Міністерство загальної та професійної освіти РФ

Іркутський Державний Технічний Університет

Кафедра ВТ

Реферат по предмету

"Експлуатація обчислювальної техніки "

Тема:" Накопичувачі на жорстких дисках. "

Виконав: студент

р. ЕВМ96-1 Жарников Д.

Прийняв : Головін В. Н.

Іркутськ 2000
Накопичувачі на жорстких дисках об'єднують в одному корпусі носій (носії)і пристрій читання/запису, а також, нерідко, і інтерфейсну частина,звану власне контролером жорсткого диска. Типовою конструкцієюжорсткого диска є виконання у вигляді одного пристрою - камери,всередині якої знаходиться один або більше дискових носіїв насажанних наодин шпиндель і блок головок читання/запису з їх спільним що приводитьмеханізмом. Звичайно, поруч із камерою носіїв і головок розташовуються схемиуправління головками, дисками і, часто, інтерфейсна частину та/абоконтролер. На інтерфейсній карті пристрою розташовується власнеінтерфейс дискового пристрою, а контролер з його інтерфейсомрозташовується на самому пристрої. З інтерфейсним адаптером схеминакопичувача з'єднуються за допомогою комплекту шлейфів.
Інформація заноситься на концентричні доріжки, рівномірно розподіленіпо всьому носієві. У випадку більшого, ніж один диск, числа носіїв вседоріжки, що знаходяться одна під інший, називаються циліндром. Операціїчитання/запису проводяться поспіль над усіма доріжками циліндра, після чогоголовки переміщуються на нову позицію.
Герметична камера охороняє носії не тільки від проникненнямеханічних частинок пилу, але й від впливу електромагнітних полів.
Необхідно зауважити, що камера не є абсолютно герметичній томуз'єднується з навколишнім атмосферою за допомогою спеціального фільтра,зрівнює тиск всередині і зовні камери. Однак, повітря всерединікамери максимально очищений від пилу, тому що найменші частинки можуть призвести допсування магнітного покриття дисків та втрати даних і працездатностіпристрою.
Диски обертаються постійно, а швидкість обертання носіїв досить висока
(від 4500 до 10000 об/хв), що забезпечує високу швидкість читання/запису.
За величиною діаметра носія частіше за інших виробляються 5.25, 3.14, 2.3дюймові диски. На діаметр носіїв незмінних жорстких дисків ненакладається ніякого обмеження з боку сумісності та переносимостіносія, за винятком форм-факторів корпусу ПК, тому, виробникивибирають його відповідно до власних міркувань.
В даний час, для позиціонування головок читання/запису, найбільшчасто, застосовуються крокові і лінійні двигуни механізмів позиціонуванняі механізми переміщення головок в цілому.
У системах з кроковим механізмом і двигуном голівки переміщаються напевну величину, що відповідає відстані між доріжками.
Дискретність кроків залежить або від функцій крокової двигуна, абозадається серво-мітками на диску, які можуть мати магнітну абооптичну природу. Для зчитування магнітних міток використовуєтьсядодаткова серво головка, а для зчитування оптичних - спеціальніоптичні датчики.
У системах з лінійним приводом голівки переміщаються електромагнітом, а длявизначення необхідного положення служать спеціальні сервісні сигнали,записані на носій при його виробництві і зчитується припозиціонування головок. У багатьох пристроях для серво-сигналіввикористовується ціла поверхню і спеціальна голівка або оптичний датчик.
Такий спосіб організації серво-даних носить назву виділена записсервосігналов. Якщо серво-сигнали записуються на ті ж доріжки, що ідані і для них виділяється спеціальний серво-сектор, а читання проводитьсятими ж головками, що і читання даних, то такий механізм називаєтьсявбудована запис сервосігналов. Виділена запис забезпечує більшвисока швидкодія, а вбудована - підвищує ємність пристрою.
Лінійні приводи переміщують головки значно швидше, ніж крокові, крімтого вони дозволяють виробляти невеликі радіальні переміщення "всередині"доріжки, даючи можливість відстежити центр кола серво-доріжки. Цимдосягається положення головки, найкраще для зчитування з кожної доріжки,що значно підвищує достовірність прочитуються даних і виключаєнеобхідність тимчасових витрат на процедури корекції. Як правило, всіпристрої з лінійним приводом мають автоматичний механізм паркуванняголовок читання/запису при відключенні живлення пристрою.
Парковкою головок називають процес їх переміщення в безпечне положення.
