Тема 1.2 Накопители на магнитных дисках.
До сих пор самым важным устройствами для хранения данных в ПК остаются накопители на магнитных дисках и это, не смотря на успехи в области оптической записи информации и достижения твердотельной микроэлектроники.
Магнитная запись – самая старая технология записи данных, появившаяся еще в докомпьютерную эру. Разработчики умудрились, увеличив плотность записи на магнитных дисках за 3 года с 1Гбайта до 128 Гбайт. Единственно, что на замену гибким дискам 5,25 дюйма пришли диски 3,5 дюйма. Но развитием компакт-дисков и флэш-памяти дискеты с объемом 1,44 Мбайт в ближайший год, два будут окончательно забыты.
Гибкие диски
Гибкие диски довольно длительное время были неотъемлемой частью ПК. Сначала наибольшую популярность мели гибкие диски формата 8 дюймов потом 5,25 и под конец 3,5.
Дисководы на гибких магнитных дисках выглядят одинаково и различаются только электронными компонентами, установленными на них.
Напомним, что диск вставляется в положении, когда этикетка сверху и скользящей шторкой в дисковод. Для индикации, что процессор поводит операции ввода\вывода информации, на дисководе имеется светодиод. По углам корпуса 3,5-дюймового гибкого диска расположены два отверстия:
Ø Окно защиты от записи
Ø Отверстие идентификации дисков 1,44 Мбайт
Когда в дисководе гибких дисков выходит из строя светодиод, отвечающий за блокировку записи, на гибкий диск будет записываться информация при любом положении защитной шторки.
Сам гибкий диск сделан из лавсановой пленки, на которую с двух сторон нанесен ферромагнитный слой. В центре диска закреплена ступица, которая позволяет его вращать. Прямоугольное отверстие в ступице предназначено для поводка двигателя, а также служит для индексации начала блоков на данных на диске. Для уменьшения трения и очистки поверхности гибкого диска на внутреннюю поверхность корпуса приклеено кольцо мягкой синтетической ткани. Скорость обмена данными между диском и ПК достигает величины всего 250Кбайт\с. Время перемещения головок между соседними дорожками -3-6мс.
При включении и выключении ПК, когда в дисководе находиться гибкий диск ПК не запустится, а данные на гибком диске могут быть повреждены.
Логическая структура гибкого диска
Данные на гибкие диски записываются блоками на концентрические дорожки (tracks), Самая первая, нулевая дорожка, записывается у края гибкого диска. Количество стандартных дорожек, доступных операционной системе, на гибком диске объемом 1440байт равно 80, но следует помнить, что всегда имеются запасные дорожки, расположенные у центра диска, которые иногда используются для специальных нужд, например, защиты от копирования.
Объем стандартного блока – сектора(sector) -512байт. Количество секторов равно 18. Соответственно, если умножить количество секторов на количество дорожек, две стороны и 512 байт, то получается:
18х80х2х512х=1 474 560 байт=1440Кбайт=1,44Мбайт.
Секторы на дорожке записываются последовательно. Между каждым сектором остается промежуток, предназначенный для синхронизации.
Данные в секторе претворяются служебной информацией, которая, например, информирует контроллер дисковода о размере сектора. Однако логический диск, который создается во время первоначальной разметки, разбивается уже не на сектора, а на кластеры.
Кластер (cluster) _Элемент структуры хранения информации на диске, минимальный по емкости участок жесткого диска. В зависимости от использования файловой системы содержит от нескольких десятков до нескольких сотен байт.
Величина кластера варьируется в зависимости от размеров диска и используемого вами способа размещения данных на диске (файловой системы):
Логическая структура жесткого диска аналогична гибкому, поэтому верна следующая таблица:
| Объем диска, Гбайт | Число секторов в кластере | объем кластера, Кбайтах |
| До 512 Мб | 512 байт | |
| До 1 | ||
| До 2 | ||
| До 4 | ||
| До 8 | ||
| До 16 | ||
| До 32 | ||
| От 32 |
Жесткий Диск (винчестер) представляет собой блок из нескольких дисков/блинов (Disks) по поверхностям (Sides) которых перемещаются (плавают в воздушном потоке) головки (Heads). Позиционируются головки по концентрическим дорожкам/трекам/цилиндрам (Cilinders), каждый из которых разделен на сектора (Sectors). Сектор является минимальным адресуемым блоком данных для диска и его размер равен 512 байтам.
Логическое строение жесткого диска отличается от его настоящей (физической) геометрии и это необходимо учитывать при восстановлении информации. Как правило, современные диски (в режиме адресации LBA) представляют собой несколько сот цилиндров имеющих 63-254 поверхностей по 63 сектора данных на каждой.
В самом начале диска (в секторе 0/0/1) находится PT (Partition Table) - таблица разделов и MBR (Master Boot Record) - главная загрузочная запись.
На следующем треке в первом(ых) секторе(ах) (начиная с 0/1/1) расположена BA (Boot Area) - загрузочная область операционной системы и BR (Boot Reco rd) - загрузочная запись OC.
Далее на этом же треке расположена 1-я копия FAT (File Allocation Table) - таблица размещения файлов. Сразу за ней - 2-я копия FAT. Размер копии FAT (в секторах) определяется размером раздела диска.
После 2-й копии FAT расположены сектора ROOT (Root directory) - корневого каталога, за которой начинается DA (Data Area) - область данных.
PT - состоит из 4-х строк описывающих 4-е возможных раздела диска. Описание каждого раздела диска содержит информацию о типе файловой системы, признаке того, что раздел является загрузочным, о первых и последних головках, дорожках, секторах раздела, количестве секторов смещения начала раздела от начала диска и об общем количестве секторов в разделе.
MBR - находится в том же секторе что и PT. Данные в MBR представляют собой код процессора необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы. В последних двух байтах сектора MBR находится сигнатура 55AAh, которую можно использовать как маску при поиске PT и MBR.
BR - содержит массу данных и служит для описания параметров файловой системы. В отличие от диска, минимальным адресуемым блоком данных для операционной системы служит кластер, объединяющий определенное количество секторов. В BR нам интересны такие данные как размер кластера, размер и количество копий FAT. BR для раздела FAT16 размещается в одном секторе, в случае FAT32 Boot Record состоит из нескольких секторов.
FAT - Состоит из 12, 16 или 32 битных элементов, описывающих номера кластеров или их признаки (BAD). Количество элементов соответствует количеству кластеров раздела диска. Из этих элементов образуются цепочки номеров кластеров, описывающих расположение файлов на диске.
ROOT - Корневой каталог диска. Содержит записи описывающие файлы (дескрипторы файлов) в корневом каталоге. Такая запись описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла, и т.п., а так же содержит указатель на первый кластер файла.
Каталоги представляют собой сектора идентичные по структуре корневому каталогу. Каталог, кроме описаний файлов, в самом начале содержит две записи, первая из которых содержит указатель на первый кластер самого каталога, вторая на первый кластер родительского каталога.
На современных жестких дисках величина кластеров возрастает, что приводит к существенной потере дискового пространства. Так как в кластер занятый частично каким либо файлом больше нельзя поместить не чего. Такие остатки часто называют хвостами на хвосты не редко уходит значительный объем несколько сотен мегабайт. Для борьбы с хвостами необходимо применять такие файловые системы как FAT-32 или NTFS применяемую в Windows XP.
Так как гибкий диск представляет собой лавсановую поверхность, покрытую сплошным -ферромагнитным слоем, то для создания информационных дорожек производиться его форматирование. Т.е. при первом использовании гибкого диска он должен быть вставлен в дисковод с помощью программы FORMAT, размечен для работы в конкретной операционной системе.
Вы можете отформатировать диски самостоятельно с помощью программы FORMAT. Но вероятно такой диск будет не возможно прочитать без определенных усилий на другом ПК. Т.к. программа FORMAT может запускаться ключами «Т» - (количество дорожек) и “N” (числом секторов). Так для стандартного формата 1,44 Мбайта действительны следующие команды:
Ø Стандартная команда MS-DOS - FORMAT А:;
Ø Вариант с дополнительными ключами -- FORMAT А: / Т: 80/ N:18.
К форматированию дисков прибегают тогда когда необходимо удалить без следа информацию на диске или восстановить структуру старого диска, когда на нем возникли, испорчены блоки (bad-blocks).
В обозначении гибких дисков имеется информация о плотности записи на диск:
Ø SD (Single Density) –одинарная плотность
Ø DD (Double Density) – двойная плотность
Ø QD(Quadro Density) – двойная плотность c удвоенным количеством дорожек.
