З архітектури ЕОМ

Звіт до лабораторної роботи №11

Підготувала:

студентка групи ПМ-11

Якимюк В.О.

Перевірив:

Гаврюсєв С.М.

Рівне 2012

Тема: “ Жорсткі диски ”

Структура жорстких дисків
Накопичувач на жорстких магнітних дисках (жорсткий диск, вінчестер, HDD) – пристрій зовнішньої пам'яті, який призначений для довготривалого збереження інформації.
Основними елементами накопичувача являються декілька круглих алюмінієвих або склоподібних пластин. На відміну від гнучких дисків (дискет), їх не можна зігнути; тому і була дана назва – жорсткий диск.
Фізична будова жорстких дисків
Основним компонентом жорсткого диска є одна або декілька круглих пластинок виготовлених з алюмінію або скла і покриті магнітним шаром, що наноситься з обох сторін пластини. Саме на цих пластинах і зберігається вся інформація. Диски закріплені на загальній осі і обертаються з великою швидкістю (для сучасних – 5400 або 7200 об/хв). Крім того, в корпусі жорсткого диску є блок магнітних головок, які здійснюють читання і запис з поверхонь дисків. Всі головки сполучені разом і не можуть рухатися окремо, тому запис і читання проводяться відразу з усіх поверхонь дисків одночасно.
Диски і головки знаходяться на металічному шасі, що забезпечує жорсткість всієї конструкції, та закриті кришкою, що оберігає поверхню дисків і головку від потрапляння пилу. Дуже важливий надійний захист блоку дисків і головок, адже під час роботи диска, при обертанні пластин, створюється потужний потік повітря і магнітні головки під час читання-запису "парять" над поверхнями дисків не торкаючись їх, а зазор між дисками і головками складає декілька мікрометрів. Блок головок-дисків не містить ніякої електроніки, а підключається до спеціальної плати, на якій знаходиться керуюча електроніка, тобто контролер.
Параметри жорстких дисків
Основні параметри, що визначають швидкодію і можливості, жорстких дисків:
• Об’єм даних, який можна записати.
• Інтерфейс підключення, а отже і ШПД.
• Час, за який можна отримати доступ до необхідної ділянки диска.
• Швидкість послідовного читання-запису даних.
• Швидкість обертання дисків. Зрозуміло, чим швидше обертаються диски, тим швидше можна отримати доступ до диска, тим швидше диски проходять під магнітними головками, а отже, тим швидше можна зчитувати/записувати дані.
• Щільність запису даних на диск. Чим щільніше записані дані, тим більше даних в одиницю часу проходить під магнітними головками, отже, тим швидше можна зчитати записані дані.

Логічна будова жорстких дисків
Кожний диск поділяється на треки (Track), концентричні кільця. Крім того, диск розділяється на сектори, області перетину секторів і доріжок називають блоками (block), в блоці зберігається 512 байт корисної інформації.
Зауваження: кожен блок на диску займає 571 байт, з яких під дані відводиться лише 512 байт.
Кількість блоків на одній пластині рівна добутку кількості секторів на кількість доріжок. Кількість сторін, що використовуються, рівна кількості магнітних головок (head) на диску. Загальна формула для розрахунку кількості блоків на диску має вигляд: кількість доріжок * кількість секторів * кількість головок. А об’єм диску рівний кількості блоків помноженому на об'єм одного блоку, тобто на 512 байт. Єдине зауваження: оскільки магнітні головки жорстко скріплені одна з одною, то запис проводиться на всі доріжки всіх сторін одночасно. Отже, замість поняття "доріжка" слідує ввести поняття, що описує всі рівновіддалені від центру доріжки на всіх сторонах всіх пластин: сукупність таких доріжок за такими міркуваннями називається циліндром (cylinder).
Разом об’єм жорсткого диска = cylinder * sector * head * 512 byte.
Звернення до кожного блоку на диску (адресація блоку) здійснюється за допомогою вказування номеру циліндра, сектора і головки для кожного блоку. Тобто на диску вводиться циліндрична система координат і кожний блок на диску має в цій системі координат свою власну унікальну адресу, за якою контролер жорсткого диску знаходить необхідний блок. Така адресація називається CSH (Cyl, Sect, Hd) або Normal. Однак, є ряд причин, що не дозволяють використовувати вказаний вище спосіб адресації.
Перша причина полягає в тому, що ідеальне розбиття диска на сектори призводить до того, що блоки на внутрішніх циліндрах матимуть меншу площу, ніж блоки, розташовані на зовнішніх циліндрах. А оскільки об'єм інформації в кожному блоці однаковий, то можна помітити, що корисна площа диска використовується неефективно. Для того, щоб уникнути такого марнотратного витрачання дискового простору, застосовують зонний розподіл на сектори. Тобто на внутрішніх циліндрах сектори ширші, а на зовнішніх - більш вузькі, так, щоб зробити більш ефективним використання площі поверхні диска. Проте про такий диск вже не можна сказати, що він має деяку кількість секторів – кількість секторів залежить від циліндра.
Отже, розглянута нами вище схема адресації вже не може відповідати реальній геометрії жорсткого диску. Для того, щоб як і раніше користуватися введеною системою координат, потрібен певний механізм трансляції, який зміг би перетворити реальну геометрію жорсткого диску в деяку ідеальну, в якій він має фіксовану кількість секторів. У такому разі трансляція повинна підтримуватися самим диском.
Звернення до диску в рамках описаної системи координат виконує BIOS та контролер жорсткого диску. Через деякі причини при написанні перших BIOS для PC була зарезервована недостатня кількість біт для зберігання інформації про циліндри, сектори і головки. Перші BIOS підтримували звертання лише до 1024 циліндрів, 64 секторів і 16 головок. Найпростіший розрахунок показує, що у такому разі BIOS може звертатися тільки до 512 Мбайт жорсткого диску. На даний час недостатньо підтримки дисків об’ємом тільки 512 Мбайт. Для того, щоб розв'язати цю проблему слід додати ще деяку кількість біт для зберігання інформації про циліндри і сектори. Проте це не так просто: необхідні області пам'яті зарезервовані під інші потреби. Вирішення проблеми вдалося знайти: виявилось можливим додати деяку кількість біт під зберігання інформації про головки: BIOS отримав можливість звертатися до 256 головок. Але такої кількості головок у реального диска бути не може. Проте, якщо геометрія жорсткого диска не відповідає реальній, то яка вже різниця, як проводити трансляцію – лише б вона дозволяла звернутися до більшої кількості блоків на диску. Для того, щоб використовувати більшу кількість головок, був розроблений метод трансляції, який назвається LBA – логічна блокова адресація. При такій адресації реальна геометрія диска з великою кількістю циліндрів і секторів, замінюється віртуальною при якій вважається, що у диска менше циліндрів, але більше головок. Природно, така адресація не відповідає реальній геометрії, втім в цьому і немає гострої необхідності, головне, що тепер можна в рамках розглянутої системи координат звернутися до більшої кількості блоків.
Для того, щоб трансляція LBA працювала, потрібно щоб диск і BIOS контролера її підтримували. Оскільки кількість підтримуваних головок збільшилася в 16 разів, то і максимальний об'єм диска становить приблизно 8,3 Гбайти. З однієї сторони це великий крок вперед щодо CHS, з іншої сторони і такого об'єму сьогодні мало. Але подальше збільшення кількості циліндрів, головок і секторів неможливе: подальше звернення до жорсткого диска в режимі LBA вже не підтримує сам BIOS. Однак звернення до циліндрів понад 1024 забезпечується засобами (драйверами) самих операційних систем.
Різновиди стандарту ATA
Стандарт ATA був прийнятий в березні 1989 року комітетом по стандартам при ANSI. Пізніше були розглянуті і затверджені наступні стандарти ATA:
• ATA-1 (1988-1994);
• ATA-2 (1996, також називається Fast-ATA, Fast-ATA-2 або EIDE);
• ATA-3 (1997);
• ATA/ATAPI-4 (1998, також називається Ultra-ATA/33);
• ATA/ATAPI-5 (1999, також називається Ultra-ATA/66);
• ATA/ATAPI-6 (2000, також називається Ultra-ATA/100, Ultra-DMA/100);
• ATA/ATAPI-7 (2002, також називається Ultra-ATA/133, Ultra-DMA/100).

Поиск по сайту: