odolávať - \u200b\u200bnie nadarmo sa niekedy dokonca snažia s istým úspechom ísť proti prúdu. Stačí si spomenúť na sériu Quantum Bigfoot: päťpalcové pevné disky, ktoré sa začali vyrábať v čase totálnej dominancie menších tvarových faktorov. No a čo? Veľký priemer dosiek im pomohol mať dostatočnú kapacitu aj pri jednom disku (čo výrazne zjednodušilo a zlacnilo mechaniku) a dobrú rýchlosť vykonávania postupných operácií aj pri nízkych otáčkach. Všetko pokazili iba pomalé náhodné operácie, kvôli ktorým sa disky zle hodili na použitie v počítači v jednotnom čísle. Všeobecne predbiehali svoju dobu - teraz, v časoch masívneho využívania videotéknic na pevných diskoch, by veľmi veľa ľudí neodmietlo päťpalcový monštabajt terabajt o 10 (čo je na súčasnej úrovni technológie pre tieto modely celkom dosiahnuteľné), ktoré sa bude používať práve pre ukladanie a prehrávanie multimediálnych súborov (to znamená, že bude buď druhým v počítači, alebo sa dokonca stane základom pre stacionárne VZD).

Prečo výrobcovia nezvyšujú počet diskov v týchto modeloch? V skutočnosti ich pribúda: pred niekoľkými rokmi bolo typické používať iba dve platne, teraz sú tri alebo štyri pre staršie modely v rade de facto štandardom. Je však nemožné príliš urýchliť takýto proces, pretože po prvé sú obmedzené vonkajšie rozmery a po druhé, disky s viacerými diskami si vyžadujú použitie zložitejšej (a nákladnej!) Mechaniky. Z rovnakých dôvodov „rýchlosť“ takýchto jednotiek tiež časom rastie veľmi pomaly: ich výroba je nákladná a nie príliš veľká (neovplyvňuje to kapacitu a je lepšie zvýšiť rýchlosť postupných operácií pomocou hustoty zápisu). Všeobecne sa zo všetkých týchto dôvodov dnes stalo štandardnou voľbou pre masové pevné disky: platne s priemerom 3,5 palca, celkovo až štyri (päť v niektorých modeloch od rovnakého výrobcu), otáčajúce sa pri 7200 ot./min.

Vysokorýchlostné disky

Vyžaduje sa: vysoká rýchlosť vykonávania náhodných operácií.

Žiaduce: Vysoký výkon na lineárnych vzorkách.

Pokúsme sa pozdvihnúť triedu vyššie - na úroveň diskov pre pracovné stanice a servery. To nevyžaduje príliš veľkú kapacitu samostatného disku - stále sa používajú ako súčasť polí. A z dvoch typov výkonu sú modely s náhodným prístupom podstatne dôležitejšie. Preto výrobcovia takýchto modelov takmer vždy ponúkajú na trhu vysokorýchlostné modely (frekvencia otáčania 10 - 15 000 ot./min.) Na doskách so zníženým priemerom (2,5 - 2,8 palca). Ako sme už napísali vyššie, vedie to k tomu, že pokiaľ ide o rýchlosť vykonávania postupných operácií, nie sú oveľa lepšie ako predstavitelia hromadných sérií, ba dokonca za nimi veľmi zaostávajú svojou kapacitou: platne sú malé a je ich menej (inak zložitosť výroba pohonu a spotreba energie). Avšak súčasne sú indikátory rýchlosti aj na postupných vzorkách „rovnomernejšie“, pretože rýchlosť na interných stopách je vyššia a výkon pri náhodných operáciách je samozrejme výrazne vyšší ako u všetkých ostatných skupín pevných diskov.

Energeticky efektívny pevný disk

Vyžaduje sa: veľká kapacita, nízke náklady a spotreba energie.

V poslednej dobe sa smer „ekologických pevných diskov“ vyvíja rýchlym tempom. Je to do veľkej miery spôsobené skutočnosťou, že výkon nie je v mnohých oblastiach taký dôležitý. Najmä na použitie mimo počítača - napríklad v domácom magnetofóne bude akákoľvek rýchlosť prehnaná, pretože aj prúd HD je desiatky megabitov a dokonca aj tie najstaršie pevné disky sú schopné sekvenčných operácií (v takomto zariadení nebudú vôbec náhodné), ktoré sú schopné desiatok megabajtov za sekundu. Vonkajšie pevné disky donedávna ich obmedzoval výkon najbežnejšieho rozhrania USB 2.0, takže ani tu samotný pevný disk nepotrebuje vysokú rýchlosť. A v počítači nie je vôbec potrebné používať disky s rovnakou rýchlosťou - ak existuje niekoľko pevných diskov, potom niektoré z nich, ktoré sa používajú hlavne na ukladanie veľkého množstva dát, môžu byť pomalšie ako tie „hlavné“, na ktorých sú nainštalované operačný systém a aplikačné programy. Pokiaľ ale rýchlosť nie je dôležitá, potom začnú byť parametre ako spotreba energie a hlučnosť na prvom mieste a je možné ich znížiť pri zachovaní kapacity jednoduchým znížením rýchlosti otáčania. Navyše sa nedá povedať, že výkon týchto modelov je taký zlý - hustota záznamu neustále rastie (bez toho nebude možné zvýšiť hlasitosť), takže rýchlosť vykonávania lineárnych operácií je zvyčajne o niečo nižšia ako u hromadných modelov rovnakej generácie, ale vyššia ako u hromadných modelov. staršie zariadenia (dôvody sú vysvetlené vyššie). Všeobecne táto trieda teraz zahŕňa pevné disky s 3,5-palcovými platňami, ale s nižšou rýchlosťou otáčania ako typické disky (7200 ot./min). O kolko nizsie? Závisí od modelov. Zvyčajne 5 000 až 5 900 otáčok za minútu, aj keď by nás neprekvapilo, keby sa po chvíli otáčky naďalej znižovali.

Mobilné pevné disky

Vyžaduje sa: kompaktnosť, nízka spotreba energie.

Žiaduce: veľká kapacita.

Niekedy sa ukáže, že spotreba diskov dokonca aj v predchádzajúcej triede je príliš vysoká, a v niektorých oblastiach je ich použitie jednoducho nemožné - napríklad vo väčšine notebookov sa pevný disk na 3,5-palcové platne jednoducho nezmestí. Cesta von je zrejmá - musíte zmenšiť priemer dosiek. Zvyčajne je to 2,5 palca, aj keď môže byť aj menší. Tieto modely sa líšia od vysokorýchlostných pohonov s nízkou rýchlosťou otáčania - maximálne 7200 ot./min., A častejšie 5400 alebo dokonca 4200 ot./min. Je to dané nielen požiadavkami na hospodárnosť, ale aj skutočnosťou, že je žiaduce získať maximálnu možnú kapacitu - plocha dosiek sa tak využíva plnšie ako vo výkonných modeloch, vrátane „nepohodlného“ vnútorného a najvzdialenejšieho od stredu dráhy. Takéto pevné disky však fungujú pomaly z iného dôvodu - musíte použiť kompaktnejšiu (a teda málo výkonnú) mechaniku magnetických hláv. To všetko vedie k tomu, že aj najrýchlejšie modely notebookov sú pomalšie nielen v bežných sieťach, ale aj v energeticky efektívnych pevných diskoch pre stolné počítače. Aj pri vyššej rýchlosti otáčania a napriek zmenšeným doštičkám sa musia hlavy posúvať na kratšiu vzdialenosť, ale pohybujú sa aj pomalšie. Mobilný pevný disk najvyššej triedy teda vždy prekoná z hľadiska rýchlosti ten „zelený“, ktorý je pre rozpočet najvýhodnejší. A čo sa týka kapacity, stratí na masovom trhu - kvôli prísnemu obmedzeniu spotreby energie musia disky s vyššou rýchlosťou otáčania používať menej platní. Ale práve táto úroveň spotreby energie v jednom a v druhom prípade je pre menej prenosnú triedu pevných diskov jednoducho nedosiahnuteľná.

Celkom

Ako vidíme, všeobecne je všetko dosť jednoduché a ľahko vysvetliteľné. Pravda, obzvlášť precízni čitatelia už majú otázku vo svojom jazyku - prečo sa teda disky od rôznych výrobcov (a dokonca aj od rôznych skupín rovnakého výrobcu), aj keď majú približne rovnaké charakteristiky na nízkej úrovni, často veľmi odlišujú vo výkone? Najjednoduchšie, ale v skutočnosti nič nevysvetľujú, ale preto, že majú odlišnú elektroniku. Kde sú rozdiely a ako ovplyvňujú výkon a ďalšie charakteristiky - to všetko bude témou budúcich článkov.

Jednotky pevného disku (HDD, pevné disky, jednotka pevného disku - HDD) sú zariadenia určené na dlhodobé ukladanie informácií. Ako disky na pevných magnetických diskoch sú pevné disky veľmi často používané v počítačoch PC. Termín „Winchester“ je slangový názov pre prvý 16KB pevný disk (IBM, 1973), ktorý mal 30 stôp v 30 sektoroch, zhodou okolností sa zhodoval s kalibrom 30/30 slávnej loveckej pušky Winchester. V týchto jednotkách je jeden alebo viac pevných diskov vyrobených z hliníkových zliatin alebo keramiky potiahnutých ferolakom spolu s blokom magnetických čítacích a zapisovacích hláv umiestnených v hermeticky uzavretom puzdre. Pod diskami je motor, ktorý zaisťuje rotáciu diskov, a vľavo a vpravo je otočný pozicionér s vahadlom, ktorý riadi pohyb magnetických hláv pozdĺž špirálového oblúka, aby ich nainštaloval na požadovaný valec. Kapacita pevných diskov vďaka extrémne hustému záznamu, ktorý vykonávajú magnetorezistívne hlavy v takýchto zapečatených štruktúrach, dosahuje niekoľko desiatok gigabajtov; ich výkon je tiež veľmi vysoký: prístupový čas od 5 ms, prenos (prístupová rýchlosť) až 6 GB / s. Magnetorezistívne technológie poskytujú extrémne vysokú hustotu záznamu, čo umožňuje 2 - 3 GB dát na platňu (disk). Vzhľad hláv s obrovským magnetorezistívnym účinkom (GMR - Giant Magnetic Resistance) ešte zvýšil hustotu záznamu - možná kapacita jednej dosky sa zvýšila na 6,4 GB.

Jednotky pevného disku sú veľmi rozmanité. Priemer diskov je najčastejšie 3,5 palca (89 mm). Najbežnejšie výšky krytu disku sú 25 mm pre stolné počítače, 41 mm pre servery, 12 mm pre prenosné počítače a ďalšie. Vonkajšie stopy disku sú dlhšie ako vnútorné stopy. Preto moderné pevné disky používajú metódu záznamu zóny. V tomto prípade je celý priestor na disku rozdelený na niekoľko zón a viac údajov je umiestnených do vonkajších zón sektorov ako do vnútorných zón. To predovšetkým umožnilo zvýšiť kapacitu pevných diskov asi o 30%.

Vonkajší pohľad na NMRW s odstráneným krytom je znázornený na obr. ...

Obrázok: __. Pevný disk s odstráneným krytom

Existujú dva hlavné režimy výmeny dát medzi HDD a OP:

Programovaný vstup / výstup (PIO - programovateľný vstup-výstup);

Priamy prístup do pamäte (DMA - Direct Memory Access).

PIO - Toto je režim, v ktorom k pohybu dát medzi periférnym zariadením (pevný disk) a RAM dochádza za účasti centrálneho procesora. „Najrýchlejší“ PIO poskytuje 16,6 MB / s. Režim PIO sa v moderných počítačoch používa zriedka, pretože veľmi zaťažuje procesor.

DMA - toto je režim, v ktorom pevný disk komunikuje priamo s pamäťou RAM bez účasti centrálneho procesora a prerušuje tak riadenie zbernice. Prenos - až 66 MB.

Pomocou rozhraní SCSI (na periférnych zberniciach) je možné dosiahnuť vyššiu prenosovú rýchlosť 80 MB / s a \u200b\u200bk jednému radiču rozhrania je možné pripojiť až 15 diskov. A technológia využívajúca komunikačné kanály z optických vlákien pre pevné disky SCSI poskytuje prenos 200 MB / s a \u200b\u200bschopnosť pripojiť až 256 zariadení (používa sa samozrejme nie v počítačoch, ale vo veľkých systémoch a v diskových poliach - RAID).

Čas prístupu k informáciám na disku priamo súvisí s rýchlosťou otáčania diskov. Štandardné rýchlosti otáčania pre rozhranie IDE sú 3600, 4500, 5400 a 7200 ot./min; rozhranie SCSI využíva rýchlosť až 10 000 a dokonca až 12 000 otáčok za minútu. Pri 10 000 ot./min je priemerný čas prístupu 5,5 ms. Aby sa zvýšila rýchlosť výmeny údajov medzi procesorom a diskami, mali by sa pevné disky ukladať do medzipamäte. Disková vyrovnávacia pamäť má rovnakú funkcionalitu ako hlavná vyrovnávacia pamäť, to znamená, že slúži ako vysokorýchlostná vyrovnávacia pamäť na krátkodobé ukladanie informácií načítaných alebo zapísaných na disk. Pamäť cache môže byť zabudovaná do jednotky alebo ju možno vytvoriť programovo (napríklad pomocou ovládača Microsoft Smartdrive) v pamäti RAM. Kapacita diskovej medzipamäte je zvyčajne 2 MB a rýchlosť výmeny údajov procesora s vyrovnávacou pamäťou dosahuje 100 MB / s.

Aby sa získala štruktúra disku na magnetickom médiu, vrátane stôp a sektorov, musí sa na ňom vykonať procedúra nazývaná fyzické alebo nízkoúrovňové formátovanie. Počas tohto postupu radič zapíše servisné informácie na médium, ktoré určí rozloženie valcov disku do sektorov a očísluje ich. Nízkoúrovňové formátovanie tiež umožňuje označiť chybné sektory, aby sa vylúčil prístup k nim počas činnosti disku.

Počítač má zvyčajne jeden, menej často niekoľko pevných diskov. Softvér však môže rozdeliť jeden fyzický disk na viac „logických“ diskov; čím simuluje niekoľko LMD na jednej jednotke.

Väčšina moderných diskov má vlastnú vyrovnávaciu pamäť s kapacitou od 2 do 8 MB.

VonkajšieHDD sú klasifikované ako prenosné.

V poslednej dobe sa rozšírili prenosné disky (nazývajú sa tiež externé, mobilné, odnímateľné a ich prenosné verzie - vreckový - vreckový HDD). Prenosné pevné disky sú napájané buď z klávesnice, alebo cez USB zbernicu (možno cez port PS / 2).

Prenosné pevné disky sú veľmi rozmanité: od bežných pevných diskov v samostatných prípadoch až po rýchlo získavajúcu popularitu diskov SSD. Miska tvarového faktora - 2,5 palca, kapacita 1-60 GB.

Optické jednotky CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW a DVD-RAM môžu tiež prenášať veľké množstvo dát z jedného počítača do druhého. Ich nosiče zabezpečujú prenos veľkého množstva údajov z jedného počítača do druhého. Vďaka relatívne vysokému výkonu je navyše možné tieto disky používať na rovnaké účely ako bežné stacionárne pevné disky. Takéto zariadenia možno použiť aj na riešenie úloh zálohovania informácií.

Niekedy sa pevné disky s vymeniteľnými diskami a disketové jednotky typu Zip nazývajú Bernoulliho disky, pretože v týchto jednotkách sa na minimalizáciu a reguláciu medzery medzi magnetickou hlavou a nosičom - magnetickým diskom - používa Bernoulliho zákon: tlak na povrch tela vytvorený prúdom kvapaliny alebo plynu, ktorý sa pohybuje pozdĺž nej, závisí od rýchlosti tohto toku a so zvyšovaním tejto rýchlosti klesá. Magnetické hlavy sú umiestnené nad povrchom elastických diskov: keď sú disky nehybné, trochu sa vplyvom svojej hmotnosti prehýbajú a vzďaľujú sa od hláv; keď sa disky rýchlo otáčajú pod pôsobením vytvoreného vákua vzduchu, priťahujú sa k hlavám takmer tesne, ale bez dotyku s nimi. To zaisťuje minimálne rozptýlenie magnetického toku hlavy a umožňuje vám zvýšiť hustotu záznamu dát na disku.

2. Jednotky pevného disku

Prvý pevný disk ( Ťažko Disk Šoférovať - HDD) bola vytvorená v roku 1973 pomocou technológie IBM a mala kódové označenie „30/30“ (obojstranný disk s kapacitou 30 + 30 MB), ktoré sa zhodovalo s názvom slávnej poľovníckej pušky Winchester používanej pri dobývaní divokého západu. Z tohto dôvodu sa pevné disky nazývajú „pevné disky“. V roku 1979 F. Conner a A. Shugart zorganizovali výrobu prvých 5-palcových pevných diskov s kapacitou 6 MB.

V porovnaní s disketami majú HDD nasledujúce výhody: výrazne vyššiu kapacitu (na uloženie 420 MB dát je potrebných jeden HDD alebo približne 290 3,5 “HD diskiet) a čas prístupu pre NDD, čo je rádovo menej ako v prípade disketových jednotiek.

2.1. Dizajn a princíp činnosti

Napriek širokej škále modelov pevných diskov je princíp ich fungovania a hlavné konštrukčné prvky rovnaké. Na obr. 3.4 zobrazuje hlavné konštrukčné prvky jednotky pevného disku:

magnetické disky;

hlavy na čítanie / zápis;

mechanizmus pohonu hlavy;

motor pohonu disku;

doska plošných spojov s elektronickým riadiacim obvodom.

Typické úložné zariadenie pozostáva zo zapečateného krytu (HDA) a dosky elektronickej jednotky. HDA obsahuje všetky mechanické časti, doska obsahuje všetku riadiacu elektroniku. Vo vnútri HDA je nainštalované vreteno s jedným alebo niekoľkými magnetickými diskami. Pod nimi je umiestnený motor. Bližšie ku konektorom je na ľavej alebo pravej strane vretena otočný pozicionér magnetických hláv. Pozicionér je pripojený k doske s plošnými spojmi pomocou flexibilného plochého kábla (niekedy s pevnými drôtmi).

Hermetický blok je naplnený vzduchom pod tlakom jednej atmosféry. Niektoré pevné disky majú špeciálny otvor v krytoch HDA utesnený filtračnou fóliou, ktorá slúži na vyrovnanie tlaku vo vnútri jednotky a zvonka, ako aj na absorpciu prachu.

Obrázok: 3.4. Základné konštrukčné prvky pevného disku

Celkové rozmery pevných diskov sú štandardizované parametrom nazývaným tvarový faktor ( Formulár- Faktor). Napríklad všetky pevné disky s 3,5 “formátom majú štandardné rozmery skrinky 41,6x101x146 mm.

Podklady magnetické disky prvé pevné disky boli vyrobené z hliníkovej zliatiny s prídavkom horčíka. V moderných modeloch sa ako hlavný materiál pre diskové dosky používa kompozitný materiál zo skla a keramiky s nízkym teplotným koeficientom rozťažnosti, vďaka čomu sú menej náchylné na teplotné zmeny a sú odolnejšie. Magnetické disky sú k dispozícii v nasledujúcich veľkostiach: 3,5 "; 5,25"; 2,5 "; 1,8".

Disky sú pokryté magnetickou látkou - pracovnou vrstvou. Môže to byť buď oxid, alebo tenký film.

Oxidová pracovná vrstva je polymérny povlak naplnený oxidom železitým. Disky s takouto pracovnou vrstvou sa vyznačujú jednoduchým a lacným výrobným procesom. Ukázalo sa však ako nemožné v rámci tejto technológie dosiahnuť požadovanú kvalitu pracovnej plochy pre vysokokapacitné pohony. Nahradila ju tenkovrstvová technológia.

Pracovná vrstva na báze tenkých vrstiev je tenší a odolnejší; kvalita jeho povrchu je oveľa vyššia. Technológia tenkých vrstiev tvorila základ pre výrobu diskov novej generácie, pri ktorých bolo možné zmenšiť medzeru medzi hlavami a povrchmi diskov na 0,05 - 0,08 mikrónu, a tým zvýšiť hustotu záznamu dát.

Čítacie / zapisovacie hlavy pre každú stranu disku. Keď je jednotka vypnutá, hlavy sa dotýkajú disku. Keď sa disky roztáčajú, zvyšuje sa aerodynamický tlak vzduchu na hlavy, čo vedie k ich oddeleniu od pracovných povrchov diskov. Čím bližšie je hlava k povrchu disku, tým vyššia je amplitúda reprodukovaného signálu.

Do polovice 80. rokov. v použitých pevných diskoch feritové hlavy... Na ich miesto nastúpil MIG-hlavy(MIG - Metall v Medzera) - hlavy s kovom v medzere, čo umožnilo používať nosiče s pracovnou vrstvou na báze tenkých vrstiev. Neustále rastúce požiadavky na kapacitu pevného disku viedli k vzniku hlavy tenkých vrstiev (TF - Tenký Film). Oblasti remanentnej magnetizácie tvorené týmito hlavami na pracovnej ploche disku majú jasné hranice, čo vedie k vysokej hustote záznamu údajov. V dôsledku ďalších zlepšení v oblasti dizajnu a vlastností tenkovrstvových hláv magnetorezistívny(Magneto- Odporové - PÁN) hlavy, ktoré sa v súčasnosti používajú vo väčšine 3,5 "diskov, ktoré môžu mať kapacitu až 75 GB.