Це - так зване "паркувальне" положення головок в тій області дисківде лягають головки. Там, звичайно, не записано жодної інформації, окрімсерво - це спеціальна "посадочна зона" (Landing Zone). Для фіксаціїприводу головок в цьому положенні в більшості ЖД використовується маленькийпостійний магніт, коли головки беруть паркувальне положення - цеймагніт стикається з підставою корпусу і утримує позиціонер головоквід зайвих коливань. При запуску накопичувача схема управління лінійнимдвигуном "відриває" фіксатор, подаючи на двигун, що позиціонуєголовки, посилений імпульс струму. У ряді накопичувачів використовуються й іншіспособи фіксації - засновані, наприклад, на повітряному потоці, що створюєтьсяобертанням дисків. У запаркованого стані накопичувач можнатранспортувати при досить поганих фізичних умов (вібрація,удари, струси), тому що немає небезпеки пошкодження поверхні носіяголівками. В даний час на всіх сучасних пристроях парковкаголовок накопичувачів проводиться автоматично внутрішніми схемамиконтролера при відключенні харчування і не вимагає для цього ніякихдодаткових програмних операцій, як це було з першими моделями.
Під час роботи всі механічні частини накопичувача піддаються тепловомурозширення, і відстані між доріжками, осями шпинделя і позіционеромголовок читання/запису змінюється. У загальному випадку це ніяк не впливає нароботу накопичувача, оскільки для стабілізації використовуються зворотні зв'язки,проте деякі моделі час від часу виконують рекалібровку приводуголовок, супроводжувану характерним звуком, що нагадує звук при первинномустарті, підлаштовуючи систему до змінених відстаней.
Плата електроніки сучасного накопичувача на жорстких магнітних дискахявляє собою самостійний мікрокомп'ютер з власнимпроцесором, пам'яттю, пристроями введення/виводу і іншими традиційнимиатрибутами притаманними комп'ютера. На платі можуть розташовуватися безлічперемикачів і перемичок, однак не всі з них призначені длявикористання користувачем. Як правило, керівництва користувачаописують призначення тільки перемичок, пов'язаних з вибором логічногоадреси пристрої та режиму його роботи, а для накопичувачів з інтерфейсом SCSI
- І перемички, що відповідають за управління резисторні збіркою
(стабілізуючою навантаженням в ланцюзі).

Основні фізичні та логічні параметри ЖД
Всі накопичувачі так чи інакше відповідають стандартам, визначеним абонезалежними комітетами і групами стандартизації, або самимивиробниками. Серед безлічі технічних характеристик відрізняють однумодель від іншої можна виділити деякі, найбільш важливі з точки зорукористувачів і виробників, які так чи інакше використовуються припорівнянні накопичувачів різних виробників і виборі пристрою.
Діаметр дисків (disk diameter) - параметр досить вільний від будь-якихстандартів, обмежуваний лише форм-факторами корпусів системних блоків.
Найбільш поширені накопичувачі з діаметром дисків 2.2, 2.3, 3.14 та 5.25дюймів. Діаметр дисків визначає щільність запису на дюйм магнітногопокриття. Накопичувачі більшого діаметру містять більшу кількість доріжок, і вних, як правило використовуються більш прості технології виготовленняносіїв, призначених для меншої щільності запису. Вони, як правило,повільніше своїх менших побратимів і мають менше число дисків, але більшнадійні. Накопичувачі з меншим діаметром великих обсягів мають більшвисокотехнологічні поверхні і високі щільності запису інформації, атакож, як правило, і більше число дисків.
Число поверхонь (sides number) - визначає кількість фізичних дисківнанизаних на шпиндель. Випускаються накопичувачі з числом поверхонь від 1до 8 і більше. Однак, найбільш поширені пристрої з числомповерхонь від 2 до 5. Принципово, число поверхонь прямо визначаєФізичний обсяг накопичувача та швидкість обробки операцій на одномуциліндрі. Оскільки операції на поверхнях циліндра виконуються усімаголовками синхронно, то теоретично, при всіх інших рівних умовах,швидшими виявляться накопичувачі з великим числом поверхонь.
Число циліндрів (cylinders number) - визначає скільки доріжок (треків)буде розташовуватися на одній поверхні. В даний час всі накопичувачіємністю понад 1 Гігабайта мають кількість циліндрів більше 1024, внаслідокчого, для поширених ОС застосовуються уніфіковані режими доступу зперерахунком і емуляцією і віртуалізацією числа головок, циліндрів і секторів
(LBA і Large).
Число секторів (sectors count) - загальне число секторів на всіх доріжках всіхповерхонь накопичувача. Визначає фізичний неформатований обсягпристрою.
Число секторів на доріжці (sectors per track) - загальне число секторів наодній доріжці. Часто, для сучасних накопичувачів показник умовний, тому щовони мають нерівне число секторів на зовнішніх і внутрішніх доріжках, прихованевід системи і користувача інтерфейсом пристрою.
Частота обертання шпинделя (rotational speed або spindle speed) --визначає, скільки часу буде витрачено на послідовне зчитуванняоднієї доріжки або циліндра. Частота обертання вимірюється в обертах за хвилину
(rpm). Для дисків ємністю до 1 гігабайти вона зазвичай дорівнює 5,400 обертів нахвилину, а у більш містких досягає 7,200 і 10000 rpm.
Час переходу від однієї доріжки до іншої (track-to-track seek time) зазвичайскладає від 3.5 до 5 мілісекунд, а у найшвидших моделей може бути від
0.6 до 1 мілісекунди. Цей показник є одним з визначальнихшвидкодію накопичувача, тому що саме перехід з доріжки на доріжкує самим тривалим процесом в серії процесів довільногочитання/запису на дисковому пристрої. Показник використовується для умовноїоцінки продуктивності при порівнянні накопичувачів різних моделей івиробників.
Час заспокоєння головок (head latency time) - час, що проходить з моментузакінчення позиціонування головок на необхідну доріжку до моменту початкуоперації читання/запису. Чи є внутрішнім технічним показником,що входять до показник - час переходу з доріжки на доріжку.
Час встановлення або час пошуку (seek time) - час, що витрачаєтьсяпристроєм на переміщення головок читання/запису до потрібного циліндра здовільного положення.
Середній час установки або пошуку (average seek time) - усередненийрезультат великої кількості операцій позиціонування на різні циліндри,часто називають середнім часом позиціонування. Середній час пошукумає тенденцію зменшуватися із збільшенням ємності накопичувача, т.кпідвищується щільність запису і збільшується число поверхонь. Наприклад,для 540-мегабайтним дисків найбільш типові величини від 10 до 13, а длядисків понад гігабайти - від 7 до 10 мілісекунд. Середній час пошукує одним з найважливіших показників оцінки продуктивностінакопичувачів, що використовуються при їх порівнянні.
Час очікування (latency) - час, необхідний для проходу потрібного сектора доголівці, усереднений показник - середній час очікування (average latency),що отримується як середнє від численних тестових проходів. Післязаспокоєння головок на необхідному циліндрі контролер шукає потрібний сектор. Прицьому, послідовно зчитуються адресні ідентифікатори кожногопроходить під головкою сектора на доріжці. В ідеальному, з точки зорупродуктивності випадку, під голівкою відразу виявиться потрібний сектор, впоганий - виявиться, що цей сектор щойно "пройшов" під голівкою, і, дозакінчення процесу заспокоєння необхідно буде чекати повний оборот дискадля завершення операції читання/запису. Цей час у накопичувачів об'ємом від
540 мегабайт до 1 гігабайти складає приблизно 5.6, а у дисків понадгігабайти - 4.2 мілісекунди і менше.
Час доступу (access time) - сумарний час, що витрачається на установкуголовок і очікування сектора. Причому, найбільш довгим є проміжокчасу установки головок.
Середній час доступу до даних (average access time) - час, що проходить змоменту отримання запиту на операцію читання/запису від контролера дофізичного здійснення операції - результат складання середнього часпошуку та середнього часу очікування. Середній час доступу залежить від того,як організовано зберігання даних і наскільки швидко позиціонуються головкичитання запису на необхідну доріжку. Середній час доступу - усередненийпоказник від численних тестових проходів, і звичайно, воно становить від
10 до 18 мілісекунд і використовується як базовий показник припорівняльної оцінки швидкості накопичувачів різних виробників.
Швидкість передачі даних (data transfer rate), що також називається пропускноюздатністю (throughput), визначає швидкість, з якою данізчитуються або записуються на диск після того, як головки займутьнеобхідне положення. Вимірюється в мегабайтах в секунду (MBps) абомегабитах в секунду (Mbps) і є характеристикою контролера іінтерфейсу. Розрізняють два різновиди швидкості передачі - зовнішня івнутрішня. Швидкість передачі даних, також є одним з основнихпоказників продуктивності накопичувача і використовується для її оцінки іпорівняння накопичувачів різних моделей і виробників.
Зовнішня швидкість передачі даних (external data transfer rate або burstdata transfer rate) показує, з якою швидкістю дані зчитуються збуфера, розташованого на накопичувачі в оперативну пам'ять комп'ютера. Уданий час, накопичувачі з інтерфейсами EIDE або Fast ATA, звичайно, маютьзовнішню швидкість передачі даних від 11.1 до 16.6 мегабайта на секунду, а длянакопичувачів з інтерфейсами SCSI-2 - цей параметр знаходиться в межах від
10 до 40 мегабайт за секунду.
Внутрішня швидкість передачі даних (internal transfer rate або sustainedtransfer rate) відображає швидкість передачі даних між головками іконтролером накопичувача і визначає загальну швидкість передачі даних в тихвипадках, коли буфер не використовується або не впливає (наприклад, колизавантажується великий графічний або відеофайл). Внутрішня швидкістьпередачі даних дуже сильно залежить від частоти обертання шпинделя.
Розмір кеш-буфера контролера (internal cash size). Вбудований в накопичувачбуфер виконує функцію попереджувального кешування і покликаний згладитивеличезну різницю у швидкодії між дискової і оперативною пам'яттюкомп'ютера. Випускаються накопичувачі з 128, 256 і 512 кілобайтні буфером.
Чим більше обсяг буфера, тим потенційно вища продуктивність придовільному "довгому" читанні/запису. Також, більш ємний буфер забезпечуєпідсистеми збільшення продуктивності дискової, по-перше, при роботі зоб'ємними впорядкованими (записаними на диски послідовно) даними, апо-друге - при одночасному зверненні до диска безлічі додатків абокористувачів, як це відбувається в багатозадачних мережевих ОС.
Середня споживана потужність (capacity). При збірці потужних настільнихкомп'ютерів враховується потужність, що споживається всіма його пристроями.
Сучасні накопичувачі на ЖД споживають від 5 до 15 Ватт, що єдосить прийнятним, хоча, при всіх інших рівних умовах, накопичувачіз меншою споживаної потужністю виглядат більш привабливо. Цевідноситься не тільки до економії електроенергії, але й надійності, тому що більшепотужні накопичувачі розсіюють надлишок енергії у вигляді тепла і сильнонагріваються. А як відомо, проблеми, пов'язані зі зміною властивостеймагнітних носіїв безпосередньо залежать від їх температури і коефіцієнтарозширення/стиску матеріалу.
Рівень шуму (noise level), зрозуміло, є ергономічнимпоказником. Однак, він також, є і деяким показникомзбалансованості механічної конструкції, тому що шум у вигляді тріска - єне що інше як звук ударів позиціонера крокової або лінійного механізму,а, навіть мікро-удари і вібрація так не бажані для накопичувачів іприводять до швидшого їх зносу.
Середній час напрацювання на відмову (MTBF) - визначає скільки часуздатний пропрацювати накопичувач б?? з збоїв. На жаль, точні оцінкинадійності виробниками не афішуються. Вони призводять зазвичай середнюумовну напрацювання на відмову в сотнях тисяч годин роботи, що єрозрахункової статистичної величиною. До того ж, виробники використовують дляїї визначення різні розрахункові методики, тому порівнювати напрацюванняна відмову, що приводиться в специфікаціях продукції різних компаній, потрібно зособливою обережністю.
Опірність ударам (G-shock rating) - визначає ступіньопірності накопичувача ударів і різких змін тиску, вимірюєтьсяв одиницях допустимого перевантаження g у включеному і вимкненому стані.
Є важливим показником для настільних і мобільних систем.
Фізичний і логічний обсяг накопичувачів. Носії жорстких дисків, ввідміну від гнучких, мають постійне число доріжок і секторів, змінитияке неможливо. Ці числа визначаються типом моделі і виробникомпристрою. Тому, фізичний обсяг жорстких дисків визначений спочатку іскладається з обсягу, зайнятого службовою інформацією (розмітка диска надоріжки і сектори) і обсягу, доступного для користувача даних. Фізичнийобсяг жорсткого диска, також, залежить від типу інтерфейсу, методу кодуванняданих, що використовується фізичного формату та ін Виробники накопичувачіввказують обсяги дисків в мільйонах байт, припускаючи виходячи з десятковоїсистеми числення, що в одному мегабайті 1000000 байт. Проте, ПОоперує не десятковій, а двійковій системами, вважаючи, що в одномукілобайті не 1000 байт, а 1024. Такі нескладні розбіжності в системахобчислення приводять до невідповідності при оцінці обсягу накопичувачів, даномув описі і - що видається різними програмними тестами.
Одним з можливих, але не бажаних способів підвищення фізичноїємності, для виробників, є збільшення ємності сектора. Уданий час, стандартної ємністю сектора для IBM-суміснихкомп'ютерів є 512 байт. Багато адаптери дозволяють, у процесіфізичного форматування, програмним шляхом, змінювати ємність сектора,наприклад, до 1024 байт. При цьому, співвідношення призначених для користувача даних іслужбової інформації для сектору покращується, але знижується надійністьзберігання даних, тому що той же поліном ECC буде використовуватися для корекціїбільшого обсягу даних. Однак, виграш на фізичному рівні ще неозначає той же результат на логічному, тому що логічна структура дискаможе виявитися не ефективною, наприклад, при використанні для роботи зфайлами малої довжини (менше 1 К). Логічний же обсяг залежить від того, якопераційна система або програма записує інформацію в сектори. Уразі використання програм і операційних систем з програмноюкомпресією даних, можна підвищити обсяг носія на величину, що залежить відступеня стиснення даних.
Для оптимального використання поверхні дисків застосовується такзвана зонна запис (Zoned Bit Recording - ZBR), принцип якоїполягає в тому, що на зовнішніх доріжках, що мають велику довжину (аотже - і потенційну інформаційну ємність на одиницю площі),інформація записується з більшою щільністю, ніж на внутрішніх. Таких зонз постійною щільністю запису в межах всієї поверхні утворюється додесятка і більше; відповідно, швидкість читання і запису на зовнішніх зонахвище, ніж на внутрішніх. Завдяки цьому файли, розташовані на доріжках звеликим діаметром, в цілому будуть оброблятися швидше файлів,розташованих на доріжках з меншим діаметром, тому що для них будевиробляється менше число позиціонування з доріжки на доріжку.
У ЖД останнього покоління використовуються технології PRML (Partial Response,
Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку) і
S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технологіясамостійного спостереження аналізу та звітності). Перша розроблена запричини того, що при існуючих щільності запису вже неможливо чітко іоднозначно зчитувати сигнал з поверхні диска - рівень перешкод і спотвореньдуже великий. Замість прямого перетворення сигналу використовується йогопорівняння з набором зразків, і на підставі максимальної схожості
(правдоподібності) робиться висновок про прийом того чи іншого машинногослова.
Накопичувач, в якому реалізована технологія SMART, веде статистикусвоїх робочих параметрів (кількість стартів/зупинок та напрацьованихгодин, час розгону шпинделя, виявлені/виправлені фізичні помилкитощо), яка регулярно зберігається в Перепрограмміруємая ПЗУ абослужбових зонах диска. Ця інформація накопичується протягом усього періодуексплуатації і може бути в будь-який момент обов `язковою, програмами аналізу.
По ній можна судити про стан механіки, умови експлуатації абопримірної вірогідність виходу з ладу.
Контролери жорстких дисків
Власне контролер накопичувача фізично розташований на платі електронікиі призначений для забезпечення операцій перетворення і пересиланняінформації від головок читання/запису до інтерфейсу накопичувача. Часто,контролером називають інтерфейс накопичувача або інтерфейс ПК з пам'яттю,що в загальному не вірно. Контролер жорстких дисків єскладне пристрій - мікрокомп'ютер, з своїм процесором, ОЗУ і ПЗУ,схемами і системою введення/виводу і т.п.. Однак, у більшості випадків,виробники розміщують їх в одному або двох мікро-чіпах.
Контролер займається безліччю операцій перетворення потоку даних. Такяк довжина доріжок нерівні, дані на різні доріжки необхіднозаписувати нерівномірно. Це стає проблемою, у порівнянні з гнучкимидисками, для носіїв з високою щільністю запису (число доріжок більше
1000). Прості контролери, як правило, записують одне і теж кількістьінформації на кожну доріжку, незалежно від її довжини. Для цього контролерупаковує дані більш щільно, починаючи з визначеної за рахунком доріжки.
Циліндр, з якого починається більш щільна упаковка даних називаєтьсяциліндром початковій прекомпенсаціі (Starting Cylinder for Precompensation -
SCP). Для компенсації спотворення інформації при читанні, запис данихпроводиться за попередніми зсувом бітів, що враховуєспотворення.
Багато виробників створюють пристрої, які записують різний обсягінформації на внутрішні і зовнішні доріжки за рахунок розміщення на нихрізного числа секторів. Це можливо, завдяки апаратному приховану відпрограм і користувача фізичних характеристик пристрою на рівні йогоконтролера і/або інтерфейсу (пристрої з IDE, EIDE і SCSI інтерфейсами).
Тому, накопичувачі, як правило, мають різне фізичне і логічнечисло циліндрів.
Також, в силу історичних причин, багато операційні системи, що працюютьз накопичувачами на ЖМД через BIOS, розроблені таким чином, що не можутьоперувати числом циліндрів більше 1024. Оскільки в даний час,накопичувачі великих обсягів (більше 1Мб) мають більше 1024 фізичнихциліндра, то застосовується програмний перерахунок, при якому, накопичувачвизначається його контролером і процедурами BIOS як має не більше 1024циліндра, але має деякий нереальне число головок, поверхонь ісекторів. Функція ж перерахунку для відшукання потрібного сектора лягає абона BIOS ПК, або на BIOS контролера, або на інтерфейс.
Дані, що записуються в сектори, захищаються від деяких помилокчитання/запису за допомогою розрахунку і запису разом з ними контрольної суми --коду контролю помилок (Error Correction Code - ECC). Записуючи байти надиск, адаптер виробляє накопичення циклічним поділом вхідних даних наспеціальний поліном, залишку від ділення, який представляє унікальнукомбінацію біт і записується контролером разом з даними. Число байт ECCдля кожного пристрою визначається видом використовуваного полінома. Призчитуванні даних проводиться аналогічне накопичення і розрахунок контрольноїсуми. У випадку розбіжності результатів розраховується і зберігається зданими ECC, здійснюється спроба відновлення - корекції даних придопомоги полінома, наявних даних та контрольної суми. Число байт даних,яке може бути скориговано, визначається у порядку використовуваногополінома. Чим вона вище, тим більша кількість байт підряд може бутискориговано, але тим довше і сам код ECC. Використовуються різні поліномиі число байт ECC може бути від 4 до 8 і більше. Число ж біт інформації,потрібного для запису одного байта, залежить від використовуваного методукодування. Необхідно зазначити, що відновлення даних за допомогоюполінома та коду ECC відбувається на рівні контролера і прозоро дляпрограм і користувача, проте, на основі процедур BIOS програмним шляхомможна отримати інформацію про те, чи була проведена процедура корекції.
Більшість сучасних накопичувачів підтримують режими роботи контролерів
Ultra DMA, DMA2, і PIO. DMA - Direct Memory Access - прямий доступ до пам'яті
- Режим взаємодії контролера накопичувача і інтерфейсу ПК, при якомуобмін даними по інтерфейсу здійснюється без участі центральногопроцесора ПК. Режим DMA дозволяє помітно розвантажити процесор попорівняно з режимом PIO (Programmed Input/Output - програмний введення/виведення),при якому всі пересилання виконує безпосередньо центральний процесор
ПК. Це досягається за рахунок використання спеціального контролера і каналупрямого доступу до оперативної пам'яті ПК, без участі центральногопроцесора. Всі сучасні накопичувачі можуть працювати в режимі DMA2, якщоце підтримується операційною системою, а швидкість обміну при цьому можедосягати, залежно від моделі, 16.6 Мб/с. А накопичувачі та системи зпідтримкою режиму Ultra DMA, при використанні відповідного драйвера,можуть передавати і приймати інформацію зі швидкістю 33.3 Мб/с. Однак, целише гранично можливі швидкості обміну даними контролера з буферомнакопичувача. Реальна ж швидкість читання/запису навіть в кращих моделях зінтерфейсом ATA в даний час не перевищує 10-11 Мб/с. Основнанавантаження при роботі лягає саме на читання/запис, передача даних вбуфер і з буфера займає лише малу частину цього часу, і сам фактпереходу на Ultra DMA, як правило, дає приріст лише в одиниці відсотків.
Але накопичувачі з Ultra DMA, зазвичай, мають високу швидкість обертанняшпинделя, а отже - і більш високу швидкість читання/запису.
Фізичне зберігання, методи кодування інформації
Як вже говорилося, інформація на поверхнях накопичувача зберігається у виглядіпослідовності місць зі змінною намагніченістю, що забезпечуютьбезперервний потік даних при зчитуванні їх за допомогою послідовногочитання. Вся інформація та місця її зберігання поділяються на службову іпризначену для користувача інформацію. Службова і призначена для користувача інформаціязберігається в областях доріжок званих секторами. Кожен сектор міститьобласть даних користувача - місце, куди можна записати інформацію,доступну в подальшому для читання і зону серво-даних, записуваних одинраз при фізичному форматування і однозначно ідентифікують сектор ійого параметри (використовується чи ні, фізичну адресу сектора, ЕСС код ітощо). Вся серво-інформація не доступна звичайним процедурам читання/запису іносить абсолютно унікальний характер в залежності від моделі і виробниканакопичувача.
На відміну від дискет і старих накопичувачів на ЖД, диски сучаснихнакопичувачів проходять первинну, або низькорівневий, розмітку (Low Level
Formatting) на спеціальному заводському високоточному технологічному стенді. Уході цього процесу на диски записуються службові позначки - серво -інформація, а також формуються звичні доріжки і сектори. Таким чином,якщо колись новий накопичувач потрібно було "форматувати на низькому рівні",то зараз цього робити не те щоб не потрібно - це просто неможливо безспеціального складного обладнання, а різні "програминизькорівневого форматування "найчастіше просто обнуляють вмістсекторів з перевіркою їх читання, хоча деколи можуть і безповоротно зіпсуватислужбову розмітку і серво-інформацію службових секторів.
Поява різних методів кодування даних секторів пов'язано, першза все, з технічними особливостями пристроїв зберігання та передачіінформації і бажанням виробників найбільш повно використовувати фізичнийпростір носіїв інформації. В даний час використовується кількарізних методів кодування даних.
Частотна модуляція (Frequency Modulation - FM) - метод, який використовується внакопичувачах на змінних магнітних дисках. Інакше, кодування методом FMможна назвати кодуванням з одиничною щільністю. Метод припускаєзапис на носій на початку кожного бітового елемента даних бітасинхронізації. Бітовий елемент визначається як мінімальний інтервалчасу між бітами даних, що отримується при постійній швидкості обертаннядиска носія. Метод гарантує, щонайменше, одну змінунапрямку магнітного потоку за одиницю часу обертання. Такий часовийінтервал відповідає максимальній поздовжньої щільності магнітного потоку
2330 змін на 1 см і швидкості передачі даних - 125 Кбіт/сек. Простотакодування та декодування за методом FM визначається постійною частотоюпроходження синхроімпульсів. Проте, наявність цих біт синхронізації іє одним з недоліків цього методу, тому що результуючий кодмалоефективний з погляду компактності даних (половина просторуносія займається битами синхронізації). Це один з перших методів, неякий використовується в даний час в накопичувачах на ЖД.
Модифікована частотна модуляція (Modified Frequency Modulation - MFM)
- Покращений метод FM. Модифікація полягає у скороченні вдвічітривалості бітового елемента - до 4 мкс і використанні біт синхронізаціїне після кожного біта даних, а лише у випадках, коли в попередньому іпоточному бітових елементах немає ні одного біта даних. Такий спосібкодування дозволяє подвоїти ємність носія і швидкість передачі даних,в порівнянні з методом FM, тому що в одному і тому ж бітове елементі ніколине розміщуються біт синхронізації і даних, а на один бітовий елементприпадає лише одна зміна напряму магнітного потоку. Також, вданий час не використовується.
Запис з груповим кодуванням (Run Limited Length - RLL) - метод,повністю виключає запис на диск будь-яких синхронізаційних біт.
Синхронізація досягається за рахунок використання біт даних. Однак, такийпідхід вимагає зовсім іншої схеми кодування, тому що просте виключеннябіт синхронізації приведе до запису послідовностей з одних нулів абоодиниць у яких не буде жодної зміни полярності магнітного потоку.
Метод RLL походить від методів, що використовуються для кодування даних прицифрового запису на магнітну стрічку. При цьому, кожен байт данихрозділяється на дві полубайта, що кодуються спеціальним 5-ти розряднимкодом, суть якого - добитися хоча б однієї зміни напрямумагнітного потоку для кожної пари його розрядів. Що означає, необхідністьнаявності в будь-якій комбінації 5-ти розрядних кодів не більше двох що стоять поручнульових біт. З 32 комбінацій 5 біт такої умови відповідають 16. Вони івикористовуються для кодування за методом RLL. При зчитуванні відбуваєтьсязворотний процес. При застосуванні методу кодування RLL швидкість передачіданих зростає з 250 до 380 Кбіт/с, а число змін полярностімагнітного потоку, до 3330 змін/см. При цьому тривалість бітовогоелемента знижується до 2.6 мкс. Оскільки, максимальний інтервал часу дозміни магнітного потоку відомий (два послідовно розташованихнульових біта), біти даних можуть служити битами синхронізації, що робитьметод кодування RLL самосінхронізірующімся і самотактіруемим. Цікавимє той факт, що метод MFM є окремим випадком методу RLL. Дляпозначення типу використовуваного RLL методу застосовується абревіатура виду:
RLL2, 7, RLL1, 7, RLL2, 8, RLL1, 8, де перша цифра - мінімальна, а другий --максимальна довжина послідовності біт - нулів, що містяться міжсусідніми одиницями. Абревіатура методу MFM в термінології RLLзаписується як RLL1, 3.
Модифікована запис з груповим кодуванням (Advanced Run Limited
Length - ARLL) - покращений метод RLL, в якому, поряд з логічнимущільненням даних, здійснюється підвищення частоти обміну міжконтролером та накопичувачем.
В даний час в накопичувачах на жорстких дисках використовуються різніметоди кодування інформації, які розробляються і патентується фірмами -виробниками на основі методу з груповим кодуванням - ARLL.
Випускаються також пристрої з апаратної компресією даних на рівніінтерфейсу абоконтролера в яких використовується просте арифметичнестиснення інформації перед записом і після зчитування.
Інтерфейси жорстких дисків
Інтерфейсом накопичувачів називається набір електроніки, що забезпечує обмінінформацією між контролером пристрою (кеш-буфером) і комп'ютером. УНині в настільних ПК IBM-PC, частіше за інших, використовуються дварізновиди інтерфейсів ATAPI - AT Attachment Packet Interface
(Integrated Drive Electronics - IDE, Enhanced Integrated Drive Electronics
- EIDE) і SCSI (Small Computers System Interface).
Інтерфейс IDE розроблявся як недорога і продуктивна альтернативависокошвидкісним інтерфейсів ESDI і SCSI. Інтерфейс, призначений дляпідключення двох дискових пристроїв. Відмінною особливістю дисковихпристроїв, що працюють з інтерфейсом IDE полягає в тому, що власнеконтролер дискового накопичувача розташовується на платі самого накопичувачаразом з вбудованим внутрішнім кеш-буфером. Така конструкція істотноспрощує пристрій самої інтерфейсній картки та надає можливість розміщуватиїї не тільки на окремій платі адаптера, що вставляється в роз'єм системноїшини, а й інтегрувати безпосередньо на материнській платі комп'ютера.
Інтерфейс характеризується надзвичайною простотою, високою швидкодією,малими розмірами і відносною дешевизною.
Сьогодні на зміну інтерфейсу IDE прийшло дітище фірми Western Digital -
Enhanced IDE, або скорочено EIDE. Зараз це кращий варіант дляпереважної більшості настільних систем. Жорсткі диски EIDE помітнодешевше аналогічних по місткості SCSI-дисків і в однокористувацькихсистемах не поступаються їм за продуктивністю, а більшість материнськихплат мають інтегрований двоканальний контролер для підключення чотирьохпристроїв. Що ж з'явилося нового в Enhanced IDE в порівнянні з IDE?
По-перше, це велика ємність дисків. Якщо IDE не підтримував диски понад
528 мегабайт, то EIDE підтримує обсяги до 8.4 гігабайти на кожен каналконтролера.
По-друге, до нього підключається більше пристроїв - чотири замість двох.
Раніше був тільки один канал контролера, до якого можна булопідключити два IDE пристрою. Тепер таких каналів два. Основний канал,який зазвичай стоїть на високошвидкісний локальній шині і допоміжний.
По-третє, з'явилася специфікація ATAPI (AT Attachment Packet Interface)що дає можливість підключення до цього інтерфейсу не тільки жорстких дисків,але й інших пристроїв - стриммерів і дисководів CD-ROM.
По-четверте - підвищилася продуктивність. Накопичувачі з інтерфейсом IDEхарактеризувалися максимальною швидкістю передачі даних на рівні 3мегабайт за секунду. Жорсткі диски EIDE підтримують кілька нових режимівобміну даними. У їхнє число входить режим програмованого введення-виведення PIO
(Programmed Input/Output) Mode 3 і 4, які забезпечують швидкістьпередачі даних 11.1 і 16.6 мегабайт за секунду відповідно.
Програмований ввід-висновок - це спосіб передачі даних між контролеромпериферійного пристрою і оперативною пам'яттю комп'ютера за допомогоюкоманд пересилання даних і портів введення/виводу центрального процесора.
У п'ятому - п