Накопители на магнитных дисках

 

 

Работу внешних запоминающих устройств рассмотрим на примере трех групп наиболее используемых устройств: накопители на магнитных дисках, оптические носители и флэш-накопители.

Основу накопителей первой группы составляют магнитные диски, представляющие собой набор круглых сгибаемых и несгибаемых пластин, покрытых магнитным материалом со специальным свойством (прямоугольная петля гистерезиса), позволяющим фиксировать два направления намагниченности, которые соответствуют 0 и 1 в двоичном коде. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими.

Получившие наибольшее распространение форм-факторы магнитных дисков (МД) (геометрические размеры) – 5,25 дюйма, 3,5 дюйма, 2,5 дюйма, 1,8 дюйма.

Информация на МД записывается и считывается магнитными головками, перемещающимися вдоль концентрических окружностей – дорожек (треков). Количество дорожек зависит от различных факторов. Совокупность дорожек МД, находящихся на разных пластинах дисках и на одинаковом расстоянии от его центра, называется цилиндром. МД разбиты на сектора (как в разбивается окружность на сектора в геометрии) являющиеся минимальными физическими элементами хранения и адресации данных. Размер сектора определен в 512 байт.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) или просто дискеты на данный момент заканчивают свой жизненный цикл, производство их либо существенно сокращено, либо прекращено примерно с 2006 года. Поэтому, как только закончатся складские запасы производителей и дистрибьюторов этот вид носителей исчезнет. НГМД имеют форм-факторы 5,25’’ и 3,5’’.

Накопители на жестких МД (НЖМД) или HDD (Hard Disk Drive) представляют собой главные внешние запоминающие устройства ЭВМ и состоят из МД, головок чтения/записи, механизма привода головок, двигателя привода дисков, печатной платы с электронной схемой управления, разъемов, элементов конфигурирования и монтажа.

Емкость накопителя на МД определяется по формуле:

Общий объем (байт) = С * Н * S * 512, где С – количество цилиндров, Н – количество головок, S – количество секторов.

Емкость измеряется в Кб (кило = 103 байт), Мб (мега = 106 байт), Гб (гига = 109 байт), Тб (тера = 1012 байт).

Для того чтобы накопитель на МД «понимала» операционная система он должен иметь соответствующую логическую структуру. Для обращения к информации используется кластер – минимальная логическая единица доступа к информации. Каждый кластер имеет уникальный номер и используется для хранения файлов, при этом он всегда либо свободен, либо монопольно занят каким-либо файлом. Поэтому даже файл в несколько байт занимает целый кластер, что не очень удобно. Оставшееся свободное место в кластере не используется, поэтому чем больше размер кластера, тем выше потери свободного места на диске. Один кластер занимает несколько секторов.

Для нормального использования МД должен быть размечен и разбит с помощью специального процесса, называемого форматированием. В процессе низкоуровневого форматирования (заводского или специальными утилитами) дорожки разбиваются на сектора, формируется межсекторное пространство, записываются префиксы и суффиксы секторов. Во всех современных накопителях применяется зонная запись, при которой количество секторов на дорожке является переменным. Дорожки, более удаленные от центра, а значит, и более длинные, содержат большее количество секторов, и наоборот. Однако, BIOS «думает», что секторов на любой дорожке 63, преобразование осуществляется контроллером винчестера. При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем в каждой зоне на дорожках свое количество секторов. Зон бывает 10 и более.

При форматировании высокого уровня в тома заносится загрузочный сектор тома (VBS – volume Boot Sector), записываются или переписываются таблицы FAT (File Allocation Table) и корневой каталог. Как видно, данные не удаляются, всего лишь переписываются загрузочные данные для работы с операционной системой, и теряется их описание и каталог.

ПРИМЕЧАНИЕ

Первый жесткий диск был сконструирован компанией IBM и носил маркировку «30/30», что соответствовало обозначению популярного ружья «винчестер», отсюда название и «переползло» на жесткие диски. Первым серийным HDD стал пятидюймовый ST-506 емкостью 6 Мбайт, который был выпущен компанией Seagate в 1979 году, и стал основой всех последующих накопителей.

Основным параметром помимо емкости является скорость вращения (RPM) шпинделя, которая у современных НЖМД составляет 5400, 7200, 10000, 15000 об./мин. Чем она выше, тем выше скорость обмена информацией.

Таблица 3.5. Параметры стандартов НЖМД

Стандарт (интерфейс)

Год появления

Название

Режим передачи

Скорость, Мб/сек

ATA-1

1989/1994

IDE

PIO mode 0, 1, 2

3,3-8,3

ATA-2

1995

EIDE, FIDE

PIO mode 3, 4, 5

11,1/16,7/20,0

ATA-3

1997

EIDE, FIDE

PIO mode 3, 4, 5

11,1/16,7/20,0

ATA-4

1998

UATA/33

UDMA mode 2

33

ATA-5

1999

UATA/66

UDMA mode 4

66

ATA-6

2000

UATA/100

UDMA mode 5

100

ATA-7

2002

UATA/133

UDMA mode 6

133

Serial ATA

2003

Serial ATA-150

 

150

2005

Serial ATA-300

 

300

2007

Serial ATA-600

 

600

Скорость передачи данных максимальна на внешних дорожках, где количество физических секторов наибольшее. Максимальную скорость передачи данных MDTR (Maximum Data Transfer Rate) в мегабайтах в секунду по следующей формуле:

MDTR = SPT * 512 * RPM / 60 / 1000000,

где SPT – количество секторов на дорожке в среднем, а 512 – количество байт в секторе, а 60 – количество секунд в минуте.

Кроме того, очень важным показателем является объем буферной памяти. Этот показатель сильно влияет на скорость передачи данных и позволяет повысить эффективность и производительность НЖМД. На данный момент в свободной продаже имеются диски с объемом буферной памяти 16 Мб.

И, наконец, последним параметром, на который следует обратить внимание, является интерфейс НЖМД (см. таблицу 3.5). Уточним, что здесь не рассматривается SCSI интерфейс, применяемый для высокопроизводительных систем, а также диски SAS, активно продвигаемые производителями серверов.

Интерфейс НЖМД определяет возможную скорость обмена между буферной памятью и хостом, а также определяет способ подключения накопителя.


Лекция добавлена 28.02.2013 в 00:54:47