Методи запису на жорсткий диск
Лабораторна робота 5.
Тема:Дослідження роботи| накопичувача| на ЖМД
Мета|ціль|: Дослідити структуру ЖД. Навчитися обслуговувати ЖД
Теоретична частина
Жорсткий диск (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) незалежний перезаписуючий комп'ютерний пристрій, що запам'ятовує. Є основним накопичувачем даних практично у всіх комп'ютерах.
Основні характеристики:
· Інтерфейс (інтерфейс – тип підключення жорсткого диска до системи);
· Об'єм (об'єм показує, яку кількість інформації здатний вміщати жорсткий диск);
· Об'єм буфера (буфер служить для попереднього розміщення прочитуваних або записуваних даних, за нормальний об'єм буфера в даний час вважається 8 або 64 Мбайт);
· Швидкість обертання(швидкість обертання шпінделя жорсткого диска безпосередньо впливає на продуктивність, ціну і енергоспоживання; в даний час часто використовуються диски на 7500 і 10 000 оборотів в хвилину);
· Час довільного доступу(час, за який вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска; діапазон цього параметра невеликий від 2,5 до 16 мс)
Типи жорстких дисків
Умовно всі жорсткі диски можна розділити на чотири типи|типів|:
· Зовнішні;
· Для настільних комп'ютерів;
· Для ноутбуків;
· Для серверів;
Рис. 5.1 Склад вінчестеру
Блок електроніки
Блок електроніки за своєю суттю це контроллер виконує функції мікрокомп'ютера. На платі у|біля| сучасних вінчестерів можна знайти процесор, пам'ять (ОЗУ), ПЗП. Процесор займається обробкою отриманих|одержувати| з головок|голівок| даних і перетворенням їх в зрозумілий комп'ютеру «мова|язик|» - ATA| стандарт. Робить|чинить| він це, як і комп'ютер в оперативній пам'яті ОЗУ (зазвичай|звично| використовується і як дисковий буфер). Таким чином із|із| збільшенням пам'яті ОЗУ в деяких випадках можна збільшити швидкість роботи накопичувача. ПЗП, який зберігає програми, що управляють, для блоків управління і цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера, потрібно для старту. При включенні|приєднанні| плата контроллера прочитує службову інформацію і якщо вона коректна, то жорсткий диск починає|розпочинає| роботу.
Гермозона
Гермозона це порожнина жорсткого диска, обмежена кришкою, усередині|всередині| якої знаходитися|перебувати| очищений|обчищений| від частинок|часток| пилу повітря. Найчастіше в конструкції жорстких дисків присутній спеціальний технологічний отвір з|із| очищаючим фільтром для доступу повітря і вирівнювання тиску|тиснення|.
· 
Одним з елементів гермозони є|з'являється| блок магнітних (БМГ). Конструктивно, окрім|крім| самих головок|голівок| читання-запису на нім розташована|схильна| мікросхема, що підсилює|посилює| сигнал, що отримується|одержує| при читанні інформації з магнітного диска. Рис 5.2. Гермозона
· Ще один простий пристрій|устрій| міститься|утримується| в гермозоні це двигун шпінделя|шпинделя|. На нім знаходиться|перебуває| пакет магнітних дисків. Двигун розкручує пакет дисків до потрібних оборотів|зворотів| при справних решті елементів жорсткого диска.
· І нарешті|урешті| сама нестійка до пошкоджень|ушкоджень| частина|частка| вінчестера це система дисків
Магнітний диск
Є алюмінієвою пластиною (іноді|інколи| скляну, як у|біля| вінчестерів фірми|фірма-виготовлювача| IBM|) круглої форми розміром приблизно як компакт-диск.
Рис 5.3. Магнітний диск
На поверхні диска знаходитися|перебувати| магнітний шар, який і служить основою для запису інформації. Спочатку магнітні домени на поверхні диска ні як не орієнтовані. Для орієнтування блоку магнітних головок|голівок| на магнітний диск наносяться|завдають| спеціальні мітки - сервомітки|.
Це здійснюється «рідним» блоком магнітних головок|голівок|, який управляється у свою чергу|своєю чергою| зовнішнім пристроєм|устроєм|, званим серво-врайтером|. Після того, як поверхня розмічена, вже може сам писати і читати поверхню.
Логічна структура вінчестера
Рис. 5.4. Логічна структура вінчестера
Кожна поверхня диска ділиться на доріжки, що є концентричними колами, уздовж яких розміщується інформація, доріжки діляться на сектори (їх ємкість зазвичай 512 байт). Декілька фізичних доріжок з однаковим номером, але розташовані на різних дискових поверхнях (один над одним) називаються циліндром.
Існує також поняття «кластер" - це декілька секторів, що розглядаються|розглядують| операційною системою як одне ціле.
Способи адресації секторів на диску
· циліндр-головка-сектор (cylinder-head-sector, CHS). При цьому способі сектор адресується по його фізичному положенню на диску 3 координатами номером циліндра, номером головки і номером сектора. У сучасних дисках з вбудованими контролерами ці координати вже не відповідають фізичному положенню сектора на диску і є «логічними координатами»;
· лінійна адресація блоків (linear block addressing, LBA). При цьому способі сектор задається одниною своїм абсолютним номером на диску. Стандарти ATA-1 вимагають однозначної відповідності між режимами CHS і LBA:
LBA| = [ (Cylinder| * no| of| heads| + heads|) * sectors/track ] + (Sector-1|)
Принцип роботи жорсткого диска заснований на тому, що магнітне поле, що порушується записуючою головкою, по-різному намагнічує різні ділянки феромагнітного шару, нанесеного на диск. З погляду магнетизму всі феромагнетики складаються з найдрібніших частинок доменів, в кожному з яких магнітне поле направлене однаково. Проте в ненамагніченому стані магнітні поля всіх доменів орієнтовані хаотично, внаслідок чого загальна намагніченість відсутня. Намагнічення зовнішнім полем відбувається в два етапи. Спочатку ті домени, орієнтація яких найбільш близька до напряму зовнішнього поля, поглинають сусідні (відбувається зростання доменів). На другому етапі, при збільшенні напруженості зовнішнього поля, всