8.2.2.8 Кабели и разъемы.

В большинстве накопителей на жестких дисках предусмотрено несколько интерфейсных разъемов для подключения к системе, подачи питания, а иногда и для заземления корпуса. Как правило, накопители имеют по меньшей мере три типа разъемов:

1. интерфейсный разъем (или разъемы);

2. разъем питания;

3. разъем (или зажим) для заземления (необязательно).

Наибольшее значение имеют интерфейсные разъемы, потому что через них передаются данные и команды в накопитель и обратно. Многие стандарты интерфейсов предусматривают подключение нескольких накопителей к одному кабелю (шине). Естественно, в этом случае их должно быть не меньше двух; в интерфейсе SCSI допускается подключение до семи накопителей к одному кабелю (Wide SCSI – 2 поддерживает до 15 устройств). В некоторых стандартах (например, в ST – 506/412 или ESDI) для данных и управляющих сигналов предусмотрены отдельные разъемы, поэтому накопитель и контроллер соединяются двумя кабелями, однако большинство современных устройств SCSI ATA и Serial ATA подключаются с помощью одного кабеля.

Разъемы питания накопителей на жестких дисках обычно такие же, как и у дисководов для гибких дисков. В большинстве накопителей используются два напряжения питания (5 и 12 В), но малогабаритным моделям, разработанным для портативных компьютеров, достаточно напряжения 5 В. Как правило, от источника в 12 В питается схема управления шпиндельным двигателем и привод головок, а напряжение 5 В поступает на прочие схемы. Многие накопители на жестких дисках потребляют несколько большую мощность, чем дисководы для гибких дисков. Проверьте, достаточно ли мощности блока питания компьютера для нормальной работы всех установленных в системе накопителей.

Зажим для заземления необходим для того, чтобы обеспечить надежный контакт между общим проводом накопителя и корпусом системы. В компьютерах, где накопители крепятся непосредственно к корпусу с помощью металлических винтов, специальный провод заземления не нужен. В некоторых компьютерах накопители монтируются на пластмассовых или стеклотекстолитовых направляющих, которые, естественно, электрически изолируют корпус накопителя от корпуса системы. В этом случае их обязательно нужно соединить дополнительным проводом, подключаемым к упомянутому зажиму. При плохом заземлении накопителя возникают сбои в его работе, ошибки при считывании и записи и т.п.

8.2.3 Характеристики нжмд.

НЖМД имеют три основные характеристики: емкость, быстродействие, надежность.

Емкость определяет максимальное количество бит, которое может быть записано на диск.

В современных системах нехватка свободного места приводит к возникновению самых разных проблем, связанных главным образом с тем, что операционная система Windows и прикладные программы используют большой объем дискового пространства для виртуальной памяти и хранения временных файлов. Выход Windows за пределы емкости жесткого диска практически всегда приводит к неустойчивой работе системы, сбоям и потере данных.

Величина емкости используемого жесткого диска зависит в первую очередь от выбранного интерфейса. Каждому стандарту присущи определенные ограничения, но в целом емкость накопителей ATA всегда была ниже, чем емкость накопителей с интерфейсом SCSI.

Первый накопитель АТА, созданный в 1986 году, имел ограничение максимальной емкости в 137 Гбайт (65536 х l6 х 255 секторов). Различные версии BIOS еще больше ограничивали максимальную емкость жестких дисков, которая в системах, скомпонованных до 1998 года, достигала 8,4 Гбайт, а в системах, созданных до 1994 года, — 528 Мбайт. Ограничение емкости накопителей АТА в 137 Гбайт осталось даже после того, как был найден способ, позволивший решить проблемы, связанные с BIOS. Это ограничение удалось успешно преодолеть с помощью спецификации ATA – 6, опубликованной в 2001 году. Стандарт ATA – 6 расширил схему адресации, используемую накопителем ATA, что позволило увеличить емкость накопителей до 144 Пбайт (петабайт, или квадрильон байт), которые составляют в общей сложности 248 секторов. Подобное решение позволяет создавать накопители, емкость которых превышает указанное ограничение в 137 Гбайт. Разумеется, любой накопитель с емкостью более 137 Гбайт по своей природе должен соответствовать стандарту ATA – 6.

Важным параметром накопителя на жестком диске является его быстродействие. Этот параметр для разных моделей может варьироваться в широких пределах. Быстродействие накопителя можно оценить по двум параметрам: скорости передачи данных (data transfer rate), среднестатистическому времени поиска (average seek time).

В настоящее время для каждого дисковода могут быть определены сразу несколько скоростей передачи данных. Основная проблема состоит в том, что производители накопителей часто указывают в документации до семи различных скоростей передачи, относящихся к тому или иному дисководу. Наименее важной, вероятно, является максимальная скорость передачи интерфейса (почему – то именно на нее пользователи чаще всего обращают внимание), которая в современных накопителях АТА равна 100/133 Мбайт/с или 150 Мбайт/с для накопителей Serial ATA.

Наличие минимального и максимального значений скорости передачи носителя связано с использованием в современных накопителях так называемой зонной записи данных. В этом случае количество секторов, приходящихся на каждую дорожку внутренних цилиндров, будет меньше, чем в наружных. Как правило, жесткий диск разделен на 16 или более зон, причем количество секторов на каждой дорожке (а следовательно, скорость передачи данных) во внутренних зонах примерно вдвое меньше, чем во внешних. Скорость вращения жесткого диска практически постоянна, поэтому скорость считывания данных из внешних цилиндров примерно вдвое выше, чем из внутренних.

Существует определенное различие между формальной и фактической скоростями передачи данных. Формальная скорость определяет, насколько быстро биты (единицы емкости памяти) могут быть считаны с поверхности жесткого диска. Далеко не все биты являются битами данных (это может быть промежуток между секторами или идентификаторы битов). Кроме того, следует учитывать время, затрачиваемое при поиске данных на перемещение головок с дорожки на дорожку. Таким образом, фактическая скорость передачи данных представляет собой реальную скорость считывания данных с диска или их записи на диск.

Обратим внимание, что большинство производителей указывают только фактическую скорость передачи, которая, как показывают несложные вычисления, составляет примерно три четвертых от полной скорости передачи данных. Это связано с тем, что пользовательские данные на каждой дорожке составляют примерно три четверти всех имеющихся данных, определенная часть которых используется управляющими модулями или представляет собой код коррекции ошибок (ЕСС), идентификатор (ID) и другие служебные данные.

Рассмотрим в качестве примера дисковод Hitachi Deskstar 120GXP, который является сегодня одним из самых быстрых накопителей ATA/IDE. Его основные параметры: скорость вращения 7200 об/мин, полная поддержка скорости передачи данных интерфейса АТА/100 (пропускная способность интерфейса между контроллером и системной платой 100 Мбайт/с). Следует заметить, что фактическая скорость передачи данных гораздо ниже. В таблице 2. приведены спецификации НЖМД Ultra_ATA/100 Hitachi (IBM) Deskstar 120GXP.

Таблица 2  Скорости передачи НЖМД Hitachi (IBM) Deskstar 120GXP

Зона носителя	Секторы	Скорость вращения, об/мин	Скорость передачи, Мбайт/с
Внешняя зона Внутренняя зона Средняя зона	928 448 688	7200 7200 7200	57,02 27,53 42,27

Как видите, действительная скорость передачи носителя колеблется в пределах от 57,02 до 27,53 Мбайт/с, что составляет в среднем 42,27 Мбайт/с или менее половины скорости передачи интерфейса.

Существует два основных фактора, непосредственно влияющих на скорость передачи данных: скорость вращения диска и плотность линейной записи, или количество секторов на дорожке. Например, при равном количестве секторов на дорожке скорость передачи данных будет выше у дисковода, имеющего большую скорость вращения. По аналогии с этим, при равной скорости вращения накопитель с большей плотностью записи будет иметь большую скорость передачи.

Как следует из этого примера, скорость передачи интерфейса никакого значения не имеет. В сущности, ни один из накопителей не позволяет передавать данные быстрее, чем со скоростью 66 Мбайт/с (даже из внешних цилиндров), причем увеличение скорости передачи интерфейса на производительность накопителя практически не влияет. При прочих равных условиях жесткий диск, вращающийся с более высокой частотой, имеет более высокую скорость передачи данных, которая не зависит от скорости передачи интерфейса.

Фактическую скорость передачи НЖМД можно определить по формуле 1:

MTR = SPT x 512 x RPM/60/1000000 (1)

где: SPT (Sector Per Track) – количество секторов на дорожку;

512 – количество байтов данных в каждом секторе;

RPM (Rotations Per Minute) – частота вращения дисков (оборотов в минуту);

60 – количество секунд в минуте.

Например, накопитель IBM Deskstar 120GXP, скорость вращения которого равна 7200 об/мин, содержит в среднем 688 секторов на дорожке. Средняя скорость передачи носителя для данного накопителя определяется следующим образом:

688 х 512 х (7200/60)/1000000 = 42,27 Мбайт/с.

Используя эту формулу, можно вычислить реальную скорость передачи данных любого жесткого диска. Для этого достаточно знать скорость вращения и среднее количество секторов на дорожке.

Быстродействие накопителя зависит от среднего времени позиционирования и времени ожидания.

Среднее время позиционирования - это время, обычно измеряемое в миллисекундах (мс), которое необходимо для перемещения головки от одного цилиндра к другому, на какое – либо произвольное расстояние. Один из способов, позволяющий определить эту величину, состоит в многократном выполнении операций поиска той или иной дорожки и последующем делении затраченного времени на количество выполненных операций. Этот метод позволяет вычислить среднее время, необходимое для выполнения одной операции поиска дорожки.

Стандартный метод, используемый различными изготовителями для определения среднего времени позиционирования, состоит в измерении времени, затрачиваемого головками для перемещения на расстояние, равное одной трети радиуса всех цилиндров. Среднее время позиционирования зависит непосредственно от конструкции жесткого диска; тип интерфейса или контроллера практически никак не влияет на этот параметр. Величина среднего времени позиционирования говорит в первую очередь о возможностях механизма привода головки.

Временем ожидания называется среднее время (в миллисекундах), необходимое для перемещения головки к указанному сектору после достижения определенной дорожки. В среднем эта величина равна половине времени, которое требуется для одного оборота жесткого диска. При увеличении частоты вращения диска вдвое время ожидания уменьшится наполовину.

Время ожидания является одним из факторов, определяющих скорость чтения и записи накопителя. Уменьшение времени ожидания (чего можно достичь только при повышении частоты вращения) сокращает время доступа к данным или файлам. В таблице 3 приведены наиболее распространенные частоты вращения жестких дисков и соответствующие величины времени ожидания.

В настоящее время скорость вращения многих накопителей достигает 7 200 об/мин, чему соответствует время ожидания, равное всего лишь 4,17 мс. При увеличении частоты вращения до 10 000 или даже 15 000 об/мин время ожидания уменьшается до немыслимых величин, равных соответственно 3 и 2 мс. Увеличение частоты вращения накопителя приводит не только к повышению его эффективности, что выражается в уменьшении времени доступа к данным, но и к увеличению скорости передачи данных, считанных головкой из указанных секторов.

Таблица 3  Зависимость времени ожидания от скорости вращения жестокого диска

Оборотов в минуту	Оборотов в секунду	Время ожидания
3600 4200 5400 7200 10000 15000	60 70 90 120 167 250	8,33 7,14 5,56 4,17 3,00 2,00

Сумма среднего времени позиционирования и времени ожидания дает среднее время доступа к данным, которое обычно выражается в миллисекундах.

Величина среднего времени доступа (среднее время позиционирования плюс время ожидания) представляет собой среднее количество времени, необходимое накопителю для обращения к произвольно расположенному сектору.

Большинство современных контроллеров включают встроенный кэш той или иной разновидности, которому не нужно перехватывать и использовать прерывания BIOS. Кэширование осуществляется на аппаратном уровне

Во многих накопителях ATA и SCSI кэш – память расположена непосредственно во встроенном контроллере. Большинство современных накопителей АТА имеют встроенную кэш – память объемом 2 Мбайт; во многих высокоэффективных накопителях АТА объем кэш – памяти достигает 8 Мбайт. Как правило, накопители SCSI имеют кэш – память объемом 8 Мбайт, а в некоторых из них установлен кэш объемом 16 Мбайт. В былые времена 1 или 2 Мбайт оперативной памяти хватало для всей системы. Сейчас же некоторые 3,5 – дюймовые накопители имеют до 16 Мбайт кэш – памяти, которая встраивается прямо в накопитель.

Несмотря на то, что программное и аппаратное кэширование данных позволяет существенно повысить производительность накопителей при обычных операциях считывания и записи, реальная (физическая) скорость передачи данных определяется только конструкцией самого устройства.