Pohonný mechanizmus zaisťuje pohyb hláv od stredu diskov k okrajom a vlastne určuje spoľahlivosť pohonu, jeho teplotnú stabilitu a odolnosť proti vibráciám. Všetky existujúce akčné mechanizmy sú rozdelené do dvoch hlavných typov: krokový motor a pohyblivá cievka.

Pohony s krokovým motorom majú podstatne dlhší priemerný čas prístupu ako pohony s pohonom s pohyblivou cievkou. Z tohto dôvodu našla jednotka krokového motora svoje hlavné uplatnenie v disketových jednotkách a malých (do 100 MB) jednotkách pevného disku. Na rozdiel od systémov krokových motorov používa pohon s pohyblivou cievkou elektronickú spätnú väzbu na presné umiestnenie hláv a ich korekciu vzhľadom na stopy. Vďaka tomu je mechanizmus rýchly a menej hlučný ako pohon krokovým motorom.

Moderné disky majú funkcia automatického parkovania. To znamená, že keď sa PC zapína a vypína, hlavy sa inštalujú podľa potreby na určitý, najčastejšie posledný valec. Keď zaparkujete, hlavy sa automaticky uzamknú a ich ďalšie ovládanie je nemožné.

Motor diskovej jednotky poháňa diskovú sadu do rotácie, ktorej rýchlosť sa v závislosti od modelu pohybuje v rozmedzí 3600 - 7200 ot./min (t. j. hlavy sa pohybujú relatívnou rýchlosťou 60 - 80 km / h). Rýchlosť otáčania niektorých pevných diskov dosahuje 15 000 ot./min. Pevný disk sa točí nepretržite, aj keď k nemu nepristupujete, takže pevný disk by mal byť inštalovaný iba zvisle alebo vodorovne.

Doska s plošnými spojmi s elektronickým riadiacim obvodom a ďalšie zostavy jednotiek (rám, konfiguračné položky a montážne diely) sú odnímateľné. Na doske plošných spojov sú namontované elektronické obvody na riadenie motora a pohonu hlavy, obvod na výmenu údajov s radičom. Ovládač je niekedy nainštalovaný priamo na tejto doske.

2.2. Rozhrania pevného disku

Rozhranie- komunikačné zariadenie (alebo výmenný protokol), ktoré umožňuje jednému zariadeniu komunikovať s iným a nadviazať zhodu medzi výstupmi jedného zariadenia a vstupmi druhého. Hlavnou funkciou rozhrania HDD je prenos údajov z počítačovej kalkulačky na jednotku a naopak. Bolo vyvinutých niekoľko hlavných typov rozhraní: ESDI, IDE, SCSI. Časté koncom 80. rokov. ESDI nespĺňa výkonové požiadavky moderných systémov, navyše sú jeho rôzne verzie často nekompatibilné. V tejto súvislosti bol nahradený rozhraniami: IDE (1989), ktorá zvýšila výkon, a SCSI (1986), ktorá má veľké príležitosti na rozšírenie systému pripojením rôznych zariadení, ako aj E- IDE - pokročilé IDE.

IDE a SCSI sú rozhrania, v ktorých je radič vyrobený vo forme mikroobvodu nainštalovaného na doske jednotky. V rozhraní SCSI sa zavádza ďalšia úroveň organizácie a kontroly údajov medzi radičom a systémovou zbernicou a rozhranie IDE interaguje priamo so systémovou zbernicou.

2.3. Hlavné charakteristiky

Hlavné charakteristiky pevných diskov, ktoré je potrebné brať do úvahy pri výbere zariadenia, sú kapacita, výkon a doba prevádzkyschopnosti.

Kapacita pevného diskuje určené maximálnym množstvom údajov, ktoré je možné zapísať na médium. Skutočná veľkosť kapacity pevného disku dosahuje stovky gigabajtov. Pokroky v navrhovaní a výrobe pevných diskov znamenajú, že hustota záznamu (a teda aj kapacita) sa zvyšuje približne o 60% ročne.

Priemerný čas prístupuk rôznym objektom na HDD určuje skutočný výkon jednotky. Čas potrebný na nájdenie akýchkoľvek informácií na disku na pevnom disku sa meria v milisekundách. Priemerná doba prístupu pre pevné disky je 7 - 9 ms.

Veľkosť medzipamäte(rýchla vyrovnávacia pamäť) pevné disky sa pohybujú od 512 kB do 2 MB.

Rýchlosť prenosu dát (Maximum Údaje Prenos Sadzba - MDTR) závisí od takých charakteristík pevného disku, ako je počet bajtov v sektore, počet sektorov na stopu, rýchlosť otáčania diskov a dá sa vypočítať podľa vzorca

MDTR \u003d SRT 512 ot./min. / 60 (bajtov / s),

kde SRT je počet sektorov na stopu; RPM je rýchlosť otáčania diskov, ot / min; 512 - počet bajtov v sektore.

Priemerná rýchlosť prenosu dát pre disky je 10 - 15 MB / s.

Nepretržitosťpre pohony je určená odhadovaným priemerným štatistickým časom medzi poruchami ( Zlý Čas Medzi Zlyhania - MTBF), ktorý charakterizuje spoľahlivosť zariadenia, je uvedený v dokumentácii a zvyčajne predstavuje 20 000 - 500 000 hodín. Prax ukazuje, že ak jednotka pevného disku bude bezchybne fungovať počas prvého mesiaca záručnej doby, bude tiež fungovať bez zlyhania až do konca svojej zastaranosti.

Ako diskety hDD rozdelené do pruhov a sektorov, ako je znázornené na obr. 3.5. Každá stopa je jedinečne identifikovaná číslom hlavy a poradovým číslom, počítaným na disku vzhľadom na vonkajší okraj. Jednotka obsahuje niekoľko diskov umiestnených nad sebou; ich oddiely sú identické. Preto je zvykom uvažovať o balíku pevných diskov vo forme valcov, z ktorých každý pozostáva z podobných stôp na povrchoch každého disku. Sektory sú identifikované podľa sériového čísla vzhľadom na začiatok stopy. Sektory na trati sú očíslované od jednej a hlavy a valce sú očíslované od nuly.

Obrázok: 3.5. Rozdelenie pevného disku na stopy a sektory

Počet sektorov môže byť od 17 do 150, v závislosti od typu pohonu. Každý sektor obsahuje údaje a informácie o službách. Typicky je to sektor 571 bajtov. Na začiatku každého sektoru je napísaná hlavička ( Predpona Porcia), čím sa určuje začiatok sektoru a jeho počet a na konci sektoru (Prípona Porcia - sektorový záver) obsahuje kontrolný súčet potrebný na overenie integrity údajov. 512-bajtová dátová oblasť (pre DOS) je umiestnená medzi hlavičkou a koncom sektoru. Záznam informácií o stopách sa teda vykonáva v blokoch s veľkosťou 512 bajtov.

Počet diskov, hláv a dráh pevného disku nie je možné zmeniť, pretože sú určené výrobcom v súlade so špecifikovanými vlastnosťami a kvalitou diskov. Počet sektorov na disk závisí od spôsobu nahrávania a hustota závisí od média: čím vyššia je kvalita diskového materiálu, tým je možné na neho zaznamenať hustejšie údaje. Winchester obsahuje až 150 sektorov na stopu.

Celkové množstvo pamäte HDD sa počíta podľa vzorca

V.= C.* H* S*512 (bajt),

kde ZO- počet valcov; H -počet hláv; S - počet sektorov.

Obrázok: 3.6. Príklad označenia pevných diskov od spoločnosti Western Digital

Formátovanie pevného disku je ako formátovanie diskety. Je potrebné mať na pamäti, že počas procesu formátovania sa stratia všetky údaje na pevnom disku, preto by ste pri preformátovaní pevného disku mali potrebné údaje uložiť na iné médium.

Pevný disk má štítok s číslom modelu. Číslo obsahuje základné informácie o vlastnostiach pevného disku. Na obr. 3.6 ukazuje príklad označovania pevných diskov Western Digital.

Testovacie otázky.

Aké typy pamäťových zariadení sa používajú v zložení technické prostriedky informatizácia? Aký je rozdiel medzi pamäťovým zariadením a pamäťovým médiom?

Na základe akých fyzikálnych procesov sa zaznamenávajú a reprodukujú informácie magnetické médiá?

Aké sú hlavné stavebné prvky disketovej jednotky a ako funguje?

Popíšte princíp zaznamenávania informácií na pružný magnetický disk.

Aké sú hlavné konštrukčné prvky jednotky pevného disku? Vysvetlite ich funkčnosť.

Aké rozhrania sa používajú pri pripájaní pevných diskov?

Aké sú hlavné charakteristiky, ktoré je potrebné zohľadniť pri výbere jednotky pevného disku?

Téma 3.2. Jednotky na kompaktné disky

Plán:

Jednotky CD ROM. CD-WORM / CD-R pre jednorazový zápis a prepisovateľné médiá CD-RW. DVD mechaniky. Magnetooptické diskové jednotky.

Nasledujúce optické úložné zariadenia sa používajú na riešenie širokej škály problémov s informatizáciou:

CD-ROM (Kompaktný Disk Čítať- Iba Pamäť) - pamäťové zariadenia iba na čítanie informácií z nich;

CD-WORM (Napíš Raz Čítať Veľa) - pamäťové zariadenia na čítanie a jednorazový zápis informácií;

CD-R (CD- Zapisovateľné) - pamäťové zariadenia na čítanie a prepisovanie informácií;

MO - magnetooptické úložné zariadenia, na ktoré je možné viacnásobné nahrávanie.

Princíp činnosti zo všetkých optické úložisko informácie sú založené na laserovej technológii. Laserový lúč sa používa ako na zápis na informačný nosič, tak aj na čítanie predtým zaznamenaných údajov, a je v skutočnosti akýmsi informačným nosičom.

1. JednotkyCD- ROM

CD-ROM je kompaktný disk (CD) určený na ukladanie do digitálna forma vopred zaznamenané informácie a čítanie pomocou špeciálneho zariadenia nazývaného CD-ROM-driver - jednotka CD-ROM.

Medzi úlohy, na ktoré je jednotka CD-ROM určená, patria: inštalácia a aktualizácia softvéru; vyhľadávanie informácií v databázach; spúšťanie a práca s hrami a vzdelávacími programami; sledovanie videí; počúvanie hudobných CD.

História diskov CD-ROM siaha do roku 1980, keď spoločnosti Sony a Philips spojili sily s cieľom vytvoriť laserovú technológiu nahrávania a výroby CD. Od roku 1994 sa jednotky CD-ROM stali neoddeliteľnou súčasťou štandardnej konfigurácie počítača. Nosič informácií na CD je reliéfny substrát, na ktorý sa nanáša tenká vrstva svetlo odrážajúceho materiálu, zvyčajne hliníka. Zaznamenávanie informácií na disk CD je proces vytvárania reliéfu na podklade „vypaľovaním“ miniatúrnych úderov laserovým lúčom. Informácie sa načítajú registráciou laserového lúča odrazeného od reliéfu substrátu. Reflexná časť povrchu disku dáva signál „nula“ a signál zo zdvihu dáva signál „jedna“.

Ukladanie dát na CD diskoch, ako aj na magnetických diskoch, je usporiadané v binárnej forme.

V porovnaní s pevnými diskami sú disky CD pri preprave oveľa spoľahlivejšie. Objem dát umiestnených na CD dosahuje 700 - 800 MB a pri dodržaní prevádzkových predpisov sa CD prakticky neopotrebuje.

Obrázok: 3.7... Geometrické charakteristiky CD (a)a jeho prierez b)

Proces výroby CD obsahuje niekoľko etáp. V prvej fáze sa vytvorí informačný súbor pre následné zaznamenanie na médium. V druhom stupni sa pomocou laserového lúča informácie zaznamenávajú na nosič, ktorým je disk zo sklenených vlákien potiahnutý materiálom fotorezistu. Informácie sa zaznamenávajú vo forme sledu špirálovito umiestnených drážok (čiarok), ako je znázornené na obr. 3.7. Hĺbka každej zdvihovej jamy (jama) sa rovná 0,12 mikrónov, šírka (v smere kolmom na rovinu obrázku) - 0,8 - 3,0 mikrónov. Sú umiestnené pozdĺž špirálovitej dráhy, ktorej vzdialenosť medzi susednými závitmi je 1,6 mikrónu, čo zodpovedá hustote 16000 závitov / palec (625 závitov / mm). Dĺžka čiar pozdĺž záznamovej stopy sa pohybuje od 0,83 do 3,1 um.

V ďalšom štádiu sa vyvolá vrstva fotorezistu a disk sa pokovuje. Disk vyrobený pomocou tejto technológie sa nazýva hlavný disk. Na replikáciu CD sa galvanickým pokovovaním z hlavného disku odoberie niekoľko pracovných kópií. Pracovné kópie sú pokryté odolnejšou kovovou vrstvou (napríklad niklom) ako hlavný disk a môžu byť použité ako matrice na replikáciu diskov CD do 10 tisíc kusov. z každej matice. Replikácia sa vykonáva razením za tepla, potom sa informačná strana základne disku, vyrobená z polykarbonátu, podrobí vákuovej metalizácii vrstvou hliníka a disk sa pokryje vrstvou laku. Disky s horúcou razbou v súlade s údajmi z pasu poskytujú až 10 000 bezchybných cyklov čítania údajov. Hrúbka CD je 1,2 mm, priemer je 120 mm.

Jednotka CD-ROM obsahuje nasledujúce hlavné funkčné jednotky:

bootovacie zariadenie;

opticko-mechanická jednotka;

systémy riadenia pohonu a automatickej regulácie;

univerzálny dekodér a jednotka rozhrania.

Na obr. 3.8 je daná stavba opticko-mechanická pohonná jednotkaCD-ROM, ktorý funguje nasledovne. Elektromechanická jednotka otáča kotúčom vloženým do vkladacieho zariadenia. Opticko-mechanická jednotka poskytuje pohyb opticko-mechanickej čítacej hlavy pozdĺž polomeru disku a číta informácie.

Obrázok: 3.8. Dizajn opticko-mechanickej jednotky jednotky CD-ROM

Polovodičový laser generuje nízkoenergetický infračervený lúč (typická vlnová dĺžka 780 nm, výkon žiarenia 0,2 - 5,0 mW), ktorý zasiahne separačný hranol, odráža sa od zrkadla a je zaostrený šošovkou na povrch disku. Servomotor posúva pohyblivý vozík s reflexným zrkadlom na požadovanú stopu na disku CD podľa pokynov od zabudovaného mikroprocesora. Lúč odrazený od disku je zaostrený šošovkou umiestnenou pod diskom, ktorá sa odráža od zrkadla a dopadá na oddeľujúci hranol, ktorý smeruje lúč na druhú zaostrovaciu šošovku. Ďalej lúč dopadá na fotosenzor, ktorý premieňa svetelnú energiu na elektrické impulzy. Signály z fotosenzora sa privádzajú do univerzálneho dekodéra.

Automatické sledovacie systémy pre povrch diskua stopy záznamu dát zaisťujú vysokú presnosť čítania informácií. Signál z fotosenzora vo forme sekvencie impulzov vstupuje do zosilňovača automatického riadiaceho systému, kde sú extrahované signály chýb sledovania. Tieto signály vstupujú do automatických riadiacich systémov: zaostrenie, radiálny posuv, sila laserového žiarenia, lineárna rýchlosť otáčania disku.

Univerzálny dekodérje procesor na spracovanie signálov načítaných z CD. Zahŕňa dva dekodéry, pamäť s ľubovoľným prístupom a kontrolný ovládač dekodéra. Použitie dvojitého dekódovania umožňuje obnoviť stratené informácie až do veľkosti 500 bajtov. Pamäť s náhodným prístupom funguje ako vyrovnávacia pamäť a radič riadi režimy opravy chýb.

Blok rozhraniapozostáva z prevodníka digitálnych údajov na analógové signály, dolnopriepustného filtra a rozhrania na komunikáciu s počítačom. Pri prehrávaní zvukových informácií DAC prevádza kódované informácie na analógový signál, ktorý sa privádza do zosilňovača s aktívnym dolnopriepustným filtrom a potom na zvukovú kartu, ktorá je pripojená k slúchadlám alebo reproduktorom.

Nasledujúce sú prevádzkové vlastnosti,ktoré je potrebné zohľadniť pri výbere disku CD-ROM v súvislosti s konkrétnymi úlohami.

Prenosová rýchlosť(Údaje Prenos Sadzba - DTR) - maximálna rýchlosť, akou sa údaje prenášajú z pamäťového média do pamäte RAM počítača. Toto je najdôležitejšia vlastnosť jednotky CD-ROM a je takmer vždy uvedená spolu s názvom modelu. Rýchlosť otáčania disku priamo súvisí s rýchlosťou prenosu dát. Prvé jednotky CD-ROM prenášali dáta rýchlosťou 150 kB / s, rovnako ako zvukové prehrávače CD. Rýchlosť dátového prenosu ďalších generácií zariadení je spravidla násobkom tohto čísla (150 KB / s). Takéto disky sa nazývajú disky s dvoj-, troj-, štvornásobnou rýchlosťou atď. Napríklad 60-rýchlostná jednotka CD-ROM dokáže čítať informácie rýchlosťou 9000 KB / s.

Vysoká prenosová rýchlosť jednotky CD-ROM je nevyhnutná na synchronizáciu obrazu a zvuku. Ak bitová rýchlosť nie je dostatočná, môžu byť rámy videa preskočené a zvuk môže byť skreslený.

Avšak viac ako 72-krát je zvýšenie rýchlosti čítania jednotiek CD-ROM nepraktické, pretože ďalšie zvyšovanie rýchlosti otáčania CD neposkytuje požadovanú úroveň kvality čítania. A okrem toho sa objavila nádejnejšia technológia - DVD.

Kvalita čítania vyznačujúci sa tým chybovosť(Eror Sadzba) a predstavuje pravdepodobnosť prijatia poškodeného informačného bitu pri jeho načítaní. Tento parameter odráža schopnosť jednotky CD-ROM opravovať chyby pri čítaní a zápise. Hodnoty pasu tohto koeficientu sú 10 -10 -10 -12. Pri načítaní údajov zo znečistenej alebo poškriabanej oblasti disku sa zaznamenajú skupiny bitových chýb. Ak chybu nemožno odstrániť pomocou kódu na opravu chýb (používa sa na čítanie / zápis), rýchlosť čítania údajov sa zníži a čítanie sa opakuje mnohokrát.

Priemerný čas prístupu (Prístup Čas - AT) je čas (v milisekundách), ktorý trvá, kým disk nájde požadované dáta na médiu. Je zrejmé, že pri práci na vnútorných častiach disku bude prístupový čas kratší ako pri čítaní informácií z vonkajších častí. Pas jednotky preto obsahuje priemerný čas prístupu, ktorý je definovaný ako priemerná hodnota pri vykonávaní niekoľkých čítaní údajov z rôznych častí disku. S vylepšovaním jednotiek CD-ROM sa priemerný čas prístupu znižuje, avšak tento parameter sa výrazne líši od parametrov pevných diskov (100 - 200 ms pre disky CD-ROM a 7 - 9 ms pre pevné disky). Je to spôsobené zásadnými rozdielmi v dizajne: jednotky pevného disku používajú niekoľko magnetických hláv a rozsah ich mechanického pohybu je menší ako rozsah pohybu optickej hlavy jednotky CD-ROM.

Veľkosť vyrovnávacej pamäte je množstvo pamäte s náhodným prístupom jednotky CD-ROM používané na zvýšenie rýchlosti prístupu k údajom zaznamenaným na médiu. Vyrovnávacia pamäť (vyrovnávacia pamäť) sú pamäťové čipy nainštalované na doske jednotky na ukladanie načítaných údajov. Vďaka vyrovnávacej pamäti môžu byť dáta umiestnené v rôznych oblastiach disku prenášané do počítača konštantnou rýchlosťou. Vyrovnávacia pamäť pre vybrané modely jednotky CD-ROM je 512 kB.

Priemerný čas medzi poruchamije priemerný čas v hodinách, ktorý charakterizuje dobu prevádzky jednotky CD-ROM. Stredná doba medzi poruchami rôznych modelov jednotiek CD-ROM je 50 - 125 000 hodín, alebo 6 - 14,5 rokov nepretržitej prevádzky, čo výrazne presahuje obdobie zastaranosti jednotky.

Vo vývoji optických diskových jednotiek je niekoľko hlavné formáty na zaznamenávanie informácií oCD.

FormátCD- DA (Digitálne Zvuk) - digitálne zvukové CD s dobou prehrávania 74 min.

FormátISO 9660 - najbežnejší štandard pre logickú organizáciu údajov.

FormátVysoký Sierra (HSG) predstavený v roku 1995 a číta dáta zapísané na disk vo formáte ISO 9660 so všetkými typmi jednotiek, čo viedlo k rozsiahlej replikácii programov na CD a prispelo k vytvoreniu CD zameraných na rôzne operačné systémy.

FormátFoto- CD vyvinuté v rokoch 1990-1992. a je určený na nahrávanie na CD, ukladanie a prehrávanie statických obrazových informácií vo forme vysoko kvalitných fotografií. Disk vo formáte Photo-CD pojme od 100 do 800 fotografických obrazov so zodpovedajúcim rozlíšením - 2048x3072 a 256x384 a tiež sa do nich ukladajú zvukové informácie.

Učebnica

Abstrakt obsahuje podrobné a prístupné pre začiatočníkov (a nielen pre nich) používateľov počítačov, ako aj pre študentov stredných odborných a vysokých škôl.

Technické a softvérové \u200b\u200bvybavenie strediska a jeho použitie vo vzdelávacom procese od 11. januára 2011

Dokument

Technická podpora „Informačného a vzdelávacieho centra“ MOU DPO ako celku predstavuje dostatočný súbor technického vybavenia a softvérové \u200b\u200bprodukty organizovať činnosti zamestnancov strediska.

„Informatizácia vzdelávania“

Učebnica

Táto učebnica je určená na školenie študentov pedagogických vysokých škôl, ako aj rekvalifikáciu učiteľov v oblasti ovládania metodiky, technológií a prostriedkov informatizácie všetkých druhov vzdelávacích aktivít.

HDD (Pevný disk - správca pevného disku, pevný disk, pevný disk, jednotka pevného disku, jednotka pevného disku (HMD), Jednotka pevného magmetického disku (HMDD)) slúži na ukladanie veľkého množstva informácií o užívateľoch.

Obrázok 1. Demontovaný pevný disk

Vymenovanie

HDD je najpokročilejšie a najsofistikovanejšie zariadenie moderného počítača. Jeho disky sú schopné pojať veľa megabajtov informácií, ktoré sa prenášajú vysokou rýchlosťou. Základné princípy fungovania pevného disku zostali počas jeho existencie prakticky nezmenené. Pevný disk je umiestnený v zapečatenom kovovom puzdre, ktoré chráni disk pred prachovými časticami a chráni ho pred elektromagnetickým rušením.

HDD slúži na dlhodobé ukladanie informácií, zatiaľ čo dáta je možné počas prevádzky mazať a zaznamenávať. Pevný disk slúži na ukladanie veľkého množstva informácií. Moderné pevné disky PC majú kapacitu niekoľko terabajtov.

História

Prvý pevný disk vytvoril $ IBM $ v roku 1973. Obsahoval až 16 MB informácií. Disk pozostával z 30 dolárových valcov, ktoré boli rozdelené do 30 dolárových sektorov a bol označený ako 30 dolárov / 30 dolárov. Analogicky k automatickým puškám, ktoré mali kaliber 30 $ / 30 $, sa tento disk nazýval „Winchester“.

Obrázok 2. Jednotka pevného disku s objemom 44 USD $ MB (80. roky 20. storočia)

Štruktúra a princíp fungovania HDD

Pevný disk je uložený v zapečatenej železnej skrinke, ktorá obsahuje magnetické disky, zostavu čítacej a zapisovacej hlavy a elektrický motor.

Obrázok 3.

Keď je počítač zapnutý, elektromotor roztáča magnetický disk až na rýchlosť niekoľkých tisíc otáčok za minútu a disk sa otáča, pokiaľ je počítač zapnutý.

Obrázok 4. Zariadenie a princíp činnosti HDD

Kvôli vysokej rýchlosti otáčania disku sa nad ním „vznášajú“ špeciálne magnetické hlavy, ktoré zapisujú a čítajú informácie. Keď sa hlavy dotknú disku, stane sa rýchlo nepoužiteľným.

Logická štruktúra magnetického disku

• boot sektor (boot record) - sektor očíslovaný $ 0 $, ktorý obsahuje malý program, pomocou ktorého PC určuje schopnosť bootovať operačný systém z tohto disku;
• tabuľka alokácie súborov, ktorá uchováva informácie o alokácii súborov na disku;
• dátová oblasť, ktorá sa používa na priame ukladanie údajov a zaberá väčšinu miesta na disku.

Základné parametre pevného disku

Kapacity - Pre stolné počítače od 40 GB do viacerých TB.

Rýchlosť čítania údajov. $ IDE $ ($ ATA $) má maximálnu rýchlosť prenosu dát 2,1–8,3 MB / s, $ EIDE $ ($ ATA-2 $) - 11,1–33,3 $ Mb / s. Táto rýchlosť závisí od toho, kam sa dáta prenášajú: do registrov CPU alebo priamo do RAM (efektívnejší režim).

Rýchlosť otáčania disku dosahuje 15 $ 000 / min. Rýchlosť otáčania pevného disku ovplyvňuje hlavne zníženie priemerného času prístupu (vyhľadávania). Pevné disky sa nepretržite otáčajú, aj keď k nim nie je prístup, čo zvyšuje rýchlosť prenosu dát. pri prístupe nestrácajte čas pretaktovaním disku.

Štandardné rýchlosti stolného počítača sú 5 \\ 400, 5 \\ 900 $, 7 \\ 200 a 10 $ 000 / min. V prenosných počítačoch je rýchlosť otáčania nižšia - 4 \\ 200 $, 5 \\ 400 $ a 7 \\ 200 ot / min.

Veľkosť vyrovnávacej pamäte, do ktorej počítač PC ukladá najčastejšie používané dáta.

Výrobná firma. Pevné disky vyrábajú spoločnosti s cenou 7 dolárov: Fujitsu, Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba a Western Digital. Každý model od jedného výrobcu má navyše svoje vlastné, iba svoje vlastné, vlastnosti.

Pripojovacie rozhrania pevného disku

V moderných počítačoch existujú pevné disky s rôznymi pripojovacími rozhraniami:

$ IDE $ (alebo $ ATA $) - rozhranie na pripojenie pevného disku k radiču pomocou káblovej slučky $ 40- $ alebo $ 80 $. Zariadenia v hodnote 2 $ môžete pripojiť naraz do jednej slučky, pre ktorú musíte vykonať ďalšie nastavenia.

Serial $ ATA $ ($ SATA $) je vysokorýchlostné rozhranie podporované všetkými modernými základnými doskami. Dáta sa prenášajú cez sedemžilový kábel, disky sa konfigurujú automaticky bez ďalších nastavení.

$ SCSI $ je výkonné paralelné rozhranie, ktoré sa používa v serverových systémoch. Základné dosky s podporou $ SCSI $ sú zriedkavé, takže na pripojenie diskov $ SCSI $ je potrebné nainštalovať ďalší radič $ SCSI $. Niektoré moderné systémy majú rozhranie - $ SAS $ ( Sériovo pripojené SCSI).

Úvod

Pevný disk

Trend vývoja moderných technológií sa vyznačuje neustálym zvyšovaním hodnoty informácií. Zariadenia sú v súčasnosti veľmi rozšírené externá pamäť osobné počítače na ukladanie informácií. Niekedy je hodnota informácií uložených na externých pamäťových zariadeniach osobných počítačov neporovnateľná s nákladmi toto zariadenie... Bezpečnosť informácií, nepretržitá činnosť systémov externej pamäte počítača určuje relevantnosť uvedeného problému a určuje výber témy diplomovej práce.

Účel dizertačnej práce: odhaliť teoretické a praktické základy diagnostiky a technológie pre opravy a úpravy počítačového vybavenia (SVT) a pevných diskov (HDD) osobných počítačov.

Výskumný objekt dizertačnej práce: jednotka pevného disku.

Predmet riešenia dizertačnej práce: diagnostika a technológia opráv pevných diskov

Ciele projektu diplomovej práce:

1. vykonať analýzu použitých úložných zariadení pevných diskov osobných počítačov;

2. Zvážte zariadenie a princíp činnosti pevných diskov osobných počítačov;

Získajte počiatočné teoretické a praktické zručnosti v diagnostike a riešení problémov s jednotkami pevného disku v osobných počítačoch.

Účel, charakteristiky a princíp činnosti pevných diskov

Typy externých pamäťových zariadení

Prvou externou pamäťou bola dierna karta - informačný nosič v podobe karty z papiera, lepenky, menej často z plastu, štandardných tvarov a veľkostí, na ktoré sa informácie nanášajú dierovaním (perforáciou). Dierovacie karty sa používajú hlavne na vstup a výstup dát v počítačoch, ako aj na hlavné záznamové médium v \u200b\u200bdierovacích počítačových zostavách. Existuje veľa druhov kariet, ktoré sa líšia tvarom, veľkosťou, množstvom uložených informácií, tvarom a umiestnením otvorov. V ZSSR sa perforované karty používali hlavne s 80 stĺpmi (v zastaraných modeloch výpočtových zariadení boli 45-stĺpové), vyrobené z hustého kartónu s hrúbkou 0,18 mm vo forme obdĺžnika so stranami 187,4 a 82,5 mm. Pre pohodlie pri porovnávaní a stohovaní je ľavý horný roh karty odrezaný. Stĺpce sa označia po celej mape; pozdĺž mapy je rozdelená na 12 riadkov (10 hlavných a 2 ďalšie). Na jednu perforovanú kartu je možné nahrať až 80 znakov (približne 10 - 15 slov). Rýchlosť spracovania strojovo dierovaných kariet dosahuje 2 000 kariet za minútu. Reprodukcia (čítanie) informácií sa vykonáva pomocou elektromechanických čítačiek alebo fotobuniek. V zahraničí sa používali aj dierne lístky s 90, 40 a 21 stĺpcami so 6, 12 a 10 riadkami. Rôzne dierne štítky - karty s perforáciou na okraji, používané v informačných systémoch, a karty do písacích strojov.

Najbežnejšie externé pamäťové zariadenie v moderné počítače sa z nich stali jednotky magnetických diskov (NMD) alebo disketové jednotky. Čítačka / zapisovačka magnetického disku sa nazýva magnetická disková jednotka (MRD) alebo disková jednotka. Informácie sa ukladajú na dva typy pamäťových zariadení v závislosti od akcií, ktoré osoba potrebuje s údajmi. Diskety (diskety) sa používajú na prenos malého množstva informácií a pevné disky (pevné disky) sa používajú na dlhodobé ukladanie veľkého množstva informácií.

Relatívne nový druh externé médiá sú optické disky (ich iný názov je laserový disk). Nepoužívajú magnetickú, ale opticko-mechanickú metódu záznamu a čítania informácií.

Prvýkrát sa objavili laserové disky, na ktoré sa informácie zaznamenávajú iba raz. Nemôžete ho vymazať ani prepísať. Takéto disky sa nazývajú CD-ROM - Compact Disk-Read Only Memory, čo znamená „kompaktný disk - iba na čítanie“. Neskôr boli vynájdené prepisovateľné laserové disky - CD-RW. Na nich, ako aj na magnetických médiách, je možné uložené informácie vymazať a prepísať. Najväčšiu informačnú kapacitu medzi vymeniteľnými médiami majú laserové disky, ako napríklad DVD-ROM. Množstvo informácií na nich uložených môže dosiahnuť desiatky gigabajtov.

Flash karty sú prenosné zariadenia určené na ukladanie a rýchly prenos údajov z jedného počítača do druhého pripojením k zariadeniu uSB vstup... „Populárne“ modely flash kariet sú vybavené LED indikátorom čítania a zápisu a zámkom proti zápisu. Zahrnuté môžu byť tiež: predlžovací kábel USB, CD s ovládačmi. V poslednej dobe sú flash karty veľmi populárne a takmer všade nahradili 3,5-diskety. Flash karty rýchlo naberajú na objeme (ich informačná kapacita už dosiahla 64 gigabajtov a zjavne to nie je limit!) A zlacňujú. Pohodlie ich prevádzky je navyše mimo konkurencie. Medzi výhody patrí tiež kompaktnosť, jednoduché použitie a možnosť horúceho zapojenia / odpojenia. Pohodlie práce s flash kartami možno plne oceniť iba na PC s operačným systémom od Windows 2000 a novším; v takom prípade nie je potrebné inštalovať ovládač pre prácu s flash kartou, pretože OS použije svoju knižnicu ovládačov.

