Hard disk's Жесткий диск
Основные параметры жесткого диска || Как работает HDD? || Интерфейс (IDE / SCSI) || Производительность || Файловая система
Bus Master DMA || Сопутствующая информация
Основные параметры жесткого диска.
Габаритные размеры современных винчестеров характеризуются так называемым форм-фактором. Как правило, форм-фактор указывает горизонтальный и вертикальный размеры винчестера. В настоящее время горизонтальный размер жесткого диска может быть определен одним из следующих значений: 1,8; 2,5; 3,5 или 5,25 дюйма. Вертикальный размер характеризуется обычно такими параметрами, как Full Height (FH), Half-Height (HH), Third-Height (или Low-Profile, LP). Винчестеры "полной" высоты имеют вертикальный размер более 3,25 дюйма (82,5 мм), "половинной" 1,63 дюйма, а "низкопрофильные" около 1 дюйма. Емкость винчестера может указываться как до, так и после форматирования. В последнем случае она, разумеется, несколько меньше. В ходе выполнения процедуры так называемого низкоуровневого форматирования (low-level formatting) на носитель записывается информация, которая определяет разметку носителя на цилиндры и секторы. Структура формата включает в себя различную служебную информацию: байты синхронизации, идентификационные заголовки, байты контроля четности и т. д. В современных винчестерах такая информация записывается однократно при изготовлении винчестера. Повреждение этой информации при самостоятельном низкоуровневом форматировании пользователем чревато полной неработоспособностью диска и необходимостью восстановления этой информации в заводских условиях. Емкость винчестера измеряется в мегабайтах. Отметим, что приставки "кило" и "мега" в описаниях винчестеров некоторых производителей означают не 103 и 106, как обычно, а 210 и 220, соответственно. На сегодняшний день емкость дисков для настольных систем с интерфейсом EIDE/UltraDMA/33 достигла 18 Гбайт, для портативных систем - 14 Гбайт, а в серверах и рабочих станциях применяются SCSI-диски емкостью свыше 50 Гбайт. На емкость диска оказывает влияние применяемый способ записи. На дисковые пластины запись осуществляется посекторно, причем сектором называется часть концентрической окружности на поверхности дисковой пластины. В старых дисках (и в современных флоппи-дисководах) применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM (Modified Frequency Modulation), в более новых моделях - метод RLL (Run Length Limited), который кодирует записываемую информацию так, чтобы длина серии нулей лежала в определенном диапазоне, обычно от 2 до 7. В этом случае метод обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов, причем плотность записи примерно на 50% выше, чем у MFM. Существует также усовершенствованный метод ARLL (Advanced RLL), обычно имеющий параметры (1,7) и (3,9), который позволяет записать до 43 секторов на одну дорожку. В современных винчестерах применяется более эффективный, хотя и сложный в реализации метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood), что можно перевести как метод максимального правдоподобия при частично перекрывающемся отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко, что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек сразу, а затем на основе методов теории вероятностей выделяется сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции правдоподобия, которая на лету вычисляется специализированным процессором цифровой обработки сигналов, установленным на плате управления диском. При этом плотность записи повышается еще на 40-50%. Для дальнейшего повышения плотности записи применяется также зонный метод записи ZBR (Zoned Bit Recording).
На внешних дорожках диска можно разместить с той же плотностью большее количество информации, чем на внутренних. Поэтому диск разбивается по радиусу на несколько зон в виде концентрических колец. В пределах каждой зоны число секторов постоянно и растет при удалении от центра диска. Поэтому, кстати, скорость доступа к данным у 3,5 и 5,25-дюймовых накопителей зависит от положения данных на диске. Для 1,8 и 2,5-дюймовых накопителей эта техника, как правило, не применяется. На современных дисках давно уже используется логическая, а не физическая адресация данных, поэтому различное число секторов на разных дорожках никому не мешает. Среднее время доступа определяет временной интервал, в течение которого накопитель находит требуемые данные. Это время обычно представляет собой сумму времен, необходимых для позиционирования головок на нужную дорожку и ожидания требуемого сектора. Измеряется данная величина в миллисекундах. Для современных накопителей это время составляет обычно от 8 до 10 мс. Для накопителей могут указываться как внутренняя (от носителя к встроенному интерфейсу привода), так и внешняя скорость передачи данных (от накопителя к системной или локальной шине). Последняя величина, разумеется, существенно ниже. В зависимости от типа интерфейса скорость определяется либо в мегабитах, либо в мегабайтах за секунду. Среднее время безотказной работы MTBF (Mean Time Between Failure) вычисляется обычно как статистическая величина. Берется, допустим, 1000 винчестеров, которые работают непрерывно в течение месяца. Зная число отказавших за этот
месяц винчестеров и общее время работы, определяют MTBF. Таким образом понятно, как определяется данный параметр для накопителей со временем безотказной работы 400 тысяч часов (то есть более 40 лет).
Устройство типичного жесткого диска изображено на следующем рисунке.
Как работает HDD? На скорость жесткого диска влияют следующие факторы: Скорость вращения
Число секторов на дорожке
Время поиска / время переключения головок / время переключения цилиндров
Время задержки при вращении
Время доступа к данным
Кэш-буфер на HD
Организация данных на диске
Скорость передачи
Интерфейс (EIDE / SCSI)
Что такое секторы, дорожки, головки и цилиндры? Вот некоторые основные сведения:
Данные хранятся на магнитном покрытии жесткого диска. Для записи и чтения данных используется так называемая головка, укрепленная на консоли. Диск вращается с постоянной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту (rpm). Данные на диске упорядочены в виде цилиндров, дорожек и секторов. Цилиндры - это концентрические дорожки на поверхности диска. Каждая дорожка поделена на секторы. Головки размещаются по обеим сторонам жесткого диска. Современные консоли перемещаются с помощью серводвигателя (взамен шагового двигателя, которому требуется больше времени на возврат после полного прохождения нужной дорожки). Все жесткие диски имеют резервные сектора, автоматически используемые логическими схемами дисковода в том случае, если на носителе есть дефекты. Скорость вращения. Скорость вращения стандартных жестких дисков лежит в пределах от 4500 до 10000 rpm. В 1999 г Hitachi анонсировала свои диски со скоростью вращения, равной 12000 rpm. Чем больше скорость вращения, тем больше скорость передачи данных, но и HD при этом становится более шумным и горячим. Вам может понадобиться дополнительный вентилятор для охлаждения диска, имеющего скорость вращения от 7200 rpm, иначе его срок службы может существенно сократиться. Современные HD читают все секторы на дорожке за один оборот (чередование 1:1). Скорость вращения постоянна. Число секторов на дорожке. Современные жесткие диски имеют дорожки различного размера. На внешних частях диска места для секторов больше, чем на внутренних. Запись на HD обычно идет начиная с внешних секторов ко внутренним. Следовательно, доступ и передача данных при чтении и записи в начале диска выполняются с большей скоростью. Время поиска / время переключения головок / время переключения цилиндров. Наибольшая скорость достигается при переходе непосредственно на соседнюю дорожку. Наименьшая скорость поиска получается при так называемом полном такте, т.е. при переходе с внешней на внутреннюю дорожку и наоборот. Некоторые дисководы жестких дисков (особенно дисководы SCSI) выполняют команду поиска неправильно. Эти дисководы помещают головку рядом с нужной дорожкой или оставляют ее там, где она находилась до этого. Время поиска, интересующее пользователя, - это среднее время, затрачиваемое на установку головок при произвольном запросе. Да, Вы правы - чем меньше диск (5 1/4", 3 1/2" и т.п.), тем меньше будет время поиска.
Все головки жесткого диска перемещаются посредством одной консоли, т.е. все головки находятся на одном и том же цилиндре. Время переключения головок - это среднее время переключения между двумя головками при чтении или записи. Время переключения цилиндров - это среднее время перемещения головок на следующую дорожку при чтении или записи. Все указанные величины измеряются в миллисекундах (ms). Время задержки при вращении. После того как головка установлена на нужную дорожку, она должна дождаться появления нужного сектора. Это время называется временем задержки при вращении и измеряется в ms. Чем быстрее вращается диск, тем меньше время задержки при вращении. Среднее время - это время, нужное диску для совершения половины оборота, составляющее обычно от 4ms (7200rpm) до 6ms (5400rpm). Время доступа к данным. Время доступа к данным состоит из времени поиска, времени переключения головки и задержки при вращении и измеряется в ms.
Как Вам теперь известно, время поиска показывает только, насколько быстро головка устанавливается на нужный цилиндр. До момента считывания или записи данных потребуется еще добавить время переключения головки, которое затрачивается на поиск дорожки, и время задержки при вращении, нужное для поиска сектора. Кэш-буфер. Все современные HD имеют собственные кэш-буферы, размеры и способы организации которых различны. Обычно кэш используется для чтения и записи. В случае SCSI HD, в зависимости от конкретного дисковода, Вам может потребоваться установить кэширование при записи, поскольку по умолчанию оно может быть не задано. Состояние кэш-буфера можно прочитать с помощью программы наподобие ASPIID от Seagate. Вам может показаться странным, что важен не размер кэш-буфера, а его организация (кэш чтения-записи или предварительного просмотра). В большинстве дисководов EIDE системная память компьютера используется также для хранения микропрограмм HD (программного обеспечения или "BIOS"). Когда на дисковод подается питание, он считывает микропрограмму со специально отведенных секторов. Это делается производителями компьютеров для того, чтобы сэкономить на микросхемах ROM; кроме того, это позволяет при необходимости легко обновить "BIOS" дисковода (как это потребовалось для дисководов WD, у которых возникли проблемы с некоторыми материнскими платами, приводившие к поломке головок!). Организация данных на диске. Теперь Вы знаете, что на жестком диске имеются цилиндры, головки и сектора. Все эти параметры для каждого жесткого диска есть в BIOS. Вы знаете также, что размер сектора жесткого диска не фиксирован, как это было раньше. В настоящее время эти величины используются только для совместимости с DOS, поскольку они не имеют отношения к физической геометрии диска. Они пересчитываются в значение адреса логического блока (LBA), а затем величина LBA преобразуется в истинный номер цилиндра, головки и сектора. Современные BIOSы используют LBA, поэтому ограничения наподобие предельной емкости в 504 MB снимаются. В среде DOS по-прежнему используется номер цилиндра, головки и сектора. Дисководы SCSI всегда осуществляли доступа к данным на жестком диске посредством LBA. В современных операционных системах доступ к данным организован непосредственно через LBA, без использования BIOS. Скорость передачи данных. На рисунках представлены различные способы физического хранения данных на жестком диске. Вы можете определить, использует ли Ваш дисковод "вертикальную" или "горизонтальную" организацию, используя тест, вычисляющий скорость передачи или время поиска по всему диску. В зависимости от типа головок чтения-записи и серводвигателей (для установки консоли), скорость переключения головок может быть как больше, так и меньше скорости перехода с дорожки на дорожку.
Объем традиционного жесткого диска имеет "вертикальную" организацию. Данные читаются или записываются вначале на один цилиндр, начиная с верхней дорожки к нижней, а затем головки переходят к следующему цилиндру.
"Горизонтальная" организация. Данные читаются и записываются начиная с внешнего цилиндра ко внутреннему, а затем головки переключаются на следующую дорожку.
Некоторые жесткие диски используют комбинацию "вертикальной" и "горизонтальной" структур. Как видно из рисунков, при чтении или записи данных на внешнюю часть диска скорость передачи данных будет больше. Причина в том, что там больше места для размещения секторов. Число секторов меняется по шагам. Обычно на диске имеется от 10 до 20 зон (называемых "ступенями") с постоянным числом секторов. В этом и состоит причина того, что скорость передачи представляется по шагам. Некоторые жесткие диски используют комбинацию "вертикальной" и "горизонтальной" организации. "Горизонтальная" организация используется внутри зоны, "вертикальная" - между зонами. При этом, однако, скорость передачи и время поиска такие же, как для "вертикальной" организации. При покупке HD Вам может понадобиться информация об организации данных. Если Вам для Ваших задач требуется постоянная скорость передачи данных (для видео- и аудиозадач), то не следует приобретать дисковод, не поддерживающий горизонтальную организацию данных. Дисководы, работающие с горизонтальной схемой доступа, однако, не особенно широко распространены.
Интерфейс EIDE. В настоящее время наиболле распространены два вида интерфейса жестких дисков - EIDE и SCSI. Интерфейс IDE еще называют ATA, а его расширение для подключения CD-ROM называют ATAPI. Контроллеры EIDE обычно встраиваются в материнскую плату. Контроллер EIDE и диск EIDE соединяются 40-ка или 80-ти жильным кабелем. Жесткие диски EIDE намного дешевле, чем диски SCSI. Для SCSI требуется дополнительный контроллер, поскольку только немногие материнские платы имеют встроенные контроллеры SCSI. С учетом того, что цена диска SCSI выше, система SCSI получается более дорогой, чем EIDE. Ultra DMA/66.
Появление очередного стандарта Ultra DMA/66 на IDE интерфейс вызвано острой необходимостью - IDE жесткие диски со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин начали выпускаться в заметных объемах, и ничего не мешает увеличить скорость до 10000 об/мин. При таких скоростях считывания скорость передачи данных по интерфейсу становится немаловажным фактором, влиящим на быстродействие компьютера в целом. Кроме этого, надо учитывать желание производителей жестких дисков поостоянно подстегивать интерес к новым технологиям и тем самым постоянно стимулировать спрос на их продукцию. Перед разработчиками стандарта стояла задача - увеличить вдвое скорость передачи данных, не потеряв в надежности и, самое главное, не вызвав повышения стоимости реализации интерфейса как на самом IDE устройстве, так и в контроллере IDE. Кроме этого, необходимо сохранить совместимость сверху вниз, так как низкоскоростные IDE устройства, такие как магнитооптические накопители, CD-ROM приводы и жесткие диски , выпущенные ранее, должны работать с контроллерами UDMA/66 без каких-либо проблем. Основное преимущество работы IDE устройств с поддержкой нового стандарта явствует из названия Ultra DMA/66 - скорость обмена по новому интерфейсу равна 66 MB/c.
Скорость обмена
(max.) Тип разъма Количество проводников в кабеле CRC контроль DMA Mode 1 11.1 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Multi-word DMA Mode 1 13.3 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Multi-word DMA Mode 2 16.6 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Ultra ATA Mode 2 33.3 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Да Ultra ATA Mode 4 66.6 MBytes/s 40-выводов IDE 80 Да Главное отличие нового стандарта - увеличенная в два раза скорость обмена. Поскольку длительность каждого сигнала на IDE соответственно также уменьшается в два раза, то резко возрастает угроза влияния помех на сигналы интерфейса. Уже при разработке стандарта UltraDMA/33 был применен метод CRC (Cyclical Redundancy Check - циклический контроль с избыточным кодом) и данные тем самым контролировались на всей цепи их прохождения.
CRC сохранился в качестве метода контроля целостности данных, но, кроме этого, пришлось впервые (с момента появления IDE интерфейса) изменить кабель, показанный на рисунке ниже. Теперь кабель имеет 80 проводников при тех же 40 контактах. Во всем остальном стандарт полностью совместим со своими предшественниками. Любой жесткий диск с интерфейсом UltraDMA/66 будет работать с любым контроллером IDE и наооборот. Единственное жесткое условие - жесткий диск стандарта UltraDMA/66 будет работать с соответствующим контроллером только через специальный кабель. Как видно на фотографии ниже, внешне кабель для UltraDMA/66 отличается только более тонкими проводниками и разница эта не очевидна (если только рядом не лежит обычный IDE кабель). Проще всего отличить один кабель от другого по цвету разъемов. На кабелях для UltraATA/66 голубой разъем ВСЕГДА подключается к контроллеру, а черные разъемы - к периферийным устройствам.
На фотографии верхний кабель - обычный IDE кабель, ниже - кабель для UltraDMA/66. Первые жесткие диски с поддержкой нового стандарта были выпущены фирмой Western Digital в декабре 1998 года. В заключении хотелось бы предостеречь от больших надежд на качественный скачок в производительности дисковой подсистемы компьютера после появления и внедрения UltraDMA/66. Реально скорость работы в 66 MBytes/sec будет достигаться только при работе с буфером на жестком диске. Поэтому при работе с жестким диском, имеющим размер буфера до 512 kBytes, можно ручаться за то, что никакого реального прироста производительности дисковой подсистемы при замене диска и контроллера с UltraDMA/33 на UltraDMA/66 не произойдет. Какое-то повышение производительности будет заметно на жестких дисках с буфером 2 MBytes и больше. Скорее всего размер буфера и дальше будет расти, так как только в этом случае рост скорости интерфейса будет заметен.
Многие проводят параллели между SCSI и IDE, так как скорость SCSI интерфейса также постоянно растет. Но эти сопоставления неправомерны - на одной SCSI шине может быть до 15 устройств и при размере буфера на каждом, например, 2 MBytes, контроллер должен иметь возможность непрерывно оперировать с 30 MBytes данных и для этого просто необходимо иметь высокие скорости на SCSI интерфейсе. На IDE шине в принципе возможно подключение только двух устройств и поэтому скорость интерфейса такого существенного значения не имеет. Ultra ATA/100.
В самом начале 2000 года появились первые соообщения об очередном развитии IDE интерфейса - Ultra ATA/100 и в июне того же года Intel выпустила первый контроллер, поддерживающий новый вариант IDE интерфейса. Этот контроллер получил название 82801BA ICH2 и входит в состав наборов i820e и i815e. Первый жесткий диск с новым интерфейсом выпустила фирма Maxtor также в середине 2000 года. Достигаемая пиковая скорость обмена в 100 Мбайт/с. уже вплотную приближается к пропускной способности шины PCI, а именно к 133 Мбайт/с. (частота 33 МГц, умноженная на разрядность шины PCI - 32 бита, или 4 байта).
Скорость обмена
(max.) Тип разъма Количество проводников в кабеле CRC контроль DMA Mode 1 11.1 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Multi-word DMA Mode 1 13.3 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Multi-word DMA Mode 2 16.6 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Нет Ultra ATA Mode 2 33.3 MBytes/s 40-выводов IDE 40 Да Ultra ATA Mode 4 66.6 MBytes/s 40-выводов IDE 80 Да Ultra ATA Mode 5 100 MBytes/s 40-выводов IDE 80 Да Принцип функционирования Ultra ATA/100 не существенно отличается от UltraDMA/66 (Ultra ATA/66). После получения информации от жесткого диска о его поддержке режима Ultra ATA/100 драйвер IDE соответствующим образом программирует IDE контроллер и просто повышается тактовая частота работы на интерфейсе. Внутренняя частота контроллера в этом режиме становится 133 MHz, но, поскольку сигналы записи на диск формируются контроллером, а сигналы чтения с диска собственно диском и есть значительная разница в способах формирования сигналов записи и чтения, чтение диска выполняется со скоростью 100 MBytes/s, в то время как запись только со скоростью 88.9 MBytes/s. Несимметричность интерфейса, пожалуй, главная особенность нового варианта IDE. Зачем вообще нужен новый интерфейс? Известно, что самые быстродействующие ATA-винчестеры способны выдавать порядка 40 Мбайт/с. Для них вполне достаточно режима UDMA/66. Но это только сегодня. Ведь жесткие диски с 7200 об/с благодаря развитию (и удешевлению) технологий стали общедоступны, серийно выпускаются диски и с 12000 об/с, поэтому не хотелось бы, чтобы интерфейс подключения диска к хост-контроллеру завтра стал узким местом. Для работы с конкретным диском по Ultra ATA/100 совершенно необязательно поддержка этого режима другими устройствами на том же канале IDE. Обмен данными по Ultra ATA/100 возможен между контроллером и именно тем устройством, которое этот режим поддерживает. Никаких конструктивных изменений новый интерфейс не требует. Подходит тот же кабель, что и для Ultra DMA/66. Существуют IDE котроллеры в виде PCI - плат расширения. Они являются альтенативой в том случае, если в вашу материнскую плату встроен контроллер не поддерживающий спецификацию Ultra ATA/66 или Ultra ATA/100. Компания Promise, первая представившая Ultra ATA/66 IDE и IDE RAID контроллеры, обновила свои продукты до нового стандарта Ultra ATA/100. И еще - о совершенно новом интерфейсе Serial ATA. Основная идея, лежащая в основе этого проекта - перевести жесткие диски (и другие устройства как с ATA-, так и c ATAPI-интерфейсами) на последовательный метод обмена. При этом не нужны массивные многожильные шлейфы, сильно ухудшающие теплообмен внутри корпуса - обмен идет по четырем проводам, а конфигурирование дисков упрощается - не нужны перемычки для режимов Master/Slave. В разработке участвуют такие гиганты, как Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum, Seagate, постепенно присоединяются и другие. Это - технология будущего, разработку спецификации планируется закончить к октябрю этого года, после чего последует год-полтора внедрения на производстве. Но первые результаты уже есть - на выставке WinHEC был показан работающий образец, контроллер, позволяющий достигнуть скорости обмена в 1.5 Гбайт/с.
Интерфейс SCSI. Есть несколько видов интерфейсов SCSI. Например, интерфейс может быть 8-битным (50-жильный кабель передачи данных) и 16-битным (68-жильный кабель передачи данных, Wide SCSI). Тактовая частота может составлять 5 MHz (SCSI 1), 10 MHz (Fast SCSI), 20 MHz (Fast-20 или Ultra SCSI) и 40 MHz (Ultra-2 SCSI).
Возможная скорость передачи данных по шине SCSI Тактовая частота шины SCSI 8 бит
(50-жильный кабель передачи данных) 16-bit
(68-жильный кабель передачи данных, Wide SCSI) 5 MHz (SCSI 1) 5 MBytes/s нет 10 MHz (Fast SCSI, SCSI II) 10 MByte/s 20 MByte/s 20 MHz (Fast-20, Ultra SCSI) 20 MByte/s 40 MByte/s 40 MHz (Fast-40, Ultra-2 SCSI) 40 MByte/s 80 MByte/s Скорость жесткого диска определяется не только скоростью передачи данных интерфейсом. Более важно, насколько быстро данные будут читаться или записываться на носитель, а это зависит от плотности записи и скорости вращения. Самый быстрый интерфейс не может обеспечить более высокой скорости, чем скорость, которая определяется внутренними свойствами жесткого диска. Быстрый интерфейс дает преимущество в том случае, если данные записываются или читаются из кэш-буфера при многозадачной работе, когда доступ к нескольким устройствам осуществляется одновременно. В многозадачных операционных системах преимущества SCSI особенно хорошо заметны, поскольку одновременный доступ требуется часто. Если Вы работаете на сервере или оперируете большими файлами для аудио-, видео- и дисковых приложений, для вас будет полезнее SCSI, чем EIDE. Если Вам требуется устройство большой емкости, имеющее самую высокую скорость передачи из предлагаемых на рынке, то Вам нужен интерфейс SCSI. Это связано не с тем, что такие свойства не может обеспечить EIDE; это диктуется рынком. Диски высокого качества с большой емкостью и скоростью передачи данных предназначаются для использования на серверах и обычно не делаются под интерфейс EIDE. Кроме того, жесткие диски SCSI имеют большую емкость кэш-буфера, чем диски EIDE. Стоит еще отметить, что уже появились SCSI диски поддерживающие спецификацию Ultra160 SCSI(скорость передачи данных до 160 мб/с) Производительность. Нужно представлять себе, как зависит общая производительность системы в стандартной среде от подключения медленного или быстрого жесткого диска. Если Ваша операционная система не требует постоянного своппинга (т.е. если Ваш компьютер имеет достаточно большую память), то влияние скорости жесткого диска будет незначительным. Допустим, что скорость Вашего нового жесткого диска на 30% больше, чем скорость старого; при этом выигрыш в стандартной среде будет от 2% до 18%. Некоторые случаи требуют большой скорости, в других случаях требуется большая емкость и надежность. Есть несколько программ, проверяющих быстродействие жесткого диска. Некоторые из них никудышные, другие работают хорошо. В любом случае Вы получите цифры, которые Вам дадут некоторую информацию. Но на какой основе проводить сравнение? Разные тесты дают разные значения. Современные тесты не зависят от данных, содержащихся на диске (проверяется только производительность при чтении). На результаты тестов, однако, влияет несколько факторов: Канал, к которому подключен жесткий диск Работает ли жесткий диск один или совместно с другими устройствами, подключенными к контроллеру В какой операционной системе тестируется и используется жесткий диск Какие драйверы загружены или не загружены Проводится тестирование в понедельник или в пятницу, и т.д.
Файловая система. Жесткий диск продается предварительно физически отформатированным. Это означает, что на диск заранее записывается информация о цилиндрах, дорожках и секторах. После этого Вам остается только создать разделы для логического форматирования и записать на диск информацию о разделах и загрузочный сектор. Вам не обязательно (или нет возможности!) использовать весь жесткий диск как один раздел. Вы можете создать на нем несколько разделов. В зависимости от операционной среды, существует несколько файловых систем. Самыми известными системами являются FAT (DOS, Windows), NTFS (Windows NT) и HPFS (OS/2). По адресу PC Lube & Tune Вы можете найти очень полезную информацию об операционных системах, методах установки разделов и форматирования жестких дисков. FAT12/16/32/NTFS. Для хранения данных на гибких и жестких дисках DOS, включая DOS 7.0 Windows95, использует файловую систему FAT (File Allocation Table). В FAT несколько секторов объединяются в кластер, и при адресации используются 12- или 16-битные адреса кластеров. 16-битная FAT допускает адресацию до 65526 кластеров (некоторые из которых используются для специальных целей). Кластер может достигать 32 KВ; при этом максимальная величина раздела получается равной 2 GВ. Побочным эффектом является то, что каждый файл занимает как минимум 32 КВ, даже если его истинный размер не более 1 КВ. Это заставляло пользователей делить диск на разделы, каждый из которых занимает немного меньше 512 MВ; в этом случае каждый кластер занимал 'только' 8 KВ, и Вы не расходовали впустую ограниченное пространство своего жесткого диска. Размер кластера можно узнать посредством запуска chkdsk.exe в ответ на приглашение DOS. Существует программа Partition magic, которая позволяет менять разделы без потери данных, хранящихся на жестком диске.
Величина раздела и соответствующий размер кластера (FAT16) Величина раздела Размер кластера 2 GByte 32 KByte <1 GByte 16 KByte <512 MByte 8 KByte <256 MByte 4 KByte <128 MByte 2 KByte FAT32 (Описание FAT32 на сайте Microsoft, Вопросы по Windows 95 OSR2) Windows95 OEM service Realease 2 (версия 4.00.1111, DOS 7.1, опознается как версия 950b) поставляется теперь с 32-битной FAT. Из них 4 бита зарезервированы, так что для адресации доступны 228 кластеров. Это дает возможность использовать разделы величиной до 8 GВ с кластерами размером в 4КВ. Максимальный размер раздела - 2 TB (2048 GB). По сравнению с FAT16, FAT32 ограничивает число входов корневой директории, так что теперь можно хранить в корневой директории сколь угодно много файлов и поддиректорий. Без модификации программы DOS обеспечивают доступ к файлам размером не более 2 GB, а программы Win32 могут работать с файлами размером до 4 GB!
Величина раздела и соответствующий размер кластера (FAT32) Величина раздела Размер кластера 3GB - 7GB 4 KByte 8GB - 16GB 8 KByte 16GB - 32GB 16 KByte >32GB 32 KByte Разделы FAT32 доступны для систем Windows95/98/2000 и входящей туда DOS 7.1. Никакая другая система, включая систему Windows NT 4.0, доступа к данным иметь не будет. Все дисковые программы, не написанные специально для FAT32, не будут работать с этой новой файловой системой правильно. Если Вам повезет, они просто не будут работать. Если же нет, то они разрушат Вашу информацию. Постоянно изменяющаяся система LINUX теперь поддерживает разделы FAT32; существует программа под названием MTOOLS, которая поддерживает FAT32 для систем UNIX. В операционных системах линейки WindowsNT применяется файловая система NTFS сильно отличающаяся от вышеупомянутых.
Winimage. эта замечательная утилита позволяет использовать разделы FAT32 с Windows NT.
Режим DMA. В режиме DMA (Direct Memory Access - прямого доступа к памяти) с использованием управления шиной данные передаются (более или менее) напрямую от HDD к основной памяти с использованием незначительного количества ресурсов CPU. Кроме того, новые режимы Multi Word DMA, основанные на стандартах EIDE/Fast ATA, обеспечивают передачу данных с той же скоростью, что и новые режимы PIO (Programmed Input/Output - программируемого ввода-вывода). Преимущество от использования DMA с управлением шиной состоит в том, что при этом меньше используются ресурсы CPU, чем при работе в режиме PIO, что особенно важно для многозадачных систем, в которых CPU может работать с другой программой, пока идет передача данных от HDD или на HDD. Если Вы хотите узнать об этом подробнее, я рекомендую обратиться к следующему документу: Что такое режим DMA с быстрой одновременной передачей? Если Вы хотите использовать этот режим, Вам нужен драйвер, соответствующий вашей конкретной операционной системе. Ни один BIOS до сих пор не имеет возможностей установки или отмены этого режима, поэтому не переживайте по поводу несовершенства своего BIOS - Вам нужен просто соответствующий драйвер.
Основные направления совершенствования накопителей на жестких дисках.
Первое и главное - повышение плотности записи. Основой для этого явилось появление считывающих головок, воспринимающих чрезвычайно слабые сигналы. Разработанные IBM головки с гигантской магниторезистивностью (GMR-heads) используют эффекты уже на уровне электронов. Продолжают совершенствоваться и принципы записи, растет соотношение полезной информации к служебной, необходимой для корректного считывания данных. Это выражается не только в уменьшении габаритов (за счет меньшего числа пластин) и снижении себестоимости, но и в росте внутренней скорости считывания последовательно расположенных битов информации - при той же угловой скорости вращения пластин за единицу времени головка проходит над большим количеством данных (под внутренней скоростью понимается скорость передачи данных между пластинами и буфером диска). Кроме того, уменьшение количества (и следовательно массы) пластин снижает инерционный момент и косвенно повышает быстродействие накопителя. Второе направление - увеличение скорости вращения пластин. Более высокая скорость вращения обеспечивает минимизацию очень важного показателя - времени доступа (и входящего в него времени поиска данных). Растет и внутренняя скорость считывания. Однако жесткие требования к надежности конструкции (и, следовательно, дороговизна в изготовлении), сильный нагрев и шум существенно ограничивают производителей в продвижении этим путем. Третье направление - совершенствование интерфейса жестких дисков. В тот момент, когда узким местом дальнейшего повышения быстродействия становится внешняя скорость передачи данных (от буфера диска к системной памяти), происходит переход к новым технологиям интерфейсов. Яркий пример - Ultra ATA/33, сравнительно быстро завоевавший рынок HDD нижнего ценового диапазона, на смену которому уже приходит новый - Ultra ATA/66. Новый интерфейс хорош не только более высокой скоростью. Он имеет лучшие характеристики по целостности передаваемых данных. Стандарт полностью совместим с предыдущим: старые диски будут работать на предельной для них скорости с новым интерфейсом, а новые модели будут работать со старым интерфейсом. Для Ultra ATA/66 используется новый 80-жильный кабель, поэтому полноценная работа моделей накопителей с этим интерфейсом возможна только при наличии трех компонентов: нового диска, нового контроллера на материнской плате и нового кабеля. Аналогичный процесс перехода к новым интерфейсам происходит и в среде дорогих SCSI-накопителей, от которых требуют еще более высоких скоростей (анонсирование Ultra160/m SCSI и следующей версии Fibre Channel-FC AL2 - весомое доказательство). Менее значительным, но заметным переработкам подверглась и буферная память накопителей. 256 Кбайт кэш-памяти стали необходимым минимумом, а наиболее современные диски выпускаются в минимальной конфигурации с 512 Кбайт. Такое увеличение во многом связано с возрастанием относительной доли мультимедийных приложений, очень чувствительных к непрерывности потока данных, а следовательно и к размеру буферной памяти. Совершенствуются и принципы работы с кэшем, которые позволяют оптимизировать его загрузку и в итоге заметно повысить общее быстродействие. Последнее по счету (но не по значимости и прилагаемым усилиям) направление разработок - повышение надежности накопителей. Две основные стороны проблемы: надежность во время работы и безопасность при транспортировке. Специфика применения жесткого диска такова, что даже сверхбыстродействие и огромный объем не будут иметь ни малейшей цены при отсутствии гарантии сохранности данных. Это отлично понимают производители и за последние месяцы было анонсировано несколько серьезных разработок, повышающих "живучесть" HDD. Все шире внедряются технологии, позволяющие не только контролировать текущее состояние накопителя (к примеру, широкоизвестная S.M.A.R.T.), но и осуществлять автоматический перенос данных из потенциально дефектных секторов без участия пользователя во время простоя. Практически у всех накопителей за счет доработки конструкций выросла сопротивляемость ударным нагрузкам и вибрации. Технологии, повышающие надежность, стали использоваться даже в наиболее дешевых моделях (показателен пример новой серии Quantum BigFoot, о которой сказано в обзоре).
Сопутствующая информация. Вопросы по Enhanced IDE/Fast-ATA/ATA-2 (original)
Термины и определения SCSI Трудности FAT32 Работа дисководов SCSI с FAT32 Вопросы Triones по драйверам управления шиной