Архитектура ЭВМ Дмитриев Андрей Владиславович

Часть 5. Хранилища информации Физические принципы сохранения сигнала Технология производства Интерфейсы

Информация Любое взаимодействие между объектами, в процессе которого один приобретает некоторую субстанцию, а другой ее не теряет, называется информационным взаимодействием. При этом передаваемая субстанция называется Информацией.

«Жесткий» диск HDD (Hard Disk Drive) - жесткий диск. Состоит из негнущихся пластин, в противовес гибким дискетам. В качестве подложки пластин может быть использован алюминий, керамика и стекло. В качестве покрытия – оксид железа или хрома.

Составные блоки Жесткий диск состоит из двух основных блоков: механический, включающий в себя диски, двигатель вращения, блок магнитных головок и привод перемещения головок электроники, представляющий из себя плату с напаянными элементами: микросхемы ОЗУ, ПЗУ с управляющей программой, DSP (цифровой сигнальный процессор) и основной управляющий процессор.

Крупнейшие производители

Seagate Samsung Western Digital Hitachi (ранее – подразделение IBM) Fujitsu Toshiba …

Адресация данных Два способа адресации секторов: форма логического адреса блока (LBA, Logical Block Address), где секторы нумеруются линейно. форма "цилиндр-головка- сектор", (Cylinder-Head- Sector, CHS).

Логическая организация Кластер (allocation unit) – минимальная логическая единица доступа к информации. Кластер состоит из нескольких секторов. Каждый кластер пронумерован и может быть либо свободен, либо монопольно занят для хранения определенного файла (даже если не все сектора внутри его заняты).

Производительность Скорость доступа к данным определяется: Временем поиска - временем переключения головок (временем переключения между цилиндрами) Задержкой позиционирования – ожидания того момента, когда требуемый кластер достигнет головки.

Физические характеристики Интерфейс: ATA или Serial ATA. Реже SCSI Размер («форм-фактор»): 3.5, 2.5, 1.8 Скорость вращения шпинделя (RPM): 4200, 5400, 7200, 10000, 15000

Характеристики Ёмкость: от 80 Гб до 1500 Гб Время произвольного доступа: от 3 до 10 миллисекунд Скорость передачи данных: От 50 до 100 Мб/сек

Кэширование данных Для оптимизации операций по чтению и записи часто используется техника накопления этих данных в промежуточном хранилище – кэше (cache memory). Размер кэша может варьироваться.

Файловые системы Диски проходят низкоуровневое форматирование в заводских условиях Логическая структура диска определяется операционной системой

Виды файловых систем FAT 32(File Allocation Table) – в основе лежит таблица расположения кластеров, принадлежащих каждому конкретному файлу. – MS-DOS, Windows 3.X, Windows 95/98 NTFS (NT File System) – разграничение прав на файлы. – Windows NT/2000/XP ZFS – высоконадежная система со улучшенным контролем. – Solaris/OpenSolaris HPFS – OS/2 ext2, ext3, ext4, ReiserFS – Linux HFS (Hierarchical File System) – Macintosh

Интерфейсы ATA (AT Attachment for Disk Drives) - средство подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC/AT с шиной ISA- Bus. Этот стандарт определяет набор регистров и назначение сигналов 40-контактного интерфейсного разъема. ( гг.) АТА ориентирован на поблочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация ATAPI, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться пакетами управляющей информации (PI - Package Interface). IDE/EIDE – устройство со встроенным контроллером ([Enhanced] Integrated Device Electronic).

ATA & IDE Стандарт винчестеров для IDE принят Western Digital и Compaq в 1986г. IDE определяет спецификацию на электронику винчестеров ATA – определяет спецификацию на интерфейсное соединение между HDD и ПК

Интерфейсы (cont.) SCSI (Small Computer System Interface) - предназначен для соединения устройств различных классов Физически - 8-битная параллельная шина с частотой 5 МГц Допускает подключение до 8 устройств Скорость передачи данных от 5 Мбайт/с

Интерфейсы (cont.) SATA – Serial ATA, обладает: повышенной пропускной способностью «тонким» кабелем поддержкой оптимизации упорядоченного доступа к данным поддержкой горячего подключения

«Адаптивное» форматирование Разность линейной скорости у краев пластины позволяет изменять плотность записи, повышая ее у внешнего края

Технологический предел и перпендикулярная запись

Характеристики интерфейсов DMA (Direct Memory Access) – режим прямого доступа к памяти PIO (Programming I/O) – программируемый ввод/вывод NCQ (Native Command Query) – оптимизирующее упорядочивание логических блоков при чтении/записи

Улучшенные технологии SSD, твердотельные накопители RAID – объединение нескольких накопителей на одном интерфейсе

Беспроводное хранилище

Миниатюрный CA-ATA Предназначен для портативных устройств: PDA, телефоны, коммуникаторы

Правда ли что… Современные жесткие диски настолько производительны, что у них отсутствует кэш? Механическая часть винчестера погружена в смазывающую жидкость? «Жестким» диск называется потому, что первоначальные модели винчестеров были чрезвычайно тяжелыми (hard)?

Ссылки Учебник для учителя:

Совет 2000 года У вас что проблемы с определением того, сколько места вам понадобится? 10Гб - это том минимум, который можно сегодня приобрести. Хотя кое-где еще завалялись жесткие диски меньшего размера, но пока вы дочитаете эту статью, пока соберетесь что-то купить, их уже в продаже и не будет. Если вы увлекаетесь собиранием музыки MP3, скачивает множество видеофрагментов из Интернета (тогда у вас выделенная линия :-) и вам понадобится не меньше 20 или 30Гб. Ну а если хотите заняться созданием мультипликации, обработки видео и т.д., то Гб будет в самый раз. 22/11/2000

Спасибо! Дмитриев Андрей Владиславович