Jednotky pevného disku (HDD)

Pevný magnetický disk (pevný disk, HDD - jednotka pevného disku) - permanentná pamäť, určená pre dlhodobé skladovanie všetky informácie dostupné v počítači. Operačný systém, neustále používané programy sú načítané z pevného disku, väčšina dokumentov je na ňom uložená.

Jednotka pevného disku (HDD) je jednou z kľúčových súčastí moderného počítača. Výkon a spoľahlivosť systému priamo závisí od toho. Zlepšujú sa technológie výroby pevných diskov, zväčšujú sa veľkosti programov a dáta sa hromadia v počítači.

Hlavné parametre HDD

1. Kapacita - Jednotka pevného disku má kapacitu od 40 GB do 1024 GB.

2. Rýchlosť čítania údajov. Priemerný dnešný údaj je asi 8 MB / s.

Priemerný čas prístupu. Meria sa v milisekundách a predstavuje čas, ktorý disku trvá, kým získa prístup k ľubovoľnej časti podľa vášho výberu. Priemer je 9 ms.

Rýchlosť otáčania disku. Indikátor priamo súvisiaci s rýchlosťou prístupu a rýchlosťou čítania údajov. Rýchlosť otáčania pevného disku ovplyvňuje hlavne zníženie priemerného času prístupu (vyhľadávania). Celkové zlepšenie výkonu je zvlášť viditeľné pri vzorkovaní veľkého počtu súborov.

Veľkosť pamäte cache je malá, rýchla vyrovnávacia pamäť, do ktorej počítač ukladá najčastejšie prístupné údaje. Jednotka pevného disku má vlastnú pamäť cache až 32 MB.

Dizajn HDD

Magnetický pevný disk (pevný disk) sa skladá z HDA (obrázok 1) a dosky radiča (obrázok 2).

Obrázok 1 Hermetický blok HDD

Obrázok 2 Doska radiča

Hermetický blok

HDA obsahuje všetky mechanické časti, doska obsahuje všetku riadiacu elektroniku, okrem predzosilňovača (predzosilňovača) umiestneného vo vnútri HDA v bezprostrednej blízkosti čítacích hláv.

HDA má vreteno s jedným alebo niekoľkými diskami. (Obrázok) Disky sú vyrobené z hliníka (niekedy - z keramiky alebo zo skla) a pokryté tenkou vrstvou oxidu chrómu. V súčasnosti môže množstvo informácií uložených na jednom disku dosiahnuť 1024 GB. Na bočnej strane vretena je umiestnený otočný polohovač. Na jednej strane sú vahadlá umiestnené svetlo magnetické hlavy smerujúce k diskom a na druhej krátka stopka s elektromagnetickým vinutím pohonu. Pri otáčaní vahadiel pozicionéra sa hlavy pohybujú oblúkom medzi stredom a okrajom diskov. Pod diskami je umiestnený motor, ktorý ich otáča vysokou rýchlosťou. Otáčaním diskov sa vytvára silné prúdenie vzduchu, ktoré cirkuluje po obvode HDA. Prach škodí povrchu diskov, preto je jednotka utesnená, vzduch v nej je neustále čistený špeciálnym filtrom (obrázok 3).

Obrázok 3 Filter

Na vyrovnanie tlaku vzduchu vo vnútri aj vonku sú v krytoch HDA vyrobené malé okienka utesnené tenkou fóliou. U niektorých modelov je okno zatvorené priedušným filtrom. Vinutie pozicionéra je obklopené statorom, ktorý je permanentným magnetom. Keď sa na vinutie privádza prúd určitej veľkosti a polarity, vahadlo sa začne točiť príslušným smerom so zodpovedajúcim zrýchlením. Dynamickou zmenou prúdu vo vinutí je možné polohovač nastaviť do akejkoľvek polohy. Pri otáčaní diskov podporuje aerodynamická sila hlavy krátka vzdialenosť z povrchu diskov. Hlavy sa nikdy nedotýkajú oblasti povrchu disku, kde sú zaznamenané údaje. Na stopke pozicionéra sa zvyčajne nachádza takzvaná magnetická západka - malý permanentný magnet, ktorý je pri extrémnej vnútornej polohe hláv priťahovaný k povrchu statora a fixuje vahadlo v tejto polohe. Toto je takzvaná parkovacia poloha hláv, ktoré potom ležia na povrchu disku v kontakte s ním. Informácie sa nezaznamenávajú v pristávacej zóne disku, takže priamy kontakt s nimi nie je nebezpečný. Takmer všetky moderné pevné disky sú vyrábané pomocou technológie, ktorá využíva magnetorezistívny efekt. Z tohto dôvodu v poslednom roku kapacita disku rýchlo rástla v dôsledku zvýšenia hustoty záznamu informácií.

Princíp činnosti jednotky pevného disku pripomína princíp činnosti konvenčného magnetofónu, len s tým rozdielom, že namiesto magnetickej pásky sa používajú povrchy diskov a namiesto zvukových signálov sa zaznamenávajú a reprodukujú digitálne. Akákoľvek jednotka pevného disku sa skladá z dvoch hlavných častí: HDA a radiča. HDA slúži ako puzdro pre všetky mechanické časti jednotky pevného disku. Ovládač je doska elektroniky pre jednotku pevného disku a je umiestnená mimo HDA, spravidla v jej spodnej časti. V niektorých jednotkách pevných diskov, napríklad v známej sérii Seagate Barracuda, je ovládač pokrytý prídavným kovovým krytom, ktorý chráni elektroniku pred poškodením, a zároveň slúži ako chladič na odvod tepla z mikroobvodov. Základom celej konštrukcie je robustné utesnené puzdro, ktoré chráni presnú vnútornú mechaniku pred vonkajšími vplyvmi. Vo vnútri puzdra je skutočný disk alebo súprava niekoľkých diskov otáčaných elektromotorom; magnetické hlavy s mechanizmom ich pohybu, ako aj predzosilňovač signálu. Telo je naplnené vzduchom bez prachu. Na vyrovnanie vnútorného a vonkajšieho tlaku je skrinka vybavená filtrom alebo má otvory utesnené fóliou, aj keď sa niekedy nájdu úplne utesnené jednotky pevného disku. Pri otáčaní diskov vzniká silný prúd vzduchu, ktorý cirkuluje vo vnútri puzdra a je neustále čistený iným, vnútorným filtrom od prachu, ktorý sa nejako dokázal dostať dovnútra. Moderné pevné disky sú veľmi zložité. Presná mechanika predstavuje až 90% nákladov. Zvážme podrobnejšie každú z jej častí. Magnetický disk je okrúhly hliníkový plech, ktorého povrch je spracovaný s najvyššou triedou presnosti. V každodennom živote taký lesk nenájdete. Aby boli dosky magnetické, ich povrch je potiahnutý zliatinou na báze chrómu alebo vákuovo striekanou kobaltovou vrstvou. Takýto povlak má vysokú tvrdosť, čo je dobré, pretože nedávno boli disky pokryté vrstvou mäkkého laku na báze oxidu železa a na rozdiel od moderných povlakov sa ľahko poškodili.

Na otáčanie diskov sa používa špeciálny elektrický motor, trochu podobný disketovému hnaciemu motoru: pevná kotva s vinutiami a rotujúci permanentný magnet. Jeho hlavný rozdiel spočíva vo vyššej presnosti výroby a prítomnosti špeciálnych ložísk, ktorými môžu byť buď bežné guľkové ložiská, alebo vyspelejšie - používa sa tekutý špeciálny olej, ktorý tlmí rázové zaťaženie, čo zvyšuje životnosť motora. Kvapalinové ložiská majú nižšiu hladinu hluku a počas prevádzky nevytvárajú takmer žiadne teplo. Niektoré moderné jednotky pevných diskov majú navyše motor úplne ponorený v zapečatenej nádobe s olejom, ktorý pomáha účinne odvádzať teplo z vinutí.

Magnetická hlava je tiež zložitá štruktúra pozostávajúca z desiatok častí. Tieto časti sú také malé, že sa vyrábajú pomocou fotolitografie rovnakým spôsobom ako moderné mikroobvody. Pracovná plocha tela keramickej hlavy je leštená s rovnako vysokou presnosťou ako kotúč. Ovládačom je plochá cievka solenoidu z medeného drôtu umiestnená medzi pólmi permanentného magnetu a pripevnená ku koncu páky otáčajúcej sa na ložisku. Na druhom konci je svetelná šípka s magnetickými hlavami. Cievka je schopná pohybu v magnetickom poli pôsobením prúdu prechádzajúceho cez ňu, pričom súčasne pohybuje všetkými hlavami v radiálnom smere. Aby ste zabránili tomu, aby sa cievka s hlavami visela zo strany na stranu, keď sa nepoužíva, je tu magnetická západka, ktorá drží hlavy vypnutého pevného disku na mieste. V nefunkčnom stave pohonu sú hlavice umiestnené blízko stredu diskov, v „parkovacej zóne“ a sú tlačené ľahkými pružinami proti bokom dosiek. Ale akonáhle sa disky začnú otáčať, prúdenie vzduchu zdvihne hlavy nad povrch diskov a prekoná silu pružín.

Hlavy „plávajú“ a od tohto momentu sú nad diskom, úplne bez dotyku. Hrúbka vzduchovej medzery medzi diskom a hlavou moderných pevných diskov je iba 0,1 mikrónu, čo je 500-krát menej ako hrúbka ľudského vlasu. Pretože nedochádza k mechanickému kontaktu medzi hlavou a diskom, nedochádza k opotrebovaniu diskov a hláv. Ako už bolo spomenuté, vo vnútri HDA sa nachádza aj zosilňovač signálu, ktorý je umiestnený bližšie k hlavám, aby sa znížilo rušenie externým rušením. K hlavám je pripojený flexibilným plochým káblom. Rovnaký kábel sa používa na napájanie pohyblivej cievky ovládača a niekedy aj motora. Cez malý konektor je celá táto ekonomika spojená s doskou radiča.

Štrukturálna schéma HDD

Štruktúrny diagram pevného disku je uvedený na hárku 1 grafickej časti diplomovej práce.

Ovládač rozhrania je jedným z najkomplexnejších prvkov jednotky. Určuje rýchlosť komunikácie medzi jednotkou pevného disku a hostiteľom (základná doska). Tiež sa nazýva radič HDC. Medzi hlavné funkcie radiča HDC patria:

1. sektorové čítanie;

2. sektorový rekord;

3. hľadanie značky adresy;

Vstup identifikátora;

Formátovanie sektoru a stopy;

Spracovanie a poskytovanie príkazov z hostiteľského systému;

Signalizácia rozhrania IDE;

Údržba vyrovnávacej pamäte.

) Separátor údajov je určený hlavne na odstránenie šumu z digitálneho signálu počas čítania, na oddelenie synchronizačných signálov čítania (RCLK) a zápisu (WCLK) a na vytváranie toku dát určených na zápis s prihliadnutím na potrebné časové oneskorenia.

) Čítací / zapisovací kanál generuje riadiace signály pre magnetické hlavy, pričom pri zápise prevádza paralelný kód na sériový a pri čítaní sériový kód na paralelný. Pri načítaní týmto modulom tiež kontroluje kód CRC (Check Cyclic Code) a v prípade potreby opravuje chyby.

) Riadiaci mikroprocesor zabezpečuje vykonávanie firmvéru jednotky čítaním príkazov z ROM. Podľa firmvéru riadi mikroprocesor všetky komponenty jednotky pevného disku.

) VCM (Voice Coil) poskytuje pohyb a polohovanie hlavovej zostavy.

) Motor vretena poháňa rotáciu magnetických diskov.

) Vodič motora a VCM poskytujú signály na riadenie motora a udržiavajú jeho konštantnú rýchlosť. Vodič navyše generuje prúd v cievke VCM, ktorý mu umožňuje pohybovať sa o vopred určené množstvo

Systémy súborov

Informácie o diskoch sa zaznamenávajú do sektorov s pevnou dĺžkou a každý sektor a umiestnenie každého fyzického záznamu (sektoru) na disku je jednoznačne identifikovaný tromi číslami: číslami povrchu disku, valca a sektoru na stope. A diskový radič v týchto podmienkach funguje s diskom. A používateľ chce používať nie sektory, valce a povrchy, ale súbory a adresáre. Preto musí operačný systém alebo iný program pri práci so súbormi a adresármi na diskoch znamenať akcie, ktoré sú pre radič zrozumiteľné: čítanie a zápis určitých sektorov disku. A preto je potrebné ustanoviť pravidlá, podľa ktorých sa tento preklad vykonáva, to znamená predovšetkým určiť, ako by sa mali informácie na diskoch ukladať a organizovať.

Súborový systém je súbor konvencií, ktoré riadia organizáciu údajov na úložnom médiu. Tieto dohody umožňujú operačnému systému, iným programom a používateľom pracovať so súbormi a adresármi.

Systém súborov definuje:

1. ako sú súbory a adresáre uložené na disku;

2. aké informácie sa ukladajú o súboroch a adresároch;

Ako môžete zistiť, ktoré časti disku sú voľné a ktoré nie;

Formát adresárov a ďalších informácií o službe na disku.

Používanie diskov zaznamenaných na niektorých diskoch systém súborov, operačný systém alebo špeciálny program musí podporovať tento súborový systém.

Informácie sa ukladajú hlavne na disky a súborové systémy na nich použité určujú organizáciu dát na pevných magnetických diskoch.

Operačné systémy rodiny MS Windows používajú nasledujúce súborové systémy - FAT, FAT 32, NTFS.

1.7.1 Systém súborov FATje najjednoduchší súborový systém podporovaný Windows NT. Základom systému súborov FAT je alokačná tabuľka súborov, ktorá sa nachádza na samom začiatku zväzku. Dve kópie tejto tabuľky sa uchovávajú na disku pre prípad poškodenia. Tabuľka pridelenia súborov a koreňový adresár musia byť navyše uložené na konkrétnom mieste na disku (aby sa správne určilo umiestnenie zavádzacích súborov). Disk naformátovaný pomocou súborového systému FAT je rozdelený do klastrov, ktorých veľkosť závisí od veľkosti zväzku. Súčasne s vytvorením súboru sa v adresári vytvorí záznam a nastaví sa číslo prvého klastra obsahujúceho údaje. Tento záznam v alokačnej tabuľke súborov signalizuje, že sa jedná o posledný klaster v súbore, alebo označuje nasledujúci klaster.

Aktualizácia tabuľky priradenia súborov je dôležitá a časovo náročná. Ak nebudete pravidelne aktualizovať alokačnú tabuľku súborov, môže to mať za následok stratu údajov. Trvanie operácie sa vysvetľuje potrebou presunúť čítacie hlavy na logickú nulovú stopu disku pri každej aktualizácii tabuľky FAT. Adresár FAT nemá žiadnu špecifickú štruktúru a súbory sa zapisujú do prvého nájdeného voľné miesto na disku. Systém súborov FAT navyše podporuje iba štyri atribúty súborov: Systém, Skryté, Iba na čítanie a Archív.

V počítači so systémom Windows NT nie je možné odstránenie vrátiť späť v žiadnom z podporovaných súborových systémov. Program Odinštalovať späť sa pokúša získať priamy prístup k hardvéru, čo je však nemožné pomocou systému Windows NT. Ak sa však súbor nachádzal na oddiele FAT, po spustení počítača v režime MS-DOS môžete vymazanie súboru vrátiť späť. Súborový systém FAT je najvhodnejší na použitie na diskoch a diskových oddieloch do veľkosti 200 MB, pretože sa začína s minimálnou réžiou.

Spravidla by ste nemali používať systém súborov FAT pre disky a oddiely väčšie ako 200 MB. Je to preto, že keď sa zväčšuje veľkosť zväzku, výkonnosť súborového systému FAT rapídne klesá. Nemôžete nastaviť povolenia pre súbory umiestnené na oddieloch FAT. Veľkosť diskových oddielov FAT je obmedzená: 4 GB pre Windows NT a 2 GB pre MS-DOS.

Súborový systém FAT32

Na spracovanie veľkých diskov bol vyvinutý nový súborový systém FAT32. Spoločnosť Microsoft predstavuje súborový systém FAT32 po prvýkrát v operačnom systéme Windows 95 OSR2. V tomto súborovom systéme sa bitová rýchlosť ukazovateľa na klaster zvyšuje na 32 bitov, čo výrazne zvyšuje počet podporovaných klastrov, a preto znižuje ich veľkosť. Vidíte, že ukazovateľ má šírku 32 bitov a dokonca aj pri klastri s veľkosťou 512 bajtov tento systém súborov podporuje disky s veľkosťou 127,9 GB. A pri použití klastra 32 kB môže podporovať disky až do 2 TB. Na prvý pohľad by sa mohlo zdať, že je teraz možné použiť klaster s veľkosťou jedného bloku (512 bajtov), \u200b\u200bčím sa zníži strata v chvostoch súborov takmer na nulu, použitie takýchto malých klastrov však stále nie je z hľadiska výkonu prospešné. Pamätáte si, že informácie o umiestnení súboru podľa klastra sú obsiahnuté v tabuľke FAT.

Čím menšia je veľkosť klastra, tým viac klastrov súbor obsadí a tým viac záznamov sa objaví v tabuľke, a teda podľa toho bude trvať dlhšie, kým si prečítate informácie o umiestnení súboru, keď k nemu získate prístup. Ďalším dôležitým bodom. Počas prevádzky sa tabuľky súborov prenášajú do pamäte RAM. A to je logické. Koniec koncov, môžete prečítať informácie o súbore z RAM oveľa rýchlejšie ako z pevného disku. Čím menšia je veľkosť klastra, tým viac záznamov v tabuľke súborov a tým väčší objem. A to zase ovplyvňuje požiadavky na veľkosť RAM. Výkon systému FAT32 je možné zvýšiť zväčšením veľkosti klastra. Zdvojnásobením klastra tiež znížime plochu FAT na polovicu. Vo FAT32 táto oblasť, ktorá je veľmi dôležitá pre výkon, zaberá niekoľko MB. Niekoľkonásobné zníženie oblasti FAT spôsobí citeľné zvýšenie výkonu, pretože sa výrazne zníži množstvo systémových údajov v súborovom systéme - a zníži sa čas strávený čítaním údajov o umiestnení súborov. Nevýhodou je, že sa výrazne zvyšuje strata miesta na disku. Ukazuje sa to začarovaný kruh: čím väčšia je veľkosť klastra, tým vyšší výkon, ale zvyšuje sa aj strata miesta na disku; čím menšia je veľkosť klastra, tým úspornejšie sa na disku strávi miesto, ale výkon dramaticky klesá.

Preto bol najmenší klaster na FAT32 vybraný ako 4 KB ako kompromis medzi efektivitou a výkonom úložiska. Pretože tento súborový systém bol navrhnutý na prácu s veľkými diskami, pozrime sa na to z tejto strany. Na uchovanie veľkého množstva dát sú potrebné veľké disky. S pribúdajúcim počtom súborov bude narastať veľkosť tabuľky pre ich alokáciu. Pretože skenovanie tabuľky je lineárne, v určitom okamihu výkon diskových operácií výrazne poklesne. A toto je už veľmi nepríjemný okamih. Vo Windows XP / 2000 je maximálna veľkosť oddielu, ktorý je možné formátovať pomocou systému FAT32, 32 GB, napriek teoretickému limitu 4 TB.

Microsoft zjavne našiel bod, za ktorý nemá zmysel ísť. Bez ohľadu na to môžete spracovať oddiely FAT32 väčšie ako 32 GB, ak boli naformátované v inom OS. Zvážme niekoľko ďalších funkcií systému FAT32. Vo FAT32 boli atribúty súborov rozšírené tak, aby teraz ukladali čas a dátum vytvorenia, úpravy a posledného prístupu k súboru alebo adresáru. Koreňový adresár v systéme FAT32 už nie je uložený na konkrétnom mieste, ale ukladá ukazovateľ na počiatočný klaster koreňového adresára. Vo výsledku sa odstráni predtým existujúce obmedzenie počtu položiek v koreňovom adresári. Okrem toho, aby ste mali prehľad o voľných klastroch, v oblasti vyhradenej na oddieli FAT32 je sektor, ktorý obsahuje počet voľných klastrov a počet naposledy použitých klastrov. To umožňuje systému znovu načítať celú alokačnú tabuľku súborov pri prideľovaní ďalšieho klastra.

Súborový systém NTFS

Z užívateľského hľadiska NTFS organizuje súbory do adresárov a triedi ich rovnakým spôsobom ako HPFS. Na rozdiel od FAT a HPFS však na disku nie sú žiadne špeciálne objekty a nezávisí to od zvláštností nainštalovaného hardvéru (napríklad sektor s veľkosťou 512 bajtov). Na disku navyše nie sú žiadne špeciálne úložiská údajov (tabuľky FAT a superbloky HPFS).

Na zaistenie spoľahlivosti súborového systému NTFS sa osobitná pozornosť venovala trom hlavným problémom: schopnosť zotavenia, eliminácia neopraviteľných chýb jedného sektoru a núdzová náprava. obnova NTFS sleduje všetky transakcie oproti súborovému systému. Spustením príkazu CHKDSK na súborovom systéme FAT alebo HPFS sa overí postupnosť ukazovateľov v adresári, umiestnení a tabuľke súborov. Systém súborov NTFS vedie denník operácií s týmito komponentmi. Preto, aby ste obnovili pripojenie systému, musíte vrátiť transakcie do posledného bodu potvrdenia pomocou príkazu CHKDSK. Pri použití systému FAT alebo HPFS má zlyhanie sektoru, v ktorom je uložený jeden zo špeciálnych objektov systému súborov, za následok fatálnu chybu jedného sektoru.

NTFS rieši tento problém dvoma spôsobmi. Najskôr sa nepoužívajú špeciálne objekty a všetky objekty na disku sú monitorované a chránené. Po druhé, existuje viac kópií (počet závisí od veľkosti zväzku) tabuľky hlavných súborov. Rovnako ako verzie HPFS pre OS / 2, aj NTFS podporuje výpomoci.

Hlavný účel konfigurácie operačnej sály systémy Windows NT na akejkoľvek úrovni má poskytnúť platformu, ktorú je možné použiť ako modul pri budovaní ďalších systémov, a NTFS nie je výnimkou. Tento súborový systém je flexibilná platforma so širokou funkčnosťktoré môžu používať iné súborové systémy. Okrem toho NTFS plne implementuje bezpečnostný model Windows NT a podporuje viac dátových tokov. Dátový súbor už nie je samostatným dátovým tokom. Používatelia môžu navyše pridať svoje vlastné atribúty súborov.

Po prvé, NTFS výrazne zvýšil povolený oddiel súborov a zväzkov - až na 2 ^ 64 bajtov (16 exabajtov alebo 18 446 744 073 709 551 616 bajtov). NTFS znovu zavádza koncept klastrovania, ktorý sa predtým používal v systéme súborov FAT na riešenie problému s veľkosťou pevnej oblasti. Toto bolo urobené kvôli zlepšeniu hardvérovej nezávislosti operačného systému Windows NT pri použití s \u200b\u200bpevnými diskami vyrobenými pomocou inej technológie. Bolo teda prijaté stanovisko, že rozdelenie disku na 512 sektorov nie je vždy optimálne. Veľkosť klastra je násobkom počtu blokov jednotiek na pevnom disku a je najvhodnejšia pre zväzky väčšie ako 400 MB. S rastúcou veľkosťou zväzku sa výkon súborového systému NTFS neznižuje, ako je to v prípade systému FAT. Vďaka obnoviteľnosti NTFS nie je potrebné používať žiadny softvér na obnovenie disku.

Z dôvodu ďalšej spotreby diskového priestoru sa NTFS neodporúča pre zväzky menšie ako 400 MB. Táto spotreba je spôsobená potrebou skladovania systémové súbory NTFS (na 100 MB oddiele to vyžaduje asi 4 MB). NTFS v súčasnosti nemá zabudované šifrovanie súborov. Preto MS-DOS (alebo iný operačný systém) a pomocou programu na úpravu disku na nízkej úrovni zobrazíte údaje uložené na zväzku NTFS. Diskety nie je možné formátovať pomocou systému súborov NTFS. Formáty Windows NT diskety používajú FAT, pretože množstvo informácií o službe potrebných na fungovanie systému NTFS sa nezmestí na disketu.

Technológia S.M.A.R.T.

V priebehu času sa hlavy a ložiská opotrebúvajú, filtre, magnetické povrchy diskov a elektronické súčasti starnú. A hoci inžinieri, ktorí vyvíjajú disky, robia všetko pre to, aby zabezpečili, že ich produkt bude slúžiť mnoho rokov, môže sa stať, že pevný disk bude nefunkčný. Je dobré, ak disk obsahoval iba programy a hračky, ktoré je možné ľahko obnoviť z distribúcií. Najčastejšie sa ale stáva, že porucha disku používateľa zaskočí, potom sa ukáže, že tam bolo niečo dôležité a jedinečné. Presne to sa stalo pred niekoľkými rokmi, keď používateľ mohol iba hádať, čo jeho pevný disk v blízkej budúcnosti čaká, zamerať sa na vek disku, vzhľad nového zlé sektory a vaša vlastná intuícia. Táto metóda bola veľmi nepresná, pretože vek pohonu charakterizuje jeho opotrebenie iba nepriamo, oveľa väčší význam majú faktory ako počet inklúzií, vysoká prevádzková teplota, mechanický náraz a tabakový dym.

Preto poprední výrobcovia pevných diskov vyvinuli technológiu, ktorá umožňuje objektívne zhodnotiť stav všetkých systémov jednotky pevného disku a pomerne presne predpovedať dobu jej poruchy. Táto technológia sa volá S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) a je prítomný vo všetkých moderných jednotkách pevného disku. Napriek zdanlivej zložitosti názvu je princíp jeho fungovania dosť jednoduchý.

Keď je pohon v prevádzke, jeho mikroprocesor počíta cykly zapínania a vypínania, počet odpracovaných hodín, čas natáčania motora na menovité otáčky, počet chýb čítania, počet novoobjavených zlé sektory a oveľa viac. Okrem toho sa pomocou špeciálnych senzorov určuje teplota zariadenia, počet prijatých zásahov atď. Všetky údaje sa automaticky, bez zásahu používateľa, zadávajú do špeciálnej tabuľky na disku a pravidelne sa aktualizujú. Taktiež sa neustále porovnávajú s maximálnymi prípustnými hodnotami, ktorých prekročenie (alebo naopak) naznačuje vážnu poruchu pohonu.

Táto tabuľka sa nazýva tabuľka parametrov SMART a môže si ju používateľ kedykoľvek pozrieť, pre ktorú existuje špeciálna utilita. Napríklad HDD Speed \u200b\u200balebo SMARTUDM Tieto programy sú zadarmo a majú popis v ruštine. Mali by byť spustené z MS-DOSu pomocou systémovej diskety, bootovacieho CD-ROM alebo stlačením klávesu F5, zatiaľ čo bootovanie Windows 98. Mali by ste venovať osobitnú pozornosť skutočnosti, že niektoré hodnoty sú uvedené v šestnástkovej sústave, a aby ste napríklad určili počet inklúzií, musíte ich previesť na desatinné miesta (je to možné pomocou kalkulačky systému Windows). Existujú podobné programy pre Windows, napríklad S.M.A.R.T. Vision, avšak veľa z nich nefunguje správne s niektorými jednotkami a externými radičmi, takže by ste ich nemali brať vážne.

Technológia dvojitej vlny

Táto technológia bola vyvinutá spoločnosťou Maxtor a je široko používaná v rade pevných diskov. Diskový radič je prvý, ktorý používa dva procesory. Digitálny signálny procesor (DSP) riadi disky, čítanie / zápis a korekciu chýb. Maxtorov vlastný procesor RISC je optimalizovaný pre spracovanie príkazov I / O a ATA. Oba procesory majú voľný prístup k dátovej vyrovnávacej pamäti a zbernici výmeny dát. Technológia DualWave môže výrazne zvýšiť efektivitu práce s veľkými súbormi (video, 3D hry, databázy). Napríklad pevný disk DiamondMax 6800 s rýchlosťou 5400 ot./min. Vybavený jednotkou DualWave s istotou prekonáva v mnohých testoch bežné pevné disky s rýchlosťou 7200 ot./min. Okrem toho sa ukázalo, že disky Maxtor s radičom DualWave patria medzi najtichšie.

Technológia Data Lifeguard

Jedným z prvých rozšírení a vylepšení SMART je technológia Data Lifeguard vyvinutá a používaná spoločnosťou Western Digital vo svojich diskoch. Jeho podstata spočíva vo vytvorení systému na zvýšenie spoľahlivosti ukladania informácií, t.j. niečo, čo SMART, pracujúci v smere všeobecnej diagnostiky stavu pohonu, nesľuboval. Zvyčajnými dôvodmi straty informácií vo funkčnej jednotke sú chyby zápisu, ktoré znemožňujú neskoršie načítanie a obnovu údajov, postupné opotrebovanie povrchu a zníženie jeho magnetických vlastností.

To je podstata technológie Data Lifeguard. Keď je disk vo voľnobežných otáčkach, vyhľadáva a prideľuje chybné sektory, obnovuje, ak je to možné, informácie z nich a zapisuje ich na nové miesto. Testy prebiehajú po 8 hodinách chodu disku od posledného testu a v prípade, že k nemu nepristupuje 15 sekúnd. Systém funguje nasledovne: pri načítaní sektoru sa môže vyskytnúť chyba, ktorá môže byť spôsobená zlou čitateľnosťou sektoru (nestabilný sektor), chybou pri zápise údajov do sektoru, inými náhodnými externými podmienkami alebo nízkou úrovňou signálu. V druhom prípade dôjde k pokusu o oživenie údajov - údaje sa znova zapíšu do toho istého sektoru a nasleduje ich kontrolné čítanie.

Ak je úroveň signálu stále nízka, potom je zjavné, že v magnetickej vrstve došlo k opotrebovaniu / poruche a údaje z nej sa presunú na nové miesto, ktoré sa označí ako chybné. Podobné kroky sa vykonajú aj vo zvyšných menovaných prípadoch, ale pri opakovanom prístupe sa náhodná chyba nebude opakovať a sektoru sa nič nestane, ale pôvodné prvé dva sa s najväčšou pravdepodobnosťou znova objavia a potom sa urobí pokus o ich obnovenie pomocou dostupných opravných kódov (ECC) , Kód opravy chýb). Ak budú úspešné, údaje sa zapíšu na nové miesto a staré sa označia ako chybné. V prípade zlyhania, bohužiaľ, používateľ zostane bez údajov. Počas prevádzky používa Data Lifeguard funkcie SMART, ale na rozdiel od nich funguje vždy, aj keď je SMART vypnutý. V prípade, že je disk zaneprázdnený testami Data Lifeguard, po prijatí externého príkazu sa test pozastaví a obnoví po 15 prácach po 15 sekundách nečinnosti.

Čas potrebný na povrchovú skúšku sa líši od modelu k modelu a dosahuje v priemere menej ako 1 minútu na gigabajt. Počítadlo času test-to-test sa neresetuje, keď je napájanie vypnuté. Chyby, ktoré sa vyskytnú, sa zaznamenajú. Všeobecne musím povedať, že toto je skutočne krok vpred. Používateľ sa zbaví potreby samostatne vykonávať test povrchu disku, čo navyše mnohí často nerobili a ani len netušia, o čo ide (po objavení sa SMART III, najmä Data Lifeguard, je to oprávnené). Pravdepodobnosť straty údajov je významne znížená, navyše je možné dokonca aj určité zlepšenie výkonu vďaka skutočnosti, že v počiatočných fázach sú vylúčené z používania neisto čítané sektory a nie je potrebné ich znovu načítať. Jednou z jemností tejto technológie je, že sa zdá, že kontroluje iba používané sektory, nevyužitý povrch zostáva nezačiarknutý.

Riešenie problémov s pevným diskom