8. Организация внешней памяти. Параметры нжд. Пути повышения производительности внешней памяти. Интерфейсы внешней памяти ide, eide, scsi, sata.

В современных компьютерах основным внешним накопительным устройством является магнитный диск (винчестер). Информация хранится на плоских металлических пластинах, покрытых магнитным материалом. Данные записываются на диск (считываются с диска) электромагнитными катушками (головками).

Процесс записи осуществляется путем намагничивания магнитной поверхности диска под головкой, а считывание путем наведения тока на головке. Данные на диске организованы в виде набора концентрических окружностей называемых дорожками. Каждая дорожка имеет одинаковую ширину равную размеру головки. Соседние дорожки отделены друг от друга промежутками. На всех дорожках хранится одинаковое количество данных. Плотность записи к центру увеличивается.

Дорожки делятся на сектора. Несколько секторов составляют блок. Обмен информации осуществляется блоками. Размер сектора равен размеру блока и обычно равен 512 Б. Обычно секторов на дорожке от 10 до 100. При такой организации должна быть задана точка отсчета, сектор, его идентификатор. Все разбиения происходят при форматировании. Форматирование – разбиение диска на части и занесение служебной информации.

Характеристики жестких дисков:

1) Емкость (форматированная и неформатированная)

2) Тип интерфейса и его пропускная способность. Интерфейсы делятся на:

- IDE (ATA); - SCSI; - SATA.

3) Быстродействие и производительность.

- внутренняя скорость передачи данных (предполагает скорость обмена между самим накопителем и внутренним буфером), то есть определяет потенциальную пропускную способность.

- внешняя скорость передачи данных. Зависит от типа интерф-са и режима обмена.

- время перехода на соседний трек определяет быстрод-е системы, позиционир-я.

- среднее время поиска

4) Надежность и достоверность хранения данных.

а) MTBF – среднее время наработки на отказ:

- время меньше 10000 часов – низкая надежность,

- время от 20000 до 30000 – средняя надежность,

- время более 1000000 часов – высокая надежность.

б) вероят-ть неисправимых ошибок чтения, это искажение бита на объем инф-и 10¹⁴.

в) физическая надежность, устойчивость к некоторым механическим повреждения, воздействиям.

5) Физические параметры: габариты, масса, потребляемая мощность.

6) Условия эксплуатации и хранения: температура, влажность, давление, вибрация…

7) Уровень шума. Для снижения исп-ются различные звукопоглощающие материалы.

Пути повышения производительности жестких дисков.

1) Повышение плотности записи (зависит от метода записи).

Наиболее популярен метод записи: GMR – метод гигантской магнито-резистивности.

Использование данного метода позволяет повысить плотность информации до 10 Гб на квадратный дюйм. В лабораторных условиях до 80.

2) Увеличение скорости вращения шпинделя (RPM: 5400, 7200, 10000, SCSI – 15000).

3) Увеличение скорости доступа к данным (с учётом использования кэш-памяти). Среднее время доступа: IDE – 9 мс, SCSI – 3,9 мс.

4) Повышение эффективности работы дисковой кэш-памяти.

5) Повышение пропускной способности внешнего интерфейса (SATA).

Также для повышения надежности памяти используется специальная система SMART – система мониторинга и самодиагностики. Она автоматически производит замену испорченных кластеров и уведомляет пользователя об этом.

Интерфейсы ВЗУ

1. Первые ЖД подключались к компьютеру с помощью специальной платы ST 506, разработанной фирмой WD. Для соединения использовался 32-проводный кабель. В качестве интерфейса использовался аналоговый интерфейс ST506/412. Вся электроника для диска располагалась не на самом диске, а на плате.

Недостатки данного интерфейса:

1) пошаговое перемещение головок. 2) жесткая зависимость накопителя от контроллера. 3) низкая пропускная способность.

Достоинство: 1) низкая цена.

2. Развитие этого интерфейса – ESDI. Разработан в 85 году.

Отличия:

1) контроллер перемещен в корпус накопителя, передача данных в цифровой форме.

2) данные передавались последовательно по 16 бит, использовался бит паритета. Скорость передачи до 10 Мб/с.

3. В 87 году на смену интерфейсу ESDI пришел интерфейс IDE. Первоначально он предусматривал передачу данных со скоростью до 3 Мб/с. В дальнейшем – до 33 Мб/с.

Модификации IDE:

а) Интерфейс EIDE. Отличие от ESDI – усовершенствованные электронные схемы управления для более быстрого доступа к жесткому диску. Использовалась логическая адресация блоков (режим LBA), что позволило увеличить адресуемую емкость.

б) Интерфейс ATAPI – пакетный интерфейс периферийных устройств. В основном используется для подключения CD-ROM, DVD-ROM.

в) Многорежимная передача данных (PIO (программируемый ввод/вывод), DMA (режим прямого доступа к памяти), Ultra DMA (добавлен контроль правильности передаваемых данных)). Добавлены коды обнаружения и исправления ошибок (CRC).

4. Интерфейс SATA. В отличие от IDE является последовательным. Особенности:

1) Использование 5-вольтового сигнала приводит к различным помехам, необходимы большие контактные площадки (достаточно большой конструктив). 2) Шлейф 7-проводный длиной до 1 метра. 3) Нет понятия master/slave (подключение типа точка-точка). 4) Предусмотрен контроль целостности данных (различные обнаружения и исправления ошибок). 5) Скорость передачи 150 МБ/с, затем 300 Мб/с, предполагается 600 МБ/с. 6) Питание 15-контактное, все контакты в 1 ряд с шагом 1,27 мм.

Данные передаются по схеме 8/10. Набор команд данного интерфейса соответствуют набору команд ATA-ATAPI-5. Данные скремблируются (перемешиваются) для исключения постоянной составляющей. Четко разделены физический уровень и уровень передачи данных (очень похоже на интерфейс шины PCI-Express)

5. Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) – системный интерфейс для маленьких компьютеров. Используется в графич. станциях, на серверах, где нужна высокая пропускная спос-ть. Разработан для обмена с любыми периферийными устр-вами, модули подключаются цепочкой. SCSI не ориентирован на конкретные устр-ва, а только определяет протокол обмена данными. Первоначально SCSI предусматривал подключение до 8 устройств. Изначально шина имела 52-контактный разъем для высокоскоростного соединения и 25-контактный для низкоскоростного.

На смену этому интерфейсу приходит последовательный интерфейс SAS – Serial Attached SCSI. Системы, поддерживающие SAS, будут поддерживать SATA.