196785 (588650), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это ограничение было снято достаточно давно в IDE контроллерах, а также в пакетах обновления для ОС Windows 2000 и в пакете обновления 2 для Windows XP. В Windows 2000 также требуется явно разрешить эту поддержку редактированием реестра вручную, кроме того, эта устаревшая ОС не способна разбивать на разделы диски емкостью свыше 128 ГБ ни в каком случае.
1.5 Классификация жестких дисков
Отличительная и неустранимая особенность жёстких дисков как класса оборудования – разброс индивидуальных характеристик. Не существует двух абсолютно одинаковых накопителей. Сошедшие с одного и того же конвейера экземпляры могут заметно различаться по шуму, нагреву и даже производительности, что обусловлено случайными отклонениями в качестве комплектующих и сборки.
В первую очередь влияет механика: магнитные головки, пластины, двигатели и т.п. на сборочную фабрику поступают уже со значительным разбросом параметров. В ходе технологического процесса (а сборка преимущественно ручная, с многоступенчатым контролем) одни разбросы нивелируются, зато другие добавляются, и всё это дает в итоге довольно пёструю картину. Таковы издержки массового производства сложной продукции.
Чтобы сделать состав партий ЖД более однородным, все готовые накопители после выходного тестирования подразделяются на три класса (grade) – A, B и C. Можно сказать, что это высший, первый и второй сорт по принятой ранее классификации.
В класс А включаются отборные экземпляры со стабильными и наиболее высокими характеристиками, порой превосходящими заявленные в спецификации. Производительность у них максимальная, уровень отказов низок, а заводская гарантия может быть продлённой. Цена же сравнительно высока.
Такие диски, как правило, не поступают в свободную продажу, а передаются в рамках долгосрочных контрактов наиболее крупным компьютерным фирмам, для комплектации "брэндовых" машин. Нередко эти фирмы проводят собственное расширенное тестирование, после чего даже перемаркируют диски в своей номенклатуре (для серверного сегмента это вообще обычное дело, равно как и модификация микропрограммы).
Класс В предназначен для рынков развитых стран (Северная Америка, Западная Европа, Япония и некоторые страны Юго-Восточной Азии). Диски этого класса не имеют замечаний при тестировании, однородны по качеству и часто продаются в коробочной упаковке наподобие видеокарт. Помимо самого накопителя, в комплект входят руководство по установке, CD с фирменными утилитами и крепёж. Для дисков справедливы все спецификации, заявленные производителем, а продажная цена близка к рекомендованной.
В класс С включены, как легко понять, все остальные диски. Они поступают на развивающиеся рынки, не имеющие пока большого значения в мировом масштабе, и чувствительные к цене. Таковым является и российский рынок: практически все ЖД, которые можно встретить у нас в продаже, относятся к классу С.
Покупателя такие изделия радуют дешевизной, однако их качество менее стабильное, в частности, сюда включаются урезанные экземпляры (если при тестировании выявляются дефекты по той или иной головке, то она программно отключается с уменьшением ёмкости). Также в класс C попадают ЖД, которые прошли технологический контроль "на троечку" – с теми или иными отклонениями (в их числе замедленное позиционирование, меньшая температурная стабильность, повышенный уровень внутренней коррекции данных и т.п.).
Понятно, что уровень сбоев и отказов в классе С несколько выше, а средний срок жизни – меньше. Ряд второстепенных характеристик, прежде всего шум и нагрев, могут быть хуже заявленных; наблюдается и повышенная чувствительность к условиям эксплуатации. Вместе с тем, эти диски вполне пригодны для эксплуатации, и на них действует стандартная гарантия производителя (впрочем, нередко уменьшаемая неавторизованными продавцами).
Низкоуровневое форматирование
На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются — на них формируются дорожки и секторы.
Ранние "винчестеры" (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных "винчестеров" дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.
Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.
Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.
Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.
Во время операций обращения к "винчестеру" блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса "винчестер" выглядит однородным.
Блок электроники
В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.
Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.
Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа "звуковая катушка", коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).
Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.
Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.
Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.
1.6 Технологии записи данных на жесткие диски
Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).
Метод параллельной записи.
На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.
Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.
Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60—75 Гбит/см².
Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность "закрепляется". На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см².[6] Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.
1.7 Размещение данных на жестком диске
О том, что конфигурация диска задается через количество цилиндров, головок и секторов на дорожке, все знают с начала эпохи PC. Хотя еще несколько лет тому назад точное указание в программе SETUP всех этих параметров диска было обязательным, сейчас это не так. Строго говоря, те параметры диска, которые вы видите в разделе SETUP Standard CMOS Setup, как правило, ничего общего не имеют с реальными параметрами диска, причем вы можете заметить, что эти параметры меняются в зависимости от вида трансляции геометрии диска - Normal, LBA и Large. Normal - геометрия в соответствии с данной производителем в документации на диск и не позволяет DOS увидеть более чем 504 Mb (1 Mb - 1048576 байт). LBA - Logical Block Address - эта установка позволяет видеть DOS диски объемом до 4 Gb. Large используется такой операционной системой, как Unix. Параметры, установленные в SETUP, преобразуются в реальные логикой управления жестким диском. Многие современные операционные системы работают с диском через LBA, минуя BIOS.
Существует несколько способов физического сохранения данных на жестком диске. Определить способ отображения данных на диске можно, только используя различные программы определения быстродействия диска (benchmark). В программу Winbench 98/99 включен High-end тест жесткого диска, где оцениваются не достаточно отвлеченные в настоящее время 2 параметра - скорость передачи данных и время доступа, а проверяется, для каких задач и для каких наиболее популярных программ, активно работающих с диском, диск наиболее пригоден.
Рисунок 1.1 - Вертикальное отображение размещения данных на жестком диске
Обычные жесткие диски используют "вертикальное" отображение. Данные записываются сначала на одном цилиндре сверху вниз, затем головки переходят на другой цилиндр и т.д.
Рисунок 1.2 - Горизонтальное отображение размещения данных на жестком диске
При "горизонтальном" отображении сначала данные записываются последовательно от цилиндра к цилиндру на поверхности одного диска, затем также на поверхности следующего диска и т.д. Такой способ лучше подходит для записи непрерывного высокоскоростного потока данных, например, при записи "живого" видео.
Комбинированный способ отображения, использующий как "вертикальный" так и "горизонтальный" способ.
При тестировании таких дисков видно, что чем дальше от начальных цилиндров, тем хуже параметры диска. Это связано с тем, что на внешних дорожках размещается больше секторов и считывание/запись выполняется быстрее.
В справедливости этого легко убедиться, запустив Winbench 97/98/99, выбрав сначала диск C для теста диска, а затем последний логический диск (желателен диск объемом не менее 2.5 Gb). Разница в оценке быстродействия диска для модели WD AC32500 составила 15%.
Реально диск разделен на зоны, в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Эти зоны также называются "notches".
Чем выше плотность записи на диск, тем выше будет скорость считывания с него. Именно поэтому при оценке параметров диска следует внимательно смотреть на внутреннюю скорость передачи данных. Внутренняя скорость передачи данных прямо пропорциональна плотности записи на диск и скорости вращения шпинделя. Так как увеличивать скорость вращения диска достаточно сложно - увеличивается энергопотребление, шум, возникают проблемы с теплоотводом, то наиболее оптимальный путь повышения производительности - это увеличение плотности записи на диск. Именно поэтому современный жесткий диск со скоростью вращения 5400 об/мин легко опережает по производительности диск с 7200 об/мин, выпущенный двумя годами ранее. Все производители жестких дисков в первую очередь и заняты проблемой повышения плотности записи. При прочих равных условиях, из двух накопителей равной емкости быстрее будет работать накопитель с меньшим количеством дисков, т.е. с большей плотностью записи.
1.8 Файловые системы жестких дисков
Все программы так называемого низкоуровнего форматирования на самом деле не выполняют физического форматирования жесткого диска, а только полностью уничтожают содержимое диска. Различные операционные системы же своими программами форматирования создают лишь ЛОГИЧЕСКУЮ структуру диска. В настоящее время наиболее распространены 4 файловые системы - FAT (MS-DOS, Windows 3.X, Windows 95/98), NTFS (Windows NT/2000), FAT32 (Windows 95/98) и HPFS (OS/2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
