19) Устройство и принцип работы накопителей на жестких магнитных дисках.

В накопителях на жёстких дисках данные записываются и считываются головками чтения-записи с расположенных на поверхности диска, концентрических окружностей (дорожек), разделённых на секторы. Одинаково расположенные на всех сторонах диска дорожки объединяются в цилиндр. Плотность расположения дорожек, в современных накопителях превышает 100 000 на 2,5 см.

Дорожки и секторы на жёстком диске

Цилиндры на жёстких дисках

В нормальном состоянии, при работе, головки не касаются диска. Между диском и слайдером головки, при вращении дисков образуется небольшой зазор (воздушная подушка, воздушная подвеска). Благодаря специальному профилю слайдера, величина зазора всегда остаётся постоянной. Но когда диск останавливается, то головки ложатся на диск. Если головка под действием вибрации коснётся диска во время работы, то может произойти либо потеря информации, либо выход из строя всего накопителя.

В подавляющем большинстве современных накопителей используется механизм, который вообще не позволяет головкам касаться жёсткого диска, даже в отключённом состоянии. Для этого предусмотрены специальные парковочные рамы. Головки заскакивают на раму под действием пружины, или под действием остаточной энергии, генерируемой вращающимися дисками.

Блок, в котором расположены диски и головки называется блоком HDA (Head Disk Assembly). Ремонт узлов внутри блока HDA, как правило требует спецусловий.

20) Форматирование жестких дисков.

Различают два вида форматирования: форматирование низкого уровня или физическое и форматирование высокого уровня или логическое.

В процессе форматирования низкого уровня, дорожки диска разбиваются на секторы. Записываются заголовки и заключения секторов, а так же формируются интервалы между ними.

Практически во всех накопителях используется зонная запись с переменным количеством секторов на дорожке. При низкоуровневом форматировании, дорожки распределяются по зонам, и количество секторов на дорожке выбирается в соответствии с зоной, к которой принадлежит дорожка. Метод зонной записи позволяет повысить производительность накопителя на 20-50%

При высокоуровневом форматировании, на диске создаются структуры для работы с файлами. В каждый раздел или логический диск заносится загрузочный сектор тома, две копии таблицы размещения файлов и корневой каталог. Таким образом, высокоуровневое форматирование это не столько форматирование, сколько создание оглавления диска и таблицы размещения файлов.

21) Рабочий слой диска.

Самые распространённые типы рабочего слоя: оксидный, тонкоплёноный, двойной антиферромагнитный.

Оксидный слой состоит из окиси железа. Он довольно мягкий и при столкновении с ним головок, крошится и образует много пыли и осколков.

Тонкоплёночный слой отличается технологией производства и защитным покрытием поверх рабочей плёнки железа. Это позволяет сделать поверхность очень гладкой и уменьшить зазор между диском и головкой. А так же, помогает избежать крошения и появления пыли и осколков при столкновении головок с диском или во время парковки головок.

Двойной антиферромагнитный слой, представляет собой два магнитных слоя разделённых слоем рутения толщиной в 3 атома.

22) Механизмы привода головок чтения/записи. Автоматическая парковка головок.

Бывают двух видов: с шаговым двигателем, с подвижной катушкой.

Привод с шаговым двигателем устарел. Привод с подвижной катушкой использует для наведения специальную систему позиционирования с обратной связью. Эта система называется сервопривод.

Механизмы привода головок с подвижной катушкой бывают линейными и поворотными.

Для использования сервопривода необходимы служебные метки, которые могут быть размещены во вспомогательном клине, в виде встроенных сервокодов или на выделенном диске.

23) Шпиндельный двигатель накопителя на магнитных дисках, их особенности. Фильтры в накопителях на магнитных дисках.

Почти во всех дисках обещго назначения используется фильтр рециркуляции воздуха и барометрический фильтр, через который диск сообщается с окружающей средой, для выравнивания давления.

Шпиндельный двигатель

Может быть основан на шариковых подшипниках или на гидродинамических подшипниках

24) Характеристики накопителей на жестких дисках. Система SMART.

Ёмкость, быстродействие, надёжность, стоимость.

S.M.A.R.T.

Технология самотестирования, анализа и отчётности. Позволяет прогнозировать будущие неисправности жёсткого диска. В большинстве накопителей регистрируются следующие параметры:

+ Высота полёта головки над диском

+ Скорость передачи данных

+ Количество переназначенных секторов

+ Время раскручивания жёсткого диска

+ Частота сбоев при поиске

+ Производительность при поиске

+ Количество повторений раскручивания жёсткого диска

+ Количество повторных калибровок накопителя

25) Спецификация RAID, и уровни RAID.

RAID – избыточный массив независимых дисковых накопителей (Redundant Array of Independed Disks) разрабатывался в целях повышения отказоустойчивости и быстродействия запоминающих устройств. Технология была разработана в Калифорнийском университете в 1987 году. В её основу был положен принцип использования нескольких дисков, взаимодействующих друг с другом с помощью специального программного и аппаратного обеспечения, в качестве одного диска большой ёмкости.

Первоначально планировалось просто объединить несколько дисков в один большой физический диск. Однако, эта схема не влияла на быстродействие, а отказоустойчивость только снижалась. Для решения этих проблем было предложено 6 различных уровней RAID. Каждый из этих уровней характеризуется определённой отказоустойчивостью, ёмкостью и быстродействием работы накопителей.

Уровни RAID:

RAID 0 – Чередование. Данные записываются на несколько дисков одновременно. Высокое быстродействие и крайне низкая отказоустойчивость. Требует как минимум два накопителя.

RAID 1 – Зеркалирование. Данные, записываемые на один диск, дублируются и на другие. Высокая отказоустойчивость. Выигрыш в производительности не очень велик. Требует как минимум два накопителя.

RAID 2 – С кодом коррекции ошибок. Происходит побитовое дробление данных и запись кода коррекции ошибок на несколько дисков. Предназначен для запоминающих устройств, не поддерживающих код коррекции ошибок. Поскольку, таких сейчас нет, то и контроллеров поддерживающих RAID 2 – не существует.

RAID 3 – Чередование с контролем чётности. Объединяет уровень RAID 0 с выделением дополнительного накопителя для хранения информации контроля чётности. Требует как минимум 3 накопителя. При этом данные расслаиваются по байтам, а не по секторам. Отказоустойчивость высокая. Быстродействие чуть ниже, чем RAID 0.

RAID 4 – сблокированные данные с контролем чётности. Подобен уровню RAID 3, только данные разбиваются не по байтам, а большими блоками, что повышает производительность для работы с большими файлами. Требует как минимум 3 накопителей.

RAID 5 – сблокированные данные с двойным распределением контроля чётности. Подобен уровню RAID 4, но предполагает более высокую производительность, за счёт распределения информации контроля чётности по разным дискам. Требует как минимум трёх накопителей.

RAID 6 – сблокированные данные с двойным распределённым контролем чётности. Похож на RAID 5, но под информацию контроля чётности отводится 2 диска. Производительность снижена по сравнению с RAID 5. Требует как минимум 4 дисков. Обеспечивает высокую отказоустойчивость при множественных отказах.