Ø HD(High Density)-высокая плотность
В настоящее время практически все 3,5 –дюймовые гибкие диски выпускаются с плотностью HD (1,44 Мбайта), поэтому если на корпусе диска имеется другая маркировка, то этот диск, то этот диск относится к устаревшему типу.
Форматирование диска проводится «Мой компьютер» выбрать диск - «форматировать»
Винчестеры
Наиболее важным устройством для хранения информации данных в ПК является накопитель на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive HDD) называемый винчестером
Любой винчестер состоит из трех основных блоков
Первый блок
И есть собственно само хранилище информации или несколько металлических дисков покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который записываются данные.
Второй блок
Механика жесткого диска, ответственная за вращение диски и точное позиционирование системы читающих головок. В любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковыми номерами. В качестве одного из важных параметров указывается именно число читающих головок.
Третий блок
Включает в себя электронную начинку- микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической часть, а также микросхемы кэш-памяти.
Еще не так давно, в конце прошлого века, производители жестких дисков удваивали емкость винчестеров каждый год, а то и полгода. Пределов емкости жестких дисков по-прежнему не видно на горизонте, однако темпы роста поверхностной плотности записи замедлились. Первые винчестеры были с пластинами емкостью 80 ГБ - Maxtor DiamondMax Plus 9 и Seagate Barracuda 7200.7 - были анонсированы больше года назад (правда, на рынке они реально появились лишь летом). Сейчас 80 ГБ на пластине - норма, и основные производители винчестеров для настольных ПК полностью перешли на этот уровень плотности записи. Вообще-то нельзя сказать, что пользователь остро нуждается в винчестерах емкостью 160-250 ГБ (2 или 3 пластины соответственно). Это отражается на состоянии рынка - игроков стало заметно меньше. Maxtor проглотила когда-то более успешную компанию Quantum, затем на рынок "настольных" винчестеров махнула рукой Fujitsu, совсем недавно завершила поглощение бывшего "винчестерного" подразделения IBM японская компания Hitachi. В сущности, индустрия винчестеров находится практически в таком же кризисе, что и вся компьютерная индустрия. В 2004 году ожидается появление первых жестких дисков с пластинами диаметром менее дюйма. В частности, такие накопители продемонстрирует в начале января на выставке Consumer Electronics Show компания Toshiba. Как сообщают компетентные источники, вместе с Matsushita Kotobuki Electronics Industries и рядом других компаний Toshiba разрабатывает жесткие диски с пластинами диаметром 0,7-0,8 дюйма. Согласно прогнозу фирмы Coughlin Associates, поставки 1,8-дюймовых и более малых жестких дисков в нынешнем году достигнут 3,3 млн. штук, а в 2008 - уже 23,7 млн. Доля мини-накопителей от общего числа продаваемых жестких дисков возрастет за тот же период с 1,4% до 5,3%. Лидером рынка 1,8-дюймовых накопителей сейчас является Toshiba. До недавнего времени единственным производителем дюймовых жестких дисков была Hitachi, но теперь у нее появились конкуренты: американская Cornice, выпустившая 1,5-гигабайтный накопитель Storage Element, и начинающая китайская фирма GS Magicstor, которая предлагает 2,2-гигабайтное устройство.
Жесткий диск.
Несмотря на свою незаметность в общей работе компьютера (пользователь вряд ли на глаз определит скорость передачи данных в миллисекундах или скорость вращения шпинделя), жесткий диск (HDD) - это одна из главных деталей. У вас может сгореть процессор, материнская плата, видеокарта, да все, что угодно - в этом случае вы потеряете только деньги. Но если у вас "упадет" жесткий диск, вы потеряете в первую очередь информацию. А стоимость информации, содержащейся на HDD, как правило, во много раз превышает стоимость самого устройства. Именно поэтому к подбору винчестера нужно подходить со всей серьезностью. Как же выбрать наилучший жесткий диск?
Итак, если ваша работа или хобби связаны с видео, фотографиями, музыкой, то объем винчестера для вас будет весьма важным критерием при покупке компьютера. Как показывает практика, HDD любого объема заполняется нужной и не очень информацией с одинаковой скоростью, но все же хорошо, когда винчестер взят с запасом и позволяет не беспокоиться о наличии свободного места.
Первое, на что стоит обратить внимание, - это на обозначения жестких дисков (или интерфейс подключения). Они бывают следующих типов:
SАТА (5400 оборотов в минуту) - низкоскоростные и малошумные, хорошее бюджетное решение;
SАТА (7200 оборотов в минуту) - высокоскоростные, шум - средний, если есть деньги, лучше брать их;
S-ATA II - следующая версия интерфейса SATA. Главное отличие от предыдущей версии состоит в удвоении скорости передачи данных (до 300 Мб/сек). Помимо этого в новом стандарте появилась возможность "горячего" подключения/отключения жесткого диска, возможность подключения к одному порту до 15 устройств.Жесткие диски S-ATA II полностью совместимы с предыдущим стандартом SATA.
SCSI - "Феррари" в мире жестких дисков - самые скоростные винчестеры.Для SCSI-дисков минимальная скорость вращения пластин - 7200 об/мин, обычно скорость вращения пластин такого рода дисков составляет 10000 или 15000 об/мин.Используются в основном для построения высокопроизводительных станций. ЕСЛИ купите винчестер такого типа, однозначно не пожалеете. Однако есть одно "но" - для высокоскоростных винчестеров остро встает проблема охлаждения, потому что при возрастании скорости вращения, увеличивается температура корпуса жесткого диска, и диски со скоростью 7200 об/мин и выше требуют либо применения корпуса с продуманной конструкцией, обеспечивающий отвод тепла, либо дополнительного охлаждения диска внешним вентилятором.Если вы выбрали хороший корпус, то данной проблемы для вас существовать не будет, но если же решили сэкономить, то придется раскошелиться на дополнительный вентилятор к винчестеру. Можно, конечно, и рискнуть, вот только стоит ли?
Продолжим. При выборе жесткого диска обратите внимание на размер буфера (кэша). Чем он больше, тем лучше скорость "рабочей" записи (например, сохранение документов, то есть всего, что идет не сплошным потоком, а "порциями") и работы с фрагментированными файлами.В настоящее время стандартом считается буфер объемом 8 Мб, более "продвинутые" модели имеют 16 и даже 32 Мб.
Так же следует обратить внимание на среднее время доступа, запись (от 3.3 до 16 мс). Показывает, на сколько быстро механизм жесткого диска может позиционировать головку записи над нужной дорожкой. Время доступа - величина переменная, она полностью зависит от начального и конечного положения головок, поэтому в качестве характерного показателя выбирают среднее время доступа. И Среднее время доступа, чтение (от 2.8 до 15.0 мс). Показывает, на сколько быстро механизм жесткого диска может позиционировать головку чтения над нужной дорожкой. Время доступа - величина переменная, она полностью зависит от начального и конечного положения головок, поэтому в качестве характерного показателя выбирают среднее время доступа. В некоторых SCSI-дисках данные размещаются не по всей пластине, а только по ее крайней части, что позволяет увеличить скорость чтения и тем самым существенно уменьшить время доступа.
Если вы ни при каких обстоятельствах не хотите терять информацию, записанную на HDD, то можно порекомендовать дисковые массивы RAID (Redundant Arrays of Independent Disks - избыточные массивы независимых дисков). Создание такого массива потребует от вас наличия четного числа дисков (2, 4, 6 и так далее) одной модели. Существуют различные способы организации RAID-массивов, иначе называемые уровнями. Мы с вами рассмотрим массивы начальных уровней - RAID 0 и RAID 1.
RAID 0 используется для увеличения скорости работы дисковой подсистемы. В этом случае данные разбиваются на блоки, и каждый блок записывается/считывается на отдельный диск. За счет возможности производить одновременно несколько операций записи/считывания и обеспечивается большая скорость работы. Ложка дегтя в бочке меда - при выходе из строя хотя бы одного диска вся информация на обоих носителях будет потеряна.
Система RAID 1 более надежна, чем RAID 0, и представляет собой так называемый "зеркальный массив". Схема работы проста: на парные диски записывается одинаковая информация и, в случае отказа одного из устройств, используется дублирующая информация на "зеркале" - следовательно, информация не теряется. Конечно, в этом случае снижается скорость работы и значительно повышается цена системы, но за спокойствие надо платить.
Теперь поговорим о производителях. Винчестеры каких фирм стоит сметать с прилавков, а к каким не стоит даже прикасаться? Давайте ознакомимся с информацией по этому поводу.
WD (Western Digital). Лидер рейтингов пользователей (у меня тоже горели винчестеры других марок, но никогда не подводил Western Digital). Плюсов у этих изделий много: малошумные, греются слабо, надежность на высоте, скорость прекрасная. Даже если бы компания заплатила мне деньги за рекламу, я бы не нашелся, что еще добавить к сказанному...
IBM/Hitachi. Раньше винчестеры от IBM славились своими неприятными сюрпризами - они могли ни с того ни с сего выйти из строя. Сегодня, когда производством жестких дисков от IBM занимается Hitachi, качество подросло - скорость и надежность находятся на высоте. Резюме - вполне неплохие винчестеры.
Seagate. Типичные середнячки, со всеми вытекающими из этого плюсами и минусами.
Maxtor. Поговорка "Винчестер Maxtor - ревет как трактор!" ушла в глубокое прошлое, зато появилась другая, нецензурная. Связано это с тем, что хотя скорость работы у данных винчестеров хорошая, в паре они работают идеально, но надежность - ниже среднего. ЕСЛИ не хотите регулярно таскать винчестер или системный блок в ремонт, лучше купить другую модель.
Samsung. Малошумные, недорогие, довольно-таки надежные и достаточно быстрые винчестеры. Однако остаются в зоне среднего класса, граничащей с нижним (читай - с изделиями криворукого дядюшки Ляо), так что брать их нужно с опаской. Может быть, будут служить до конца жизни, а может, огорчат вас уже в первый же месяц эксплуатации.
Fujitsu. Без комментариев. Этими устройствами лучше заколачивать гвозди - так они, по крайней мере, будут полезны и не станут огорчать вас потерей дорогостоящей информации.
по материалам сайта: www.rar.ru
Основными производителями «винтов» на сегодня являются: IBM, Samsung, Seagate, Maxtor, Western Digital.
В отличии от гибких дисков жесткие диски выполнены из алюминия или стекла, на поверхность которых также напылен ферромагнитный слой или ферромагнитная пленка.
Диски находятся в герметичном корпусе. Но требуют бережного обращения. При правильном обращении винчестер может работать более 10лет. Когда на винчестере появляются неустранимые “bad –sectors”, то такой винчестер не пригоден для дальнейшей работы.
При покупке нового винчестера надо обращать внимание, что многие дешевые винчестеры с большим объемом дискового пространства предназначены для систем резервного хранения информации. Соответственно при использовании таких винтов срок службы дисков может сократиться на полгода.
Количество дисков в одном винчестере может быть от 1 до 3, на которых можно записать до 128 Гбайт данных.
Скорость вращения пакета дисков у современного винчестера составляет 5400,7200,
10 000, или 15 000 оборотов в минуту(rpm). Чем выше скорость вращения диска, тем больше скорость доступа к информации.
Для чтения и записи данных в винчестерах используется плавающие на воздушной подушке магнитные головки. Зазор между магнитным слоем и головкой составляет десятые доли микрон. Для перемещения головок используется электромагнит. Для автоматической парковки (в случае аварийного выключения питания) используется пружина, которая возвращает головки в нейтральное положение.
Вся электроника, предназначена для управления двигателем привода дисков и электромагнитом головок, а также для чтения и записи данных располагается на печатной плате расположенной снаружи корпуса или прикрытой защитной крышкой.
Так как винчестеры рассчитаны для установки внутри ПК, то печатная плата контроллера и разъемы, установленные на ней, не рассчитаны на частое подключение и отключение информационного питающего кабелей. Например, у винчестеров IBM для соединения платы контроллера с внутренними блоками винчестера используются игольчатые разъемы, которые при частом «перетыкании» разъемов может нарушиться электрический контакт, что приведет к ошибкам при записи\чтении данных или отказу винчестера.
Следует помнить, что при переносе винчестера даже со стола на стол он подвергается ударами и вибрации, которые могут привести к потере юстировки головок, что вызовет невозможность чтения данных, хранящихся на винчестере.
Для крепления винчестера в корпусе ПК используют либо 4 боковых отверстия с резьбой. При креплении винчестера следует применять укороченные винты, чтобы не повредить печатную плату. Резкое перемещение работающего винчестера из-за возникающего при этом гироскопического эффекта может привести к разрешению внутренних механических узлов и повреждению магнитных головок и поверхности дисков.