Компютрите

отвън и отвътре

©Христо Тужаров, 2007

ТВЪРДИ МАГНИТНИ ДИСКОВЕ

 

[Home] [Карта на книгата] [Асеневци] [Инфопедия] [За проекта] [Начало на книгата]

ПАМЕТ НА КОМПЮТЪРА

МАГНИТНИ ЗАПОМНЯЩИ УСТРОЙСТВА

МАГНИТНИ ЛЕНТИ

ОРГАНИЗАЦИЯ НА ЗАПИСА ПРИ МАГНИТНИТЕ ДИСКОВЕ

ТВЪРДИ МАГНИТНИ ДИСКОВЕ

RAID ТЕХНОЛОГИЯ

 

 

твърд магнитен диск

 

 

Основни понятия за твърди магнитни дискове

В края на 80 - те години компютърна система с 40 МВ твърд диск изглеждаше внушително. Днес диск със хиляда пъти по - голям капацитет е нещо обикновено. За това развитие допринесоха следните фактори:

  • Продажбите  на компютърни системи нарастват с огромни темпове;

  • Приложните програми изискват все повече място на твърдия диск.

  • Появата на нови приложения, като авангардни телекомуникационни услуги, видео по поръчка и телевизионни системи са немислими без съответната дискова памет.

Сега капацитета на твърдите дискове нараства с около 60% годишно

 

Предназначение на твърдите магнитни дискове

Използват се за съхраняване основните данни и програми, необходими на компютъра за решаваните от него задачи.

 

Характеристики на твърдите магнитни дискове :

  • Сравнително бърз достъп;

  • Относително скъпи устройства;

  • Устройства, чувствителни на сътресение;

Технология на твърдите магнитни дискове: 

Съвременните дискове нямат фиксиран размер на сектори, както преди. Големината на сектора се изчислява в зависимост от обема информация, като се създават логически адреси, определящи мястото на информацията. Обикновено информацията се поддържа вертикално. Данните се четат или записват по цилиндри, започвайки от най-горната пътечка надолу, преди главите да се преместят към следващия цилиндър.

 

Най-общо дискът се състои от две части – дисков пакет и печатна платка.

 

Дисковият пакет (Head Disk Assembly) съдържа:

  • Дискови повърхности (наричани често плочи) - при записване на данни, главите четене/запис се придвижват над нужното място на  плочата и променят магнитното му състояние. При четене се придвижват на същото място и прочитат това състояние.

  •  Двигател въртящ плочите - завърта се при включването на захранването и продължава равномерно да върти плочите, докато не се изключи компютъра.

  •  Глави за четене и запис - движат се над дисковите повърхности на разстояние от 2 до 3 микро инча. В резултат на малкото разстояние между главата и повърхността, е вероятно дисковете, които не са нивелирани или са подложени на вибрации, да бъдат разрушени физически, поради задиране на главите в плочите.

Печатната платка включва:

  • Микропроцесор - осъществява връзка между контролера и механичната част.

  • Схема за точно позициониране на главите.

  • Канал за четене и запис - преобразува цифровите сигналите от контролера във формат разбираем за механичната част (и обратното).

  • Буфер за данни - записват се  данните от или за сектора при четене и запис. 

  • Куплунг, към който се включва интерфейсният кабел.

 

Параметри на твърдите магнитни дискове

 

Производителност = Време за достъп + Скоростта на трансфер на данни между паметта и диска + Налични буфери и кеш памет

 

Време за достъп (8-10 ms) = Време за търсене + Латентност

 

Време за търсене (seek time) - необходимото време за позициониране на главите за четене и запис върху конкретен цилиндър от диска

 

Латентност (latency) - времето за попадане на търсеният сектор от дадена пътечка под главата за четене и запис. Нейната средна стойност е равна на времето за половин оборот на диска. Латентността, се определя от скоростта на въртене на диска.

 

Скорост на въртене на диска. - Определя сe в брой обороти за една минута (rpm), Стойностите и за съвременните твърди дискове са 5400 rpm, 7200 rpm и 10000 rpm. Счита се, че за 3,5-инчовите дискове 10000 rpm е пределната скорост. За постигането на по-високи скорости е необходим по-малък формат на диска (form factor).

 

Скорост на трансфер на данни между паметта и диска - зависи от контролера на диска.

 

Налични буфери и кеш памет

Кеширането се отразява съществено върху производителността на диска, тъй като се избягва позиционирането на главите, откриването на съответния сектор и прочитането на данните.

 

Софтуерно кеширане на диска - то се зарежда при стартиране на операционната система. Всички операционни системи поддържат такова кеширане.

 

Хардуерно кеширане на диска – то е част от някои дискови контролери. Възможно е някои от EIDE и SCSI контролери да не разполагат с хардуерна кеш памет, но всички имат FIFO буфери (обикновено 128В).

 

Дисков буфер – всички съвременни дискове разполагат поне с 512КВ буфер. Те са известни още като look-ahead буфери, тъй като в тях се записва информацията от цялата пътечка, независимо от това дали всички данни се изискват в момента или не

 

Капацитет на диска

Нарастването на капацитета, се дължи на постигането на все по-голяма плътност на записа (повече байтове върху единица площ). Това стана възможно, благодарение на внедряването на няколко нови технологии:

 

  • Цифров запис - замяна на старата аналогова техника с цифрова. При цифровите дискове информацията се записва върху пътечка като поредица от точки, където всяка точка е магнитно определена като "on"или"off".  При аналоговите устройства данните се записват като непрекъсната вълна с променлив магнитен интензитет. Тази разлика позволява постигане на по-голяма плътност на записа / броят на магнитните точки на кв.инч върху магнитната дискова повърхност/.

  • Използване на магнитно резистивни глави с много малка площ на запис. При голяма плътност на записа са необходими прецизни и малки глави, които да могат да се движат над повърхността върху въздушен слой с дебелина от неколкостотин атомни диаметъра. Тъй като размерът на точките е много малък четящата глава трябва да е много чувствителна и усилващата сигнала електроника, трябва да може да елиминира по-голяма част от шума.

  • Виртуалното елиминиране на грешки при  четене/запис с помощта на специални алгоритми. Технологията е представена от IBM през 91г. Нежелания шум се елиминира с алгоритмите PRML, разработени от NASA с цел елиминиране на шума от много слаби сигнали, получавани от космически уреди и системи. В дисковете този алгоритъм се обработва с високоскоростен сигнален процесор.

Брой на плочите на диска

Благодарение на тези технологии, днес дисковете са не само с по-голям капацитет, но и с по-малък брой дискови повърхности и глави за четене и запис. Това значително опростява механиката на дисковете и ги прави по-надеждни.

 

За да създадат по-голям диск, производителите слагат няколко плочи. Повечето производители включват максимум четири, но IBM успя да вмъкне и пета плоча в стандартна, висока 1 инч кутия.

 

Съвременните дискове работят с плочи, които стандартно събират 20GB данни.  Според експерти, 80GB на плоча е граничен обем и за добавянето на повече данни ще бъдат необходими нови и по-скъпи технологии.