Накопители на жестких магнитных дисках.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткие диски, Hard Disk Drive — HDD) представляют собой устройства, предназначенные для длительного хранения информации. В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа винчестер. Термин «винчестер» является жаргонным названием первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья винчестер. В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания-записи помещены в герметически закрытый корпус. Под дисками расположен двигатель, обеспечивающий вращение дисков, а слева и справа — поворотный позиционер с коромыслом, управляющим движением магнитных головок по спиральной дуге для их установки на нужный цилиндр. Емкость винчестеров благодаря чрезвычайно плотной записи, выполняемой магниторезистивными головками в таких герметических конструкциях, достигает нескольких десятков гигабайтов; быстродействие их также весьма высокое: время доступа от 5 мс, трансфер до б Гбайт/с. Магниторезистивные технологии обеспечивают чрезвычайно высокую плотность записи, позволяющую размещать 2-3 Гбайт данных на одну пластину (диск). Появление же головок с гигантским магниторезистивным эффектом (GMR — Giant Magnetic Resistance) еще более увеличило плотность записи — возможная емкость одной пластины возросла до 6,4 Гбайт. НЖМД весьма разнообразны. Диаметр дисков чаще всего 3,5 дюйма (89 мм). Наиболее распространенная высота корпуса дисковода: 25 мм — у настольных ПК, 41 мм — у машин-серверов, 12 мм — у портативных ПК, существуют и другие. Внешние дорожки диска длиннее внутренних. Поэтому в современных жестких дисках используется метод зонной записи. В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов размещается больше данных, чем во внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%. Есть два основных режима обмена данными между HDD и ОП:

Q Programmed Input/Output (PIO — программируемый ввод-вывод);

Q Direct Memory Access (DMA — прямой доступ к памяти).

PIO — это режим, при котором перемещение данных между периферийным устройством (жестким диском) и оперативной памятью происходит с участием центрального процессора. Существуют следующие режимы передачи: РЮО, РЮ1, РЮ2, РЮЗ, РЮ4. Причем РЮО самый «медленный», а РЮ4 — самый «быстрый» (16,6 Мбайт/с). Режимы РЮ в современных ПК используются редко, поскольку сильно загружают процессор. DMA — это режим, в котором винчестер напрямую общается с оперативной па-мятью без участия центрального процессора, перехватывая управление шиной. Режимы DMA при интерфейсах IDE поддерживают протоколы SW (SingleWord —однословный) и MW (MultiWord — «многословный»), обеспечивающие трансфердо 66 Мбайт/с (при протоколе MW3 DMA). При интерфейсах SCSI может быть достигнута более высокая скорость передачи. Так, наиболее популярный сейчас интерфейс Ultra2Wide SCSI (Ultra2 означает работу на тактовой частоте 40 МГц; Wide — ширину шины 16 битов) обеспечивает пропускную способность 80 Мбайт/с, при этом можно подключать до 15 накопителей к одному контроллеру интерфейса. А технология FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop), использующая оптоволоконные каналы связи для жестких дисков SCSI, обеспечивает трансфер 200 Мбайт/с и возможность подключения до 256 устройств (используется, естественно, не в ПК, а в больших системах и в дисковых массивах — RAID). Время доступа к информации на диске напрямую связано со скоростью вращения дисков. Стандартные скорости вращения для интерфейса IDE — 3600, 450, 0, 5400 и 7200 оборотов/мин; при интерфейсе SCSI используются скорости до 10 000 и даже до 12 000 оборотов/мин. При скорости 10 000 оборотов/мин среднее время доступа составляет 5,5 мс. Для повышения скорости обмена данными процессора с дисками НЖМД следует кэшировать. Кэш-память для дисков имеет то же функциональное назначение, что и кэш для основной памяти, то есть служит быстродействующим буфером для кратковременного хранения информации, считываемой или записываемой на диск. Кэш-память может быть встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем (например, драйвером Microsoft Smartdrive) в оперативной памяти. Ёмкость кэш-памяти диска обычно составляет 2 Мбайт, а скорость обмена данными процессора с кэш-памятью достигает 100 Мбайт/с. Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и секторы, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical, или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на секторы и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Существует и технология SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) — технология самотестирования и анализа, осуществляющая автоматическую проверку целостности данных, состояния поверхности дисков, перенос информации с критических участков на нормальные и другие операции без участия пользователя. Кроме того, при появлении и нарастании серьезных ошибок SMART своевременно выдает сообщение о необходимости принятия мер по спасению данных. В ПК имеется обычно один, реже несколько накопителей на жестких магнитных дисках. Однако в MS DOS программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько «логических» дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе. Большинство современных накопителей имеют собственную кэш-память емкостью от 2 до 8 Мбайт. Среди последних новинок заслуживают внимания HDD компании I-O Data, представившей в декабре 2002 года три модели емкостью 250 Гбайт: внутренний накопитель UHDI 250 с интерфейсом Ultra ATA-133 и внешние накопители:

HDA-IU 250 с интерфейсом USB 2.0 и HDA-IE 250 с интерфейсом IEEE 1394.

Внешние HDD относятся к категории переносных. В последнее время переносные накопители (их также называют внешними, мобильными, съемными, а портативные их варианты — карманными — Pocket HDD) получили широкое распространение. Питание переносных жестких дисков

выполняется либо от клавиатуры, либо по шине USB (возможный вариант через порт PS/2).

Переносные жесткие диски весьма разнообразны: от обычных HDD в отдельныхкорпусах до стремительно набирающих популярность твердотельных дисков. Размеры корпуса могут быть разными. Например: 219 х 155 х 44 мм, 143 х 87 х х 27 мм, 126 х 75 х 15 мм и др. Форм-фактор дисков чаще всего 2,5 дюйма, а емкость от 1 до 60 Гбайт.

Компания Cornice Inc. (США) готовится к выпуску в конце 2003 года однодюй-

мовых винчестеров емкостью 1,5 Гбайт. Переносить большие массивы данных с одного компьютера на другой позволяют также оптические накопители CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM. Их носители обеспечивают перенос больших массивов данных с одного компьютера на другой. Кроме того, в силу относительно высокой производительности эти накопители можно использовать в тех же целях, что и обычные стационарные жесткие. Такие устройства могут применяться и для решения задач резервного копирования информации. Перечислим наиболее популярные типы съемных пакетов дисков и дисководов. Jaz 1Gb, Jaz 2Gb Модели Jaz 1Gb, Jaz 2Gb, разработанные компанией Iomega (Jaz 1Gb поддерживают жесткие диски емкостью 1 Гбайт, а дисководы Jaz 2Gb — диски емкостью 1 Гбайт и 2 Гбайта). Iomega Jaz 2СЬ-дисководы отличаются более высокой скоростью работы. Пиковая скорость передачи данных имеет величину 20 Мбайт/с, средняя скорость равна примерно 7,5 Мбайт/с, а среднее время доступа — 15,5-17,5 мс, скорость вращения двигателя — 5400 оборотов/мин, интерфейс — SCSI. По своим характеристикам устройства Jaz 2Gb ненамного уступают обычным стационарным жестким дискам. Однако максимальный объем дисков ограничен величиной 2 Гбайт. К основным достоинствам этих систем относятся относительно высокое быстродействие, простота установки и эксплуатации, хорошее программное обеспечение. Главным недостатком является высокая цена на дисководы и диски.

Иногда НЖМД со сменными пакетами дисков и НГМД типа Zip называют накопителями Бернулли, поскольку в этих накопителях для минимизации и регулирования зазора между магнитной головкой и носителем — магнитным диском — используется закон Бернулли: давление на поверхность тела, создаваемое потоком движущейся вдоль нее жидкости или газа, зависит от скорости этого потока и уменьшается с увеличением этой скорости. Магнитные головки располагаются над поверхностью эластичных дисков: когда диски неподвижны, они под действием своего веса несколько провисают и отходят от головок, при быстром вращении дисков под действием создающегося разрежения воздуха они притягиваются к головкам почти вплотную, но без их касания. Это обеспечивает минимальное рассеивание магнитного потока головки и позволяет увеличить плотность записи информации на диске. Syjet — дисковод сменных жестких дисков, разработанный компанией SyQuest. Это устройство поддерживает накопители емкостью 1,5 Гбайт, которые производятся по технологии жестких дисков. Один такой накопитель имеет 2 диска, 4 поверхности. Устройства Syjet выпускаются с интерфейсами IDE, LPT, SCSI.

Пиковая скорость передачи Syjet превышает 10 Мбайт/с, средняя скорость

составляет 7 Мбайт/с. Самым медленным является внешний дисковод с интерфейсом LPT, поскольку его скорость обмена определяется исключительно скоростью обмена параллельного порта. Среднее время доступа для устройств Syjet составляет 11-12 мс. Скорость вращения двигателя равна 5400 оборотов/мин.

SparQ, — устройство, разработанное компанией SyQuest. Поддерживает диски емкостью 1 Гбайт. Существуют накопители SparQ с интерфейсами IDE, SCSI, LPT, USB. Для всех систем SparQ среднее время доступа составляет 12 мс, а частота вращения шпинделя — 5400 оборотов/мин. Пиковая скорость передачи данных для устройств IDE при пакетной передаче достигает 16,6 Мбайт/с. Обычная скорость имеет величину порядка 3,7-6,9 Мбайт/с.

EZFlyer — дисковод сменных жестких дисков, разработанный компанией SyQuest. Это устройство поддерживает картриджи емкостью 230 Мбайт. Существуют внешние устройства с интерфейсами SCSI и LPT, а также внутренние с интерфейсом IDE. Среднее время доступа для EZFlyer составляет 13,5 мс, а частота вращения двигателя дисковода — 3600 оборотов/мин. Максимальная скорость передачи данных может доходить до 16,6 Мбайт/с.

Shark 250 — дисковод сменных жестких дисков компании Avatar, поддерживающий диски емкостью 250 Мбайт. Производятся устройства с интерфейсами LPT и PC Card. Данные устройства имеют очень маленькие габариты и малый вес (320 г). Для систем с интерфейсом PC Card скорость передачи данных составляет 2 Мбайт/с, а для систем с LPT — 1,25 Мбайт/с. Среднее время доступа для таких устройств равно 12 мс.

 

Orb — устройство, разработанное компанией Castlewood. Этот накопитель поддерживает 3,5-дюймовые сменные диски емкостью 2,2 Гбайт. Максимальная скорость передачи информации составляет 12,2 Мбайт/с. Среднее время поиска — 10-12 мс. Выпускаются устройства с интерфейсами LPT, USB, IDE, SCSI и IEEE 1394. Дисководы Orb бывают как внутренние, так и внешние. В силу большой емкости дисков, высокой производительности и относительно низкой стоимости по сравнению с Jaz 2Gb, системы Orb составляют серьезную конкуренцию изделиям компании Iomega.