Реферат: Накопители на жестких дисках - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Накопители на жестких дисках

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 320 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Министерство общего и профессион ального образования РФ Иркутский Государственный Технический Университет Кафедра ВТ Реферат по предмету “ Экспл уатация вычислительной техники ” Тема : “ Накопител и на жестких дисках. ” Выполн ил : студент г. ЭВМ96-1 Жарников Д. Принял: Головин В. Н. Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе но ситель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейс ную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройс тва - камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей насажанных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим прив одящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располага ются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и/и ли контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собстве нно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом расп олагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопите ля соединяются при помощи комплекта шлейфов. Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распредел енные по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после ч его головки перемещаются на новую позицию. Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения м еханических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Нео бходимо заметить, что камера не является абсолютно герметичной т.к. соед иняется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра, уравн ивающего давление внутри и снаружи камеры. Однако, воздух внутри камеры максимально очищен от пыли, т.к. малейшие частички могут привести к порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности устрой ства. Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно высо кая (от 4500 до 10000 об/мин), что обеспечивает высокую скорость чтения/записи. По в еличине диаметра носителя чаще других производятся 5.25, 3.14, 2.3 дюймовые диски . На диаметр носителей несменных жестких дисков не накладывается никако го ограничения со стороны совместимости и переносимости носителя, за ис ключением форм-факторов корпуса ПК, поэтому, производители выбирают его согласно собственным соображениям. В настоящее время, для позиционирования головок чтения/записи, наиболее часто, применяются шаговые и линейные двигатели механизмов позиционир ования и механизмы перемещения головок в целом. В системах с шаговым механизмом и двигателем головки перемещаются на оп ределенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками. Диск ретность шагов зависит либо от характеристик шагового двигателя, либо з адается серво-метками на диске, которые могут иметь магнитную или оптиче скую природу. Для считывания магнитных меток используется дополнитель ная серво головка, а для считывания оптических - специальные оптические датчики. В системах с линейным приводом головки перемещаются электромагнитом, а для определения необходимого положения служат специальные сервисные с игналы, записанные на носитель при его производстве и считываемые при по зиционировании головок. Во многих устройствах для серво-сигналов испол ьзуется целая поверхность и специальная головка или оптический датчик. Такой способ организации серво-данных носит название выделенная запис ь сервосигналов. Если серво-сигналы записываются на те же дорожки, что и д анные и для них выделяется специальный серво-сектор, а чтение производит ся теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется встроенная запись сервосигналов . Выделенная запись обеспечивает более высокое быстродействие, а встроенная - повыша ет емкость устройства. Линейные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые, к роме того они позволяют производить небольшие радиальные перемещения " внутри" дорожки, давая возможность отследить центр окружности серво-дор ожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания с каж дой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данны х и исключает необходимость временных затрат на процедуры коррекции. Ка к правило, все устройства с линейным приводом имеют автоматический меха низм парковки головок чтения/записи при отключении питания устройства. Парковкой головок называют процесс их перем ещения в безопасное положение. Это - так называемое "парковочное" положен ие головок в той области дисков где ложатся головки. Там, обычно, не записа но никакой информации, кроме серво - это специальная "посадочная зона " (Landing Zone). Для фиксации привода головок в этом положении в большинстве ЖД исп ользуется маленький постоянный магнит, когда головки принимают парков очное положение - этот магнит соприкасается с основанием корпуса и удерж ивает позиционер головок от ненужных колебаний. При запуске накопителя схема управления линейным двигателем "отрывает" фиксатор, подавая на дви гатель, позиционирующий головки, усиленный импульс тока. В ряде накопите лей используются и другие способы фиксации - основанные, например, на воз душном потоке, создаваемом вращением дисков. В запаркованном состоянии накопитель можно транспортировать при достаточно плохих физических ус ловиях (вибрация, удары, сотрясения), т.к. нет опасности повреждения поверх ности носителя головками. В настоящее время на всех современных устройс твах парковка головок накопителей производится автоматически внутрен ними схемами контроллера при отключении питания и не требует для этого н икаких дополнительных программных операций, как это было с первыми моде лями. Во время работы все механические части накопителя подвергаются теплов ому расширению, и расстояния между дорожками, осями шпинделя и позиционе ром головок чтения/записи меняется. В общем случае это никак не влияет на работу накопителя, поскольку для стабилизации используются обратные с вязи, однако некоторые модели время от времени выполняют рекалибровку п ривода головок, сопровождаемую характерным звуком, напоминающим звук п ри первичном старте, подстраивая систему к изменившимся расстояниям. Плата электроники современного накопителя на жестких магнитных дисках представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным проц ессором, памятью, устройствами ввода/вывода и прочими традиционными атр ибутами присущими компьютеру. На плате могут располагаться множество п ереключателей и перемычек, однако не все из них предназначены для исполь зования пользователем. Как правило, руководства пользователя описываю т назначение только перемычек, связанных с выбором логического адреса у стройства и режима его работы, а для накопителей с интерфейсом SCSI - и перемы чки, отвечающие за управление резисторной сборкой (стабилизирующей наг рузкой в цепи). Основные физические и логические параметры ЖД В се накопители так или иначе соответствуют стандартам, определяемым либ о независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими произ водителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрен ия пользователей и производителей, которые так или иначе используются п ри сравнении накопителей различных производителей и выборе устройства . Диаметр дисков (disk diameter)- параметр довольно свобо дный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпу сов системных блоков. Наиболее распространены накопители с диаметром д исков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов. Диаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия. Накопители большего диаметра содержат большее чи сло дорожек, и в них, как правило используются более простые технологии и зготовления носителей, предназначенных для меньшей плотности записи. О ни, как правило, медленнее своих меньших собратьев и имеют меньшее число дисков, но более надежны. Накопители с меньшим диаметром больших объемов имеют более высокотехнологичные поверхности и высокие плотности запи си информации, а также, как правило, и большее число дисков. Число поверхностей (sides number) - определяет количест во физических дисков нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с ч ислом поверхностей от 1 до 8 и более. Однако, наиболее распространены устро йства с числом поверхностей от 2 до 5. Принципиально, число поверхностей пр ямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки опера ций на одном цилиндре. Так как операции на поверхностях цилиндра выполня ются всеми головками синхронно, то теоретически, при равных всех остальн ых условиях, более быстрыми окажутся накопители с большим числом поверх ностей. Число цилиндров (cylinders number) - определяет сколько до рожек (треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее вре мя все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024, вследствие чего, для распространенных ОС применяются унифицированны е режимы доступа с пересчетом и эмуляцией и виртуализацией числа голово к, цилиндров и секторов (LBA и Large). Число секторов (sectors count) - общее число секторов на в сех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический нефо рматированный объем устройства. Число секторов на дорожке (sectors per track) - общее число с екторов на одной дорожке. Часто, для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних д орожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства. Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) - опре деляет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывани е одной дорожки или цилиндра. Частота вращения измеряется в оборотах в м инуту (rpm). Для дисков емкостью до 1 гигабайта она обычно равна 5,400 оборотов в м инуту, а у более вместительных достигает 7,200 и 10000 rpm. Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time) обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из опред еляющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на доро жку является самым длительным процессом в серии процессов произвольно го чтения/записи на дисковом устройстве. Показатель используется для ус ловной оценки производительности при сравнении накопителей разных мод елей и производителей. Время успокоения головок (head latency time) - время, проход ящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожк у до момента начала операции чтения/записи. Является внутренним техниче ским показателем, входящим в показатель - время перехода с дорожки на дор ожку. Время установки или время поиска (seek time)- время, за трачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужном у цилиндру из произвольного положения. Среднее время установки или поиска (average seek time) - уср едненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирова ния . Среднее время поиска имеет тенденцию уменьшаться с уве личением емкости накопителя, т.к повышается плотность записи и увеличив ается число поверхностей. Например, для 540-мегабайтных дисков наиболее ти пичны величины от 10 до 13, а для дисков свыше гигабайта - от 7 до 10 миллисекунд. С реднее время поиска является одним из важнейших показателей оценки про изводительности накопителей, используемых при их сравнении. Время ожидания (latency) - время, необходимое для про хода нужного сектора к головке, усредненный показатель – среднее время ожидания (average latency), получаемое как среднее от мног очисленных тестовых проходов. После успокоения головок на требуемом ци линдре контроллер ищет нужный сектор. При этом, последовательно считыва ются адресные идентификаторы каждого проходящего под головкой сектора на дорожке. В идеальном, с точки зрения производительности случае, под го ловкой сразу окажется нужный сектор, в плохом - окажется, что этот сектор т олько что "прошел" под головкой, и, до окончания процесса успокоения необх одимо будет ждать полный оборот диска для завершения операции чтения/за писи. Это время у накопителей объемом от 540 мегабайт до 1 гигабайта составл яет примерно 5.6, а у дисков свыше гигабайта - 4.2 миллисекунды и менее. Время доступа (access time) - суммарное время, затрачив аемое на установку головок и ожидание сектора. Причем, наиболее долгим я вляется промежуток времени установки головок. Среднее время доступа к данным (average access time) - время, п роходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от конт роллера до физического осуществления операции - результат сложения сре днего время поиска и среднего времени ожидания. Среднее время доступа за висит от того, как организовано хранение данных и насколько быстро позиц ионируются головки чтения записи на требуемую дорожку. Среднее время до ступа – усредненный показатель от многочисленных тестовых проходов, и обычно, оно составляет от 10 до 18 миллисекунд и используется как базовый по казатель при сравнительной оценке скорости накопителей различных прои зводителей. Скорость передачи данных (data transfer rate), называемая т акже пропускной способностью (throughput), определяе т скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контро ллера и интерфейса. Различают две разновидности скорости передачи - внеш няя и внутренняя. Скорость передачи данных, также является одним из осно вных показателей производительности накопителя и используется для ее оценки и сравнения накопителей различных моделей и производителей. Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate ил и burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, рас положенного на накопителе в оперативную память компьютера. В настоящее время, накопители с интерфейсами EIDE или Fast ATA, обычно, имеют внешнюю скорость передачи данных от 11.1 до 16.6 мегабайта в секунду, а для накопителей с интерфе йсами SCSI-2 - этот параметр находится в пределах от 10 до 40 мегабайт в секунду. Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate и ли sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контролл ером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случа ях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружаетс я большой графический или видеофайл). Внутренняя скорость передачи данн ых очень сильно зависит от частоты вращения шпинделя. Размер кеш-буфера контроллера (internal cash size). Встроен ный в накопитель буфер выполняет функцию упреждающего кэширования и пр изван сгладить громадную разницу в быстродействии между дисковой и опе ративной памятью компьютера. Выпускаются накопители с 128, 256 и 512 килобайтны м буфером. Чем больше объем буфера, тем потенциально выше производительн ость при произвольном "длинном" чтении/записи. Также, более емкий буфер об еспечивает рост производительности дисковой подсистемы, во-первых, при работе с объемными упорядоченными (записанными на диски последователь но) данными, а во-вторых - при одновременном обращении к диску множества пр иложений или пользователей, как это происходит в многозадачных сетевых ОС. Средняя потребляемая мощность (capacity). При сборке мощных настольных компьютеров учитывается мощность, потребляемая все ми его устройствами. Современные накопители на ЖД потребляют от 5 до 15 Ват т, что является достаточно приемлемым, хотя, при всех остальных равных ус ловиях, накопители с меньшей потребляемой мощностью выглядат более при влекательно. Это относится не только к экономии электроэнергии, но и над ежности, т.к. более мощные накопители рассеивают избыток энергии в виде т епла и сильно нагреваются. А как известно, проблемы, связанные с изменени ем свойств магнитных носителей напрямую зависят от их температуры и коэ ффициента расширения/сжатия материала. Уровень шума (noise level), разумеется, является эргоно мическим показателем. Однако, он также, является и некоторым показателем сбалансированности механической конструкции, т.к. шум в виде треска - ест ь не что иное как звук ударов позиционера шагового или линейного механиз ма, а, даже микро- удары и вибрация так не желательны для накопителей и при водят к более быстрому их износу. Среднее время наработки на отказ (MTBF) - определя ет сколько времени способен проработать накопитель без сбоев. К сожален ию, точные оценки надежности производителями не афишируются. Они привод ят обычно среднюю условную наработку на отказ в сотнях тысяч часов работ ы, что является расчетной статистической величиной. К тому же, производи тели используют для ее определения различные расчетные методики, поэто му сравнивать наработку на отказ, приводимую в спецификациях продукции разных компаний, нужно с особой осторожностью. Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - определяет ст епень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления , измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключен ном состоянии. Является важным показателем для настольных и мобильных с истем. Физический и логический объем накопителей . Н осители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число доро жек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типо м модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной инф ормацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного польз овательским данным. Физический объем жесткого диска, также, зависит от т ипа интерфейса, метода кодирования данных, используемого физического ф ормата и др. Производители накопителей указывают объемы дисков в миллио нах байт, предполагая исходя из десятичной системы исчисления, что в одн ом мегабайте 1000000 байт. Однако, ПО оперирует не десятичной, а двоичной систе мами, полагая, что в одном килобайте не 1000 байт, а 1024. Такие несложные разногл асия в системах исчисления приводят к несоответствиям при оценке объем а накопителей, данном в описании и - выдаваемом различными программными тестами. Одним из возможных, но не желательных способов повышения физической емк ости, для производителей, является увеличение емкости сектора. В настоящ ее время, стандартной емкостью сектора для IBM-совместимых компьютеров яв ляется 512 байт. Многие адаптеры позволяют, в процессе физического формати рования, программным путем, изменять емкость сектора, например, до 1024 байт. При этом, соотношение пользовательских данных и служебной информации д ля сектора улучшается, но снижается надежность хранения данных, т.к. тот ж е полином ECC будет использоваться для коррекции большего объема данных. О днако, выигрыш на физическом уровне еще не означает тот же результат на л огическом, т.к. логическая структура диска может оказаться не эффективно й, например, при использовании для работы с файлами малой длинны (менее 1 К). Логический же объем зависит от того, как операционная система или програ мма записывает информацию в сектора. В случае использования программ и о перационных систем с программной компрессией данных, можно повысить об ъем носителя на величину, зависящую от степени сжатия данных. Для оптимального использования поверхности дисков применяется так наз ываемая зонная запись (Zoned Bit Recording - ZBR), принцип которой состоит в том, что на внеш них дорожках, имеющих большую длину (а следовательно - и потенциальную ин формационную емкость на единицу площади), информация записывается с бол ьшей плотностью, чем на внутренних. Таких зон с постоянной плотностью за писи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более; соответс твенно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем на внутренних. Благодаря этому файлы, расположенные на дорожках с большим диаметром, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных на дорожках с меньшим диаметром, т.к. для них будет производится меньшее число позицио нирований с дорожки на дорожку. В ЖД последнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максима льное правдоподобие при неполном отклике) и S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технологи я самостоятельного слежения анализа и отчетности). Первая разработана п о причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно че тко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска - уровень помех и и скажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используе тся его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похоже сти (правдоподобия) делается заключение о приеме того или иного машинног о слова. Накопитель, в котором реализована технология S.M.A.R.T., ведет статистику свои х рабочих параметров (количество стартов/остановок и наработанных часо в, время разгона шпинделя, обнаруженные/исправленные физические ошибки и т.п.), которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или служ ебных зонах диска. Эта информация накапливается в течение всего периода эксплуатации и может быть в любой момент затребована программами анали за. По ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или п римерной вероятности выхода из строя. Контроллеры жестких дисков С обственно контроллер накопителя физически расположен на плате электро ники и предназначен для обеспечения операций преобразования и пересыл ке информации от головок чтения/записи к интерфейсу накопителя. Часто, к онтроллером называют интерфейс накопителя или интерфейс ПК с накопите лем, что в общем не верно. Контроллер жестких дисков представляет собой с ложнейшее устройство - микрокомпьютер, со своим процессором, ОЗУ и ПЗУ, сх емами и системой ввода/вывода и т.п.. Однако, в большинстве случаев, произв одители размещают их в одном или двух микро-чипах. Контроллер занимается множеством операций преобразования потока данн ых. Так как длинна дорожек неравна, данные на различные дорожки необходи мо записывать неравномерно. Это становится проблемой, по сравнению с гиб кими дисками, для носителей с высокой плотностью записи (число дорожек б олее 1000). Простые контроллеры, как правило, записывают одно и тоже количест во информации на каждую дорожку, независимо от ее длинны. Для этого контр оллер упаковывает данные более плотно, начиная с определенной по счету д орожки. Цилиндр, с которого начинается более плотная упаковка данных наз ывается цилиндром начальной прекомпенсации (Starting Cylinder for Precompensation - SCP). Для компенса ции искажения информации при чтении, запись данных производится с предв арительным смещением битов, которое учитывает искажения. Многие производители создают устройства, которые записывают различный объем информации на внутренние и внешние дорожки за счет размещения на них разного числа секторов. Это возможно, благодаря аппаратному скрытию от программ и пользователя физических характеристик устройства на уро вне его контроллера и/или интерфейса (устройства с IDE, EIDE и SCSI интерфейсами). П оэтому, накопители, как правило, имеют различное физическое и логическое число цилиндров. Также, в силу исторических причин, многие операционные системы, работающ ие с накопителями на ЖМД через BIOS, разработаны таким образом, что не могут о перировать числом цилиндров более 1024. Поскольку в настоящее время, накопи тели больших объемов (более 1Мб) имеют более 1024 физических цилиндра, то прим еняется программный пересчет, при котором, накопитель определяется его контроллером и процедурами BIOS как имеющий не более 1024 цилиндра, но имеющий некоторое нереальное число головок, поверхностей и секторов. Функция же пересчета для отыскания нужного сектора ложится либо на BIOS ПК, либо на BIOS ко нтроллера, либо на интерфейс. Данные, записываемые в сектора, защищаются от некоторых ошибок чтения/за писи при помощи расчета и записи вместе с ними контрольной суммы - кода ко нтроля ошибок (Error Correction Code - ECC). Записывая байты на диск, адаптер производит нако пление циклическим делением входных данных на специальный полином, ост атка от деления, который представляет уникальную комбинацию бит и запис ывается контроллером вместе с данными. Число байт ECC для каждого устройст ва определяется видом используемого полинома. При считывании данных пр оизводится аналогичное накопление и расчет контрольной суммы. В случае несовпадения результатов рассчитываемого и хранимого с данными ECC, прои зводится попытка восстановления - коррекции данных при помощи полинома, имеющихся данных и контрольной суммы. Число байт данных, которое может б ыть скорректировано, определяется порядком используемого полинома. Че м она выше, тем большее количество байт подряд может быть скорректирован о, но тем длиннее и сам код ECC. Используются разные полиномы и число байт ECC мо жет быть от 4 до 8 и более. Число же бит информации, требуемое для записи одно го байта, зависит от используемого метода кодирования. Необходимо отмет ить, что восстановление данных при помощи полинома и кода ECC происходит на уровне контроллера и прозрачно для программ и пользователя, однако, на о снове процедур BIOS программным путем можно получить информацию о том, была ли произведена процедура коррекции. Большинство современных накопителей поддерживают режимы работы контр оллеров Ultra DMA, DMA2, и PIO. DMA - Direct Memory Access - прямой доступ к памяти - режим взаимодействия ко нтроллера накопителя и интерфейса ПК, при котором обмен данными по интер фейсу осуществляется без участия центрального процессора ПК. Режим DMA по зволяет заметно разгрузить процессор по сравнению с режимом PIO (Programmed Input/Output - пр ограммный ввод/вывод), при котором все пересылки выполняет непосредстве нно центральный процессор ПК. Это достигается за счет использования спе циального контроллера и канала прямого доступа к оперативной памяти ПК, без участи центрального процессора. Все современные накопители могут р аботать в режиме DMA2, если это поддерживается операционной системой, а ско рость обмена при этом может достигать, в зависимости от модели, 16.6 Мб/с. А на копители и системы с поддержкой режима Ultra DMA, при использовании соответств ующего драйвера, могут передавать и принимать информацию со скоростью 33.3 Мб/с. Однако, это лишь предельно возможные скорости обмена данными контр оллера с буфером накопителя. Реальная же скорость чтения/записи даже в л учших моделях с интерфейсом ATA в настоящее время не превышает 10-11 Мб/с. Основ ная нагрузка при работе ложится именно на чтение/запись, передача данных в буфер и из буфера занимает лишь малую часть этого времени, и сам факт пе рехода на Ultra DMA, как правило, дает прирост лишь в единицы процентов. Но накоп ители с Ultra DMA, обычно, имеют высокую скорость вращения шпинделя, а следовате льно - и более высокую скорость чтения/записи. Физическое хранение, методы кодирования инфор мации К ак уже говорилось, информация на поверхностях накопителя хранится в вид е последовательности мест с переменной намагниченностью, обеспечивающ их непрерывный поток данных при считывании их при помощи последователь ного чтения. Вся информация и места ее хранения делятся на служебную и по льзовательскую информацию. Служебная и пользовательская информация хр анится в областях дорожек называемых секторами. Каждый сектор содержит область пользовательских данных - место, куда можно записать информацию , доступную в последующем для чтения и зону серво-данных, записываемых од ин раз при физическом форматировании и однозначно идентифицирующих се ктор и его параметры (используется или нет, физический адрес сектора, ЕСС код и т.п.). Вся серво-информация не доступна обычным процедурам чтения/зап иси и носит абсолютно уникальный характер в зависимости от модели и прои зводителя накопителя. В отличие от дискет и старых накопителей на ЖД, диски современных накопи телей проходят первичную, или низкоуровневую, разметку (Low Level Formatting) на специа льном заводском высокоточном технологическом стенде. В ходе этого проц есса на диски записываются служебные метки - серво-информация, а также фо рмируются привычные дорожки и сектора. Таким образом, если когда-то новы й накопитель нужно было "форматировать на низком уровне", то сейчас этого делать не то чтобы не нужно - это просто невозможно без специального слож нейшего оборудования, а различные "программы низкоуровневого форматир ования" чаще всего просто обнуляют содержимое секторов с проверкой их чи таемости, хотя порой могут и необратимо испортить служебную разметку и с ерво-информацию служебных секторов. Появление различных методов кодирования данных секторов связано, преж де всего, с техническими особенностями устройств хранения и передачи ин формации и желанием производителей наиболее полно использовать физиче ское пространство носителей информации. В настоящее время используетс я несколько различных методов кодирования данных. Частотная модуляция (Frequency Modulation - FM) - метод, использу емый в накопителях на сменных магнитных дисках. Иначе, кодирование метод ом FM можно назвать кодированием с единичной плотностью. Метод предполаг ает запись на носитель в начале каждого битового элемента данных бита си нхронизации. Битовый элемент определяется как минимальный интервал вр емени между битами данных, получаемый при постоянной скорости вращения диска носителя. Метод гарантирует, по меньшей мере, одну перемену направ ления магнитного потока за единицу времени вращения. Такой временной ин тервал соответствует максимальной продольной плотности магнитного по тока 2330 перемен на 1 см и скорости передачи данных – 125 Кбит/сек. Простота ко дирования и декодирования по методу FM определяется постоянной частотой следования синхроимпульсов. Однако, наличие этих бит синхронизации и яв ляется одним из недостатков данного метода, т.к. результирующий код мало эффективен с точки зрения компактности данных (половина пространства н осителя занимается битами синхронизации). Это один из первых методов, не используемый в настоящее время в накопителях на ЖД. Модифицированная частотная модуляция (Modified Frequency Modulation - MFM) - улучшенный метод FM. Модификация заключается в сокращении вдв ое длительности битового элемента - до 4 мкс и использовании бит синхрони зации не после каждого бита данных, а лишь в случаях, когда в предшествующ ем и текущем битовых элементах нет ни одного бита данных. Такой способ ко дирования позволяет удвоить емкость носителя и скорость передачи данн ых, по сравнению с методом FM, т.к. в одном и том же битовом элементе никогда н е размещаются бит синхронизации и данных, а на один битовый элемент прих одится только одна перемена направления магнитного потока. Также, в наст оящее время не используется. Запись с групповым кодированием (Run Limited Length - RLL) - мет од, полностью исключающий запись на диск каких-либо синхронизационных б ит. Синхронизация достигается за счет использования бит данных. Однако, такой подход требует совершенно иной схемы кодирования, т.к. простое иск лючение бит синхронизации приведет к записи последовательностей из од них нулей или единиц в которых не будет ни одной перемены полярности маг нитного потока. Метод RLL происходит от методов, используемых для кодирова ния данных при цифровой записи на магнитную ленту. При этом, каждый байт д анных разделяется на два полубайта, которые кодируются специальным 5-ти разрядным кодом, суть которого – добиться хотя бы одной перемены направ ления магнитного потока для каждой пары его разрядов. Что означает, необ ходимость наличия в любой комбинации 5-ти разрядных кодов не более двух с тоящих рядом нулевых бит. Из 32 комбинаций 5 бит такому условию отвечают 16. О ни и используются для кодирования по методу RLL. При считывании происходит обратный процесс. При применении метода кодирования RLL скорость передач и данных возрастает с 250 до 380 Кбит/с, а число перемен полярности магнитного потока до 3330 перемен/см. При этом длительность битового элемента снижаетс я до 2.6 мкс. Поскольку, максимальный интервал времени до перемены магнитно го потока известен (два последовательно расположенных нулевых бита), бит ы данных могут служить битами синхронизации, что делает метод кодирован ия RLL самосинхронизирующимся и самотактируемым. Интересным является тот факт, что метод MFM является частным случаем метода RLL. Для обозначения типа используемого RLL метода применяется аббревиатура вида: RLL2,7, RLL1,7, RLL2,8, RLL1,8, где перв ая цифра - минимальная, а вторая - максимальная длина последовательности бит - нулей, содержащихся между соседними единицами. Аббревиатура метода MFM в терминологии RLL записывается как RLL1,3. Модифицированная запись с групповым кодированием (Advanced Run Limited Length – ARLL) – улучшенный метод RLL, в котором, наряду с логическим уплотнением данных, производится повышение частоты обмена между контр оллером и накопителем. В настоящее время в накопителях на жестких дисках используются различн ые методы кодирования информации, разрабатываемые и патентуемые фирма ми-производителями на основе метода с групповым кодированием - ARLL. Выпуск аются также устройства с аппаратной компрессией данных на уровне интер фейса или контроллера в которых используется простое арифметическое с жатие информации перед записью и после считывания. Интерфейсы жестких дисков И нтерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий о бмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьюте ром. В настоящее время в настольных ПК IBM-PC, чаще других, используются две ра зновидности интерфейсов ATAPI - AT Attachment Packet Interface (Integrated Drive Electronics - IDE, Enhanced Integrated Drive Electronics - EIDE) и SCSI (Small Computers System Interface). Интерфейс IDE разрабатывался как недорогая и п роизводительная альтернатива высокоскоростным интерфейсам ESDI и SCSI. Инте рфейс, предназначен для подключения двух дисковых устройств. Отличител ьной особенностью дисковых устройств, работающих с интерфейсом IDE состо ит в том, что собственно контроллер дискового накопителя располагается на плате самого накопителя вместе со встроенным внутренним кэш-буфером. Такая конструкция существенно упрощает устройство самой интерфейсной карты и дает возможность размещать ее не только на отдельной плате адапт ера, вставляемой в разъем системной шины, но и интегрировать непосредств енно на материнской плате компьютера. Интерфейс характеризуется чрезв ычайной простотой, высоким быстродействием, малыми размерами и относит ельной дешевизной. Сегодня на смену интерфейсу IDE пришло детище фирмы Western Digital - Enhanced IDE, или сокращен но EIDE. Сейчас это лучший вариант для подавляющего большинства настольных систем. Жесткие диски EIDE заметно дешевле аналогичных по емкости SCSI-дисков и в однопользовательских системах не уступают им по производительност и, а большинство материнских плат имеют интегрированный двухканальный контроллер для подключения четырех устройств. Что же появилось нового в Enhanced IDE по сравнению с IDE ? Во-первых, это большая емкость дисков. Если IDE не поддерживал диски свыше 528 мегабайт, то EIDE поддерживает объемы до 8.4 гигабайта на каждый канал контрол лера. Во-вторых, к нему подключается больше устройств - четыре вместо двух. Рань ше имелся только один канал контроллера, к которому можно было подключит ь два IDE устройства. Теперь таких каналов два. Основной канал, который обыч но стоит на высокоскоростной локальной шине и вспомогательный. В-третьих, появилась спецификация ATAPI (AT Attachment Packet Interface) дающая возможность подклю чения к этому интерфейсу не только жестких дисков, но и других устройств - стриммеров и дисководов CD-ROM. В-четвертых - повысилась производительность. Накопители с интерфейсом IDE характеризовались максимальной скоростью передачи данных на уровне 3 м егабайт в секунду. Жесткие диски EIDE поддерживают несколько новых режимов обмена данными. В их число входит режим программируемого ввода-вывода PIO (Programmed Input/Output) Mode 3 и 4, которые обеспечивают скорость передачи данных 11.1 и 16.6 мегаба йт в секунду соответственно. Программируемый ввод-вывод - это способ пер едачи данных между контроллером периферийного устройства и оперативно й памятью компьютера посредством команд пересылки данных и портов ввод а/вывода центрального процессора. В пятых - поддерживается режим прямого доступа к памяти - Multiword Mode 1 DMA (Direct Memory Access) или Multiword Mode 2 DMA и Ultra DMA, которые поддерживают обмен данными в монопольном режиме (то е сть когда канал ввода-вывода в течение некоторого времени обслуживает т олько одно устройство). DMA - это еще один путь передачи данных от контроллер а периферийного устройства в оперативную память компьютера, от PIO он отли чается тем, что центральный процессор ПК не задействуется и его ресурсы остаются свободными для других задач. Периферийные устройства обслужи вает специальный контроллер DMA. Скорость при этом достигает 13.3 и 16.6 мегабайт а в секунду, а при использовании Ultra DMA и соответствующего драйвера шины - 33 ме габайт в секунду. EIDE-контроллеры используют механизм PIO точно так же, как эт о делают и некоторые SCSI-адаптеры, но скоростные адаптеры SCSI работают тольк о по методу DMA. В шестых - расширена система команд управления устройством, передачи дан ных и диагностики, увеличен кеш-буфер обмена данными и существенно дораб отана механика. Фирмы Seagate и Quantum вместо спецификации EIDE используют спецификацию Fast ATA для накоп ителей, поддерживающих режимы PIO Mode 3 и DMA Mode 1, а работающие в режимах PIO Mode 4 и DMA Mode 2 обо значают как Fast ATA-2. Интеллектуальный многофункциональный интерфейс SCSI был разработан еще в конце 70-х годов в качестве устройства сопряж ения компьютера и интеллектуального контроллера дискового накопителя . Интерфейс SCSI является универсальным и определяет шину данных между цент ральным процессором и несколькими внешними устройствами, имеющими сво й контроллер. Помимо электрических и физических параметров, определяют ся также команды, при помощи которых, устройства, подключенные к шине осу ществляют связь между собой. Интерфейс SCSI не определяет детально процесс ы на обеих сторонах шины и является интерфейсом в чистом виде. Интерфейс SCSI поддерживает значительно более широкую гамму периферийных устройст в и стандартизован ANSI (X3.131-1986). Сегодня применяются в основном два стандарта - SCSI-2 и Ultra SCSI. В режиме Fast SCSI-2 скорос ть передачи данных доходит до 10 мегабайт в секунду при использовании 8-раз рядной шины и до 20 мегабайт при 16-разрядной шине Fast Wide SCSI-2. Появившийся позднее стандарт Ultra SCSI отличается еще большей производительностью - 20 мегабайт в се кунду для 8-разрядной шины и 40 мегабайт для 16-разрядной. В новейшем SCSI-3 увелич ен набор команд, но быстродействие осталось на том же уровне. Все применя ющиеся сегодня стандарты совместимы с предыдущими версиями "сверху - вни з", то есть к адаптерам SCSI-2 и Ultra SCSI можно подключить старые SCSI-устройства. Интер фейс SCSI-Wide, SCSI-2, SCSI-3 - стандарты модификации интерфейса SCSI, разработаны комитетом ANSI. Общая концепция усовершенствований направлена на увеличение ширины шины до 32-х, с увеличением длинны соединительного кабеля и максимальной с корости передачи данных с сохранением совместимости с SCSI. Это наиболее ги бкий и стандартизованный тип интерфейсов, применяющийся для подключен ия 7 и более периферийных устройств, снабженных контроллером интерфейса SCSI. Интерфейс SCSI остается достаточно дорогим и самым высокопроизводитель ным из семейства интерфейсов периферийных устройств персональных комп ьютеров, а для подключения накопителя с интерфейсом SCSI необходимо дополн ительно устанавливать адаптер, т.к. немногие материнские платы имеют инт егрированный адаптер SCSI. Логическое хранение и кодирование информации Д ля обеспечения наиболее оптимальной производительности и работы накоп ителя как запоминающего устройства, а также, для улучшения программного интерфейса, накопители не используются системами в первичном виде, а в н их, на основе физически присутствующих структур - дорожек и секторов, исп ользуется логическая структура хранения и доступа к информации. Ее тип и характеристики зависят от используемой операционной системы и называ ется она - файловой системой. В настоящее время имеется достаточно много типов различных файловых систем, практически столько же, сколько и разли чных операционных систем, однако, все они основывают свои логические стр уктуры данных на нескольких первичных логических структурах. Рассмотр им их подробнее. Первый сектор жесткого диска содержит хозяйственную загрузочную запис ь - Master Boot Record (MBR) которая, в свою очередь, содержит заг рузочную запись - Boot Record (BR), выполняющуюся в процессе загрузки ОС. Загрузочна я запись жестких дисков является объектом атаки компьютерных вирусов, з аражающих MBR. За загрузчиком расположена таблица разделов - Partition Table (PT), содержа щая 4 записи - элементы логических разделов - Partitions. Завершается MBR специально й сигнатурой - последовательностью из 2-х байт с шестнадцатиричными знач ениями 55H и ААH, указывающая на то, что данный раздел, после которого располо жена сигнатура, является последним разделом в таблице. Ниже представлен а структура MBR. Название записи в MBR Длина, байт Загрузочная запись – Boot Record 446 Элемент таблицы разделов 1 – Partition 1 16 Элемент таблицы разделов 2 – Partition 2 16 Элемент таблицы разделов 3 – Partition 3 16 Элемент таблицы разделов 4 – Partition 4 16 Сигнатура окончания Partition Table 2 Каждый элемент таблицы разделов со держит информацию о логическом разделе. Первым байтом в элементе раздел а идет флаг активности раздела (0 - не активен, 128 (80H) - активен). Он служит для опр еделения, является ли раздел системным загрузочным и необходимости про изводить загрузку операционной системы с него при старте компьютера. Ак тивным может быть только один раздел. Небольшие программы, называемые ме неджерами загрузки (Boot Manager), могут располагаться в первых секторах диска. Он и интерактивно запрашивают пользователя с какого раздела производить загрузку и соответственно корректируют флаги активности разделов. За ф лагом активности раздела следует байт номера головки с которой начинае тся раздел. За ним следует два байта, означающие соответственно номер се ктора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый с ектор загрузчика операционной системы. Загрузчик операционной системы представляет собой маленькую программу, осуществляющую считывание в п амять начального кода операционной системы во время ее старта. Затем сле дует байт – кодовый идентификатор операционной системы, расположенно й в разделе. За байтом кода операционной системы расположен байт номера головки конца раздела, за которым идут два байта – номер сектора и номер цилиндра последнего сектора распределенного разделу. Ниже представлен формат элемента таблицы разделов. Название записи элемента Partition Table Длина,байт Флаг активности раздела 1 Номер головки начала раз дела 1 Номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора раздела 2 Кодовый иде нтификатор операционной системы 1 Номер голов ки конца раздела 1 Номер сектора и цилиндра после днего сектора раздела 2 Младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера начального сектора 4 Младшее и старшее двухбайтовое слово размера раздела в секторах 4 Завершают элемент раздела младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера первого сектора ра здела и размер раздела в секторах соответственно. Номера сектора и номер цилиндра секторов в разделах занимают 6 и 10 бит соо тветственно. Ниже представлен формат записи, содержащей номера сектора и цилиндра. Биты номера цилиндра Биты номе ра сектора 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Как было показано выше, для жест ких дисков типичной является ситуация, когда имеется четыре записи в таб лице разделов и соответственно четыре раздела. ОС MS-DOS использует только д ва из них, остальные резервируются на случай параллельного использован ия других операционных систем. Благодаря наличию такой структуры как MBR на одном физическом жестком нос ителе может располагаться несколько файловых систем различного типа р азличных операционных систем. Структуры MBR представляют собой важнейшую информацию, повреждение котор ой приводит к частичной или полной потере доступа к данным логических ус тройств жесткого диска и возможно, к невозможности загрузки операционн ой системы с поврежденного носителя. Логические разделы тоже имеют некоторую иерархическую структуру в зав исимости от типа и вида ОС и ее файловой системы. Так, первый раздел жесткого диска в MS-DOS называется главным разделом ( Primary Partition ), а второй расширенным ( Extended Partition ). Главный раздел всегда должен присутствовать на диске, с нег о происходит загрузка MS-DOS. Расширенного же раздела может не быть, он создае тся лишь в том случае, когда необходимо получить более одного логическог о устройства на физическом диске. Логический раздел размещает в себе так ие структуры файловой системы как логические диски или устройства, или т ома (оформленные как подразделы), загрузчик операционной системы, таблиц ы распределения файлов, области пользовательских данных в которых разм ещаются записи о каталогах и файлах и данные файлов. По своей структуре л огические подразделы или диски схожи с разделами. Основным отличием явл яется то, что их число может быть более четырех, а последний элемент каждо го показывает является ли он последним логическим подразделом раздела, или указывает на следующий элемент таблицы логических устройств или по дразделов. Таблица подразделов строится только на расширенной таблице разделов, каждый ее элемент соответствует логическому устройству с одн осимвольным именем D:, E: и т.д.. Главная таблица разделов содержит только одн о логическое устройство – диск С:. Таблица подразделов создается при со здании расширенной таблицы разделов, а число элементов таблицы подразд елов определяется пользователем. При определении числа логических уст ройств пользователь определяет и долю дискового пространства расширен ного раздела, отводимую каждому логическому устройству – задает объем логических дисков. В дальнейшем, число и объем логических устройств не м ожет быть изменено без потери данных, расположенных на перераспределяе мых логических устройствах. На основе разделов в MS-DOS и Windows 95 ориентированных ОС создается дальнейшая структура. Так в таких системах основной единиц ей хранения информации является кластер (cluster) - группа секторов. В таком слу чае, для распределения минимального дискового пространства в один байт выделяется целый кластер, содержащий много секторов и еще больше байт (к илобайты), что приводит к нерациональному использованию пространства Ж Д для мелких файлов. Для доступа к каждому кластеру создается таблица со ответствия номеров кластеров файлам на логическом разделе - таблица рас пределения файлов (File Allocation Table - FAT). Поэтому, файловые систем такого типа называю т типа FAT, или построенные по принципу FAT. Это не самый оптимальный, но доволь но быстрый способ организации информации на разделах, поэтому он "дожил" до наших дней с незапамятных времен зори цивилизации ПК, где использовал ся исключительно для накопителей на гибких магнитных дисков. Все осталь ные логические структуры - файлы или каталоги связаны локализацией с FAT. Для других ОС, например, UNIX - использование разделов происходит иначе. Как п равило, их может быть более четырех, все они равноправны и одинаково могу т быть загрузочными, содержат собственные файловые системы на основе i-у злов. Такие файловые системы являются теговыми и не имеют таблиц распред еления порций информации. Дисковое пространство распределяется посект орно, что дает максимально возможное использование пространства разде ла, но несколько снижает производительность. Весь раздел разбивается на иерархически связанную цепочку узлов разного уровня, которым соответс твует некоторое количество секторов. На основе узлов строится понятие ф айлов и каталогов, и в таких системах файлы и каталоги действительно не р азличаются, т.к. каталог является файлом, содержащим структуру узлов. Оди н раздел отводится для дискового свопа и имеет упрощенную структуру, т.к. никогда не содержит файлов и каталогов. Существуют и другие принципы организации логической структуры дисково го пространства разделов накопителей на ЖД. Все разделы могут содержать загрузчик операционной сист емы , который располагается, как правило, в первом секторе и з анимает один сектор. В этом секторе располагаются структуры - записи, име ющие отношение лишь к конкретной операционной системе и следовательно они могут отличаться для разных разделов и версий операционных систем. М ногие специализированные программы (например, защиты данных, по борьбе и профилактике вирусов и др.) могут изменять структуру или отдельные част и загрузчика операционных систем. Загрузчик большинства персональных однопользовательских операционных систем является объектом заражени я вирусами, которые заражают загрузочные сектора жестких дисков. Физическое и логическое подключение жестких д исков К акие же необходимо подключить разъемы и установить перемычки и другие о перации при физической установке накопителя на жестких дисках? Это - инт ерфейсный шлейф, кабель питания, перемычки выбора статуса логического у стройства и, возможно, индикатор состояния устройства (обращения к устро йству), а также программное распознавание процедурой BIOS компьютера. Интерфейсный шлейф . Как правило, интерфейсны й шлейф соответствующего интерфейса (ATA или SCSI) входит в состав поставки ма теринской платы (если на ней интегрирован интерфейсный адаптер) или в со став отдельного адаптера и представляет собой плоский одинарный или дв ойной шлейф. Многие шлейфы комплектуются двумя разъемами для подключен ия двух устройств, что может быть полезно при добавлении еще одного нако пителя в будущем. Один из концевых разъемов на шлейфе подсоединяется к р азъему контроллера на плате (материнской или внешнего контроллера, подк лючаемого к шине материнской платы как устройство расширения через сло т расширения шины PCI, ISA или VLB), а два других предназначены для накопителей. Ка к и на всех других шлейфах, первый проводник на IDE-кабеле помечен красным ц ветом. Его следует подключать к первому контакту разъемов на плате и на с амом накопителе, которые хорошими производителями помечаются цифрой "1". Как правило, первый контакт интерфейсного кабеля на плате накопителя пр иходится на ту сторону разъема, что ближе к разъему питания. Если интерфе йсный шлейф подсоединить неправильно, то, обычно, BIOS накопителя и интерфе йса не могут стартовать и зависают на начальной стадии тестирования дис ковой системы, при этом ПК не грузится и не отрабатывает процедура "Post". Шле йфы интерфейсов ATA и SCSI подключаются аналогично, хотя многие SCSI контроллеры подключаются не одним, а двумя шлейфами. Кабель питания подключается аналогично на в сех устройствах посредством 4-х контактного стандартного разъема и четы рехпроводного кабеля. Питание практически невозможно подключить непра вильно, т.к. разъем содержит направляющие фаски, однако, в противном случа е, накопитель сразу же выйдет из строя. Перемычки . При подключении первого ATA или SCSI нак опителя вся процедура выполняется аналогично, т.к. основные установки об ычно устанавливаются на заводе изготовителе для одиночного устройства (master или single). Однако, при подключении второго накопителя ATA необходимо устано вить перемычки, определяющие логический статус второго устройства, под ключаемого либо к тому же каналу контроллера, что и первый, либо - ко второ му каналу. Если устройство IDE подключается первым на канал, то на нем необх одимо установить перемычку выбора кабеля логического устройства в пол ожение master, (для одного единственного накопителя также может быть особое п оложение перемычки - single). При подключении вторым устройством на том же шле йфе - к тому же каналу, что и первое устройство, на втором накопителе необх одимо установить перемычку в положение slave или cable select. Необходимо отметить, ч то два устройства на одном шлейфе (на одном канале), подключенные неправи льно, опознаваться и работать не будут, а master устройство является загрузоч ным и ведущим, в то время как, slave устройство является ведомым и работает не сколько медленнее. Необходимо также подчеркнуть, что производительнос ть двух ATA накопителей на одном канале несколько ниже, чем одиночного, чег о нельзя сказать о нескольких SCSI накопителях, подключенных к одному контр оллеру SCSI. Рекомендуется не подключать к одному и тому же каналу накопитель на ЖД и CD-ROM, т.к. такое подключение снижает производительность накопителя с интер фейсом ATA. Единственный и последний накопитель SCSI, подключенные к одному контролле ру, должны содержать плату резисторной сборки или нагрузочную резистор ную сборку, или перемычку ее включающую (устанавливается на заводе) и име ть каждый свое положение перемычек, определяющих логический номер устр ойства. Необходимо отметить возможную поддержку накопителем и адаптер ом SCSI стандарта SCAM (SCSI Configuration AutoMatically), позволяющий программным путем автоматически установить требуемые идентификаторы логических номеров подключенных к адаптеру SCSI-устройств. А практически все выпущенные в последнее время н акопители и адаптеры, как правило, поддерживают этот стандарт. Раскладка перемычек к накопителям, как правило, приводится на верхней кр ышке устройства и/или в руководстве пользователя. Многие накопители содержат разъем для подключения индик атора состояния накопителя , расположенного на передней па нели корпуса ПК. Однако, большинство интегрированных и внешних интерфей сных карт, также имеют такой разъем, поэтому, целесообразнее будет подкл ючаться именно к нему, т.к. при смене накопителя не будет необходимости в т аком подключении. После завершения физического подключения необходимо произвести программное распознавание и подключение накопи теля. Для устройств с интерфейсом ATA (IDE, EIDE) необходимо выставить процедурой BIOS Standard CMOS Setup или аналогичной такие параметры накопителей как число цилиндро в (cyls), головок (head) и секторов (sector), а также режим использования (normal, large или LBA), исполь зуя для этого пользовательский тип накопителя (type) - номер 47. Однако, для обле гчения данной задачи, особенно, если такие параметры неизвестны или труд нодоступны, все современные BIOSы материнских плат содержат процедуру авт оматического распознавания накопителей на ЖД с интерфейсом ATA (ID E, EIDE) - IDE HDD Autodetection. Это более необходимо еще и по причине представления несоответ ствия физического и логического числа цилиндров, головок и секторов для накопителей с числом цилиндров более 1024 и объемом более 540 Мб. В настоящее в ремя, для таких накопителей производители обеспечивают три различных р ежима работы BIOS с накопителем на жестких дисках – Normal, Large и LBA (Large Block Access) и, соответс твенно, три различных режима работы интерфейса. Причины возникновения э тих режимов кроются в совместимости низкоуровневого ПО для серии клоно в IBM-PC. Ранее, задолго до появления накопителей на жестких магнитных дисках большого объема, программисты, создающие низкоуровневое ПО, работающее с аппаратурой ПК, к которому обращается операционная система и прикладн ые программы, определили интерфейс работы программного кода с процедур ами BIOS и не позаботились о том, чтобы можно было сообщить номер читаемого и ли записываемого цилиндра больший 1024. В настоящее время, большинство нако пителей большого объема (более 540Мб) имеют число цилиндров гораздо больше е 1024. Использование такого накопителя в обычном режиме normal давало бы возмож ность использовать только часть объема устройства (приблизительно 540 Мб). Данные ограничения и проблемы ни в коей мере не касаются ОС не использую щих процедуры BIOS и выполняющих все операции управления интерфейсами дис ковых накопителей самостоятельно, а также накопителей с интерфейсом SCSI. Т акими системами традиционно являются UNIX-ориентированные ОС и Windows NT. Режимы La rge и LBA дают возможность обойти эти ограничения для ОС типа MS-DOS путем специал ьного пересчета и уменьшения числа цилиндров за счет программного вирт уального увеличения числа секторов и головок. Наиболее предпочтительн ым является режим LBA, допускающий большую совместимость и позволяющий ис пользовать накопители большего объема (до 8.4 Гб, против 1Гб - для режима Large). Не обходимо помнить, что если накопитель был отформатирован ОС на высоком у ровне в режиме LBA, то в других режимах он будет работать ненормально и може т испортиться, то же касается и остальных параметров, неправильная устан овка которых может привести к частичной или полной неработоспособност и и даже к поломке накопителя. Для накопителей с интерфейсом SCSI, контроллер которых снабжен собственно й BIOS и процедурой setup, необходимо вызвать данную процедуру во время загрузк и ПК путем нажатия соответствующей комбинации клавиш (такие комбинации различны у адаптеров различных производителей, а указание на них привод ится в строках инициализации интерфейса, возникающих на экране монитор а после включения ПК). Так как процедуры setup существенно различаются, то общ ей рекомендацией будет найти и выполнить программу тестирования или оп ределения устройств и их логических номеров, подключенных к интерфейсу. Часто, такая процедура выполняется автоматически и входит в состав тест ирующих процедур для PnP BIOSов. Физическое положение, в котором работают современные ЖД, не играет больш ой роли. Большинство накопителей может работать и горизонтально, и верти кально, и на боку, и в наклонном положении, однако, встречаются накопители , в руководстве к использованию которых не рекомендуется располагать ус тройство, например, платой электроники вверх или иначе, поэтому, перед ус тановкой внимательно познакомьтесь с руководством пользователя. Главн ое, во время работы не подвергать накопитель резким толчкам и сильной ви брации, т.к. при этом создается максимальная угроза повреждения поверхно стей дисков головками чтения/записи. В выключенном состоянии головки за паркованы и небольшая вибрация и толчки не могут повредить накопитель. Работа накопителя Т еперь рассмотрим процесс работы накопителя от запуска до остановки. При подаче питающих напряжений начинает работать микропроцессор контролл ера. Вначале он, как и компьютер, выполняет самотестирование и в случае ег о успеха запускает схему управления двигателем вращения шпинделя. Диск и начинают раскручиваться, увлекая за собой прилегающие к поверхностям слои воздуха, и при достижении некоторой скорости давление набегающего на головки потока воздуха преодолевает силу пружин, прижимающих их к дис кам, и головки "всплывают", поднимаясь над дисками на доли микрона. С этого момента, вплоть до остановки дисков, головки не касаются дисков и "парят" н ад поверхностями, поэтому ни диски, ни сами головки практически не изнаш иваются. Тем временем, двигатель шпинделя продолжает раскручивать пове рхности. Его скорость постепенно приближается к номинальной (тысячи обо ротов в минуту). В это время накопитель потребляет максимум питающего на пряжения и создает предельную нагрузку на блок питания компьютера по на пряжению 12 Вольт. Поскольку в любой зоне дисков присутствует серворазме тка, то сервоимпульсы начинают поступать с головок сразу же после начала вращения, и по их частоте контроллер судит о скорости вращения дисков. Си стема стабилизации вращения следит за потоком сервоимпульсов, и при дос тижении номинальной скорости происходит так называемый "захват", при кот ором любое отклонение скорости вращения сразу же корректируется измен ением тока в обмотках двигателя. После достижения шпинделем номинально й скорости вращения освобождается фиксатор позиционера головок чтения /записи, и система его управления проверяет способность поворачиваться и удерживаться на выбранной дорожке путем выборочного произвольного п озиционирования. При этом делается серия быстрых поворотов в разные сто роны, что на слух выглядит как характерное "тарахтение", слышимое через не сколько секунд после старта. Во время перемещения позиционера головок п роисходит слежение за поступающими с головок серво-импульсами, и систем а управления всегда "знает", над сколькими дорожками прошли головки. Анал огично происходит и удержание головок над выбранной дорожкой - при откло нении от центра дорожки изменяется во времени величина и форма серво-имп ульсов. Система управления может ликвидировать отклонение, изменяя ток в обмотках двигателя позиционера головок. Во время тестирования привод а головок заодно делается и его калибровка - подбор параметров управляющ их сигналов для наиболее быстрого и точного перемещения позиционера пр и минимальном количестве "промахов". Здесь нужно сказать, что микрокомпь ютер ЖД, как и компьютер, имеет ПЗУ, в котором записана BIOS накопителя - набор программ для начального запуска и управления во время работы, и ОЗУ, в кот орое после раскрутки механической системы загружаются остальные части управляющих программ. Кроме всего прочего, в ОЗУ загружается так называ емая карта переназначения дефектных секторов, в которой отмечены дефек тные секторы, выявленные при заводской разметке дисков. Эти секторы искл ючаются из работы и иногда подменяются резервными, которые имеются на ка ждой дорожке и в специальных резервных зонах каждого диска. Таким образо м, даже если диски и имеют дефекты (а при современной плотности записи и ма ссовом производстве поверхностей носителей они имеют их всегда), для пол ьзователя создается впечатление "чистого" диска, свободного от сбойных с екторов. Более того - на каждом диске накопителя имеется некоторый запас резервных секторов, которыми можно подменить и появляющиеся впоследст вии дефекты. Для одних накопителей это возможно сделать под управлением специальных программ, для других - автоматически в процессе работы. Хран ение подобной служебной информации на дисках, кроме очевидной выгоды, им еет и свои недостатки - при ее порче микрокомпьютер не сможет правильно з апуститься, и, даже, если все информационные секторы не повреждены, восст ановить их можно будет только на специальном заводском стенде. После начальной настройки электроники и механики микрокомпьютер ЖД пе реходит в режим ожидания команд контроллера, расположенного на системн ой плате или интерфейсной карте, который в свою очередь программируется процедурами собственной BIOS или BIOS компьютера под управлением ОС. Получив к оманду, он позиционирует на нужный цилиндр, по сервоимпульсам отыскивае т нужную дорожку, дожидается, пока до головки дойдет нужный сектор, и выпо лняет считывание или запись информации. Если контроллер запросил чтени е/запись не одного сектора, а нескольких - накопитель может работать в бло чном режиме, используя ОЗУ в качестве буфера и совмещая чтение/запись не скольких секторов с передачей информации к контроллеру или от него. Современные накопители (как ATA, так и SCSI) поддерживают развитую систему ком анд управления устройством среди которых имеются и такие, которые позво ляют остановить вращение шпинделя и перевести накопитель в ждущий режи м. Данный режим используется ПО ОС и BIOSов ПК для обеспечения стандартов со хранения энергии и работы процедур системы сохранения энергии, отключа ющих накопитель через некоторое время после ожидания его использовани я. Необходимо отметить, что не следует злоупотреблять частой остановкой и включением накопителя, т.к. именно во время разгона накопитель работае т в форсированном режиме и изнашивается сильнее, нежели при нормальной э ксплуатации в полностью рабочем активном состоянии. Использовать возм ожности сохранения энергии процедур BIOS и ОС следует лишь на машинах-серве рах, работающих круглосуточно, дисковые операции на которых могут не вып олняться по нескольку часов, в то время как, вся система должна находитьс я в состоянии полной готовности. При выключении питания двигатель шпинделя работает в режиме генератор а, обеспечивая питание плат электроники на время, необходимое для коррек тного завершения работы. Прежде всего, блокируется подача тока записи в магнитные головки, чтобы они не испортили информацию на поверхностях, а остаток энергии подается в обмотки привода головок, толкая их к центру д исков (в этом движении головкам помогает и естественная скатывающая сил а, возникающая при вращении дисков). Как правило, для того чтобы запаркова ть головки достаточно одной скатывающей силы. Дойдя до посадочной зоны, привод головок защелкивается магнитным или механическим фиксатором ещ е до того, как головки успеют коснуться поверхности в результате падения скорости вращения дисков. В этом и состоит суть "автопарковки" - любой исп равный накопитель всегда запаркует головки, как бы внезапно не было выкл ючено питание, однако, если в этот момент происходила запись информации, то для пользователя последствия могут быть весьма печальными из-за недо писанных или необновленных, как областей данных, так и управляющих струк тур файловой системы ПК, независимо от типа и вида установленной ОС. Как выбрать жесткий диск Н есомненно, что при обилии предложения такой высокотехнологичной проду кции как накопители на жестких дисках неквалифицированному пользовате лю бывает трудно сделать свой выбор. Это усугубляется еще и тем, что непра вильный выбор комплектующих в другой части ПК, например видеокарты, или даже материнской платы, в худшем случае, будет выражаться в потраченных зря средствах, суммой равной стоимости комплектующих. В случае же внезап ного отказа жесткого диска, потери предприятия или частного пользовате ля, как правило, заключаются не только в сумме, необходимой для приобрете ния нового накопителя, или ремонта старого. Часто это лишь крохи по сравн ению со стоимостью восстановления данных и программ, хранившихся на уст ройстве. Поэтому, к выбору накопителя на ЖД следует относиться с особой в нимательностью и ответственностью и ни в коем случае не следует экономи ть на таком оборудовании. Итак, вы решили приобрести первый накопитель, дополнительный или сменит ь уже существующий на устройство большего объема. В качестве первой реко мендации можно посоветовать не покупать диск, бывший в употреблении. Сэк ономленные деньги могут стоить вам потерянной информации, так как вероя тность выхода из строя такого диска значительно выше, да и на хороший гар антийный срок рассчитывать не приходится. Кроме того, покупая устаревшу ю модель накопителя, вы обрекаете ПК на то, что спустя короткий промежуто к времени, например, через год, вопрос о необходимости покупки нового дис ка станет снова. Также, лучше при установке нового диска убрать старый, чт о позволит избежать проблем с несовместимостью и заниженной производи тельностью. Какой же диск можно в настоящий момент назвать современным? Современный накопитель на ЖД должен иметь достаточный объем для установки любой ОС п ерсонального ПК и соответствовать стандартам, появившимся в течение по следних трех лет. Так, к примеру, сейчас объем должен быть не ниже 1-3 Гбайт (н акопители с меньшей емкостью, как правило, относятся к устаревшим сериям и моделям). Среднее время доступа к данным - менее 13 мс (у лучших - менее 8!). Ско рость вращения дисков (шпинделя) - более 4500 об/мин (для быстрых - 5400, а для самых последних моделей - 7200 и 10000). Интерфейс - EIDE или SCSI-3 (у самых современных - Ultra ATA или Ultra Wide SCSI соответственно). Скорость передачи данных - более 10 Мбайт/с (а для быст рых накопителей последних моделей - до 40 Мбайт/с). Форм-фактор (диаметр диск ов и требуемый размер отсека под установку) - 3,5 дюйма. После рассмотрения основных технико-эксплуатационных характеристик н еобходимо определиться с типом интерфейса. Так как большинство материн ских плат для персональных компьютеров имеют встроенный интегрированн ый интерфейс Ultra ATA IDE, производительность и другие характеристики накопите лей с этим интерфейсом постоянно улучшаются, а стоимость (по сравнению с аналогичными моделями SCSI включая стоимость интерфейсной карты) остаетс я достаточно низкой, можно смело рекомендовать для настольной офисной, д омашней или учебной системы накопитель с интерфейсом Ultra ATA IDE. И только в слу чае комплектации мощных серверов распределенных баз данных и сетевых м ногопользовательских систем с большим числом пользователей необходим о ориентироваться на систему с SCSI интерфейсом, стоимость которого будет в ыше аналогичной или более производительной Ultra ATA приблизительно на 250 у.д.е - т.е. на стоимость интерфейсной карты SCSI. Если же, система уже оснащена интег рированным или внешним интерфейсным адаптером SCSI (причем, желательно, что бы это не был адаптер сканера, т.к. для сканирующих устройств SCSI интерфейсы , как правило, упрощены и малопроизводительны), то, конечно же, следует уст ановить SCSI накопитель. Приобретая SCSI-адаптер желательно остановиться на м одели, отвечающей спецификации Plug&Play. Исходя из имеющихся средств, постара йтесь приобрести адаптер одного из последних стандартов SCSI, т.к. он не буде т ограничивать скорость передачи данных, но позволит установить диски п редыдущих стандартов SCSI. При наличии в компьютере свободных слотов расши рения PCI, предпочтительнее покупать адаптер для этой более производител ьной шины. В общем случае можно порекомендовать адаптеры фирмы Adaptec (http://www.adaptec.com), отличающиеся простотой установки и конфигурации. Конечно, к основной рекомендации можно отнести принцип - покупайте проду кцию только известных фирм, имеющую длительную гарантию (1-3 года и дольше) и устойчивую репутацию. Какие же компании в настоящее время являются лид ерами на рынке производителей накопителей на жестких магнитных дисках? Ниже приводится перечень крупнейших компаний и краткое описание их про дукции. Seagate Technology, Inc. . Корпорация, стоявшая у истоков разработки накопител ей на жестких дисках для первых моделей IBM-PC. Еще и сейчас на многих ископае мых но работающих ХТ и 286-х машинах можно встретить живые накопители этой фирмы объемом 20 мегабайт, проработавшие почти 20 лет и не имеющие ни единог о "бед" блока. Компания выпускает EIDE и SCSI диски с высоким быстродействием, по самым передовым технологиям. Известна сериями дисков Medalist и Barracuda. В тестах жу рнала PC World эти накопители неоднократно отмечались как одни из самых быстр ых и малошумных ("Best Buy" журнала PC World). Расположение и маркировка перемычек удоб ны и понятны. Корпус Seagate Medalist имеет хорошую защиту электронных компонентов о т механических повреждений. В комплекте стандартной поставки идет утил ита для Windows - DiscWizard, наиболее полно обеспечивающая установку и разметку. SCSI дис ки Seagate серии Barracuda соответствуют самым современным стандартам, включая Ultra SCSI. Ф ирма предоставляет длительную (до 5 лет) гарантию на свои изделия. Необход имо отметить, что для дисков Seagate некоторыми российскими фирмами установл ена, пожалуй, самая длительная гарантия - 4 года. Quantum Corporation . Одна из лидирующих компаний по выпуску как SCSI, так и EIDE д исков. Наиболее распространены диски серий Pioneer и Fireball. Эти диски сертифициро ваны для использования с Windows 95 и Windows NT и используют, так же, как и Western Digital, технолог ию S.M.A.R.T. для предупреждения о возможных сбоях. В серии Fireball выпускаются EIDE и SCSI м одификации, при этом диски EIDE имеют одни из самых лучших показателей быст родействия. Компания является разработчиком нового стандарта для диск ов EIDE - Ultra ATA, обеспечивающего скорости передачи данных до 33,3 Мбайт/с и более вы сокую надежность обмена данными. Однако, продукция Quantum имеет довольно сре дние показатели ударозащищенности, к тому же конструкция дисков содерж ит много открытых элементов, т. е. велика опасность физических поврежден ий и выхода из строя из-за воздействия статического электричества. Станд артный гарантийный срок фирмы - 3-5 лет. Samsung Electronics . Бурно развивающийся компьютерный гигант, ко торый еще недавно практически не мог конкурировать с ведущими производ ителями накопителей всех видов, в настоящее время планирует занять до 9% р ынка в области производства дисковых магнитных и оптических накопител ей. Производство жестких дисков организуется по новейшим технологиям. С оответственно, можно ожидать высокого уровня надежности продукции, что не относится к старым моделям. Существенным стимулом для покупки диска Samsung может быть его невысокая стоимость. Fujitsu . Японская компания, известная прежде всего демпинговыми це нами своей продукции на мировом компьютерном рынке. В дисках этой фирмы также использованы передовые технологии, такие, как S.M.A.R.T., и собственная те хнология энергосбережения Intelligent Power Management. Диски имеют невысокий уровень шума и, в целом, средние значения показателей быстродействия. В качестве недо статков можно упомянуть нестандартные расположение и маркировку перем ычек; специфическую, не содержащую полной жесткой станины, конструкцию к орпуса; достаточно средние характеристики удароустойчивости и большое количество открытых элементов, незащищенных от механических поврежде ний. Также, существенным стимулом для покупки дисков Fujitsu является их невыс окая стоимость. IBM PC Company . Один из старейших производителей не только PC, но и жестких дисков. Про изводит как SCSI так и EIDE накопители. К наиболее известным относится серия Deskstar. Диски имеют отличную производительность и быстродействие. Однако, марк ировка и расположение перемычек нестандартны. Фирма гарантирует совме стимость с Windows 95, Windows NT и OS/2. Гарантия на диски - до 3 лет. В комплект поставки входи т утилита Disk Manager, обеспечивающая быструю установку и разметку. Накопители IBM также достаточно дешевы и могут быть рекомендованы в качестве надежной альтернативы накопителям Seagate. Western Digital Corporation несомненно относится к ведущим производителям жестких дис ков. Компания является разработчиком первой спецификации IDE. Наиболее из вестна именно дисками EIDE, занимающими львиную долю западного и российско го рынка HDD. Ее накопители можно охарактеризовать как имеющие высокие ско ростные характеристики. Накопители просты в установке (имеют удобное ра сположение и понятную маркировку перемычек. Современная серия EIDE дисков носит название Caviar и использует технологию S.M.A.R.T.. Диск Western Digital Caviar 22100 получил высшу ю оценку ("Best Buy") журнала PC World среди IDE дисков. EIDE диски WD имеют высокие показатели ударозащищенности. В настоящее время компания выпускает SCSI диски серии Enterprise, поддерживающие наиболее современные спецификации Ultra SCSI, имеющие высо кие характеристики и длительную гарантию (до 5 лет). Все накопители сертиф ицированы на совместимость с Novell, Windows 95 и Windows NT. В комплект поставки входит утил ита EZ Drive, облегчающая разбиение и форматирование дисков. К сожалению, необ ходимо отметить, что в 1997 году фирмой были отмечены некоторые серьезные н едостатки для очень небольшого числа выпущенных накопителей, которые б ыли впоследствии исправлены. Поэтому, приобретая диски этой фирмы, необх одимо удостовериться по маркировке, что они выпущены не в 1997 году. Кроме то го, необходимо обратить внимание на совместимость с платами AsusTek. С подробн остями о контроле качества компанией Western Digital, исправленными ошибками и о но вом ПО можно ознакомиться на узле WD в Интернет.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Я сегодня лягу в десять!.. минут второго.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по информатике и информационным технологиям "Накопители на жестких дисках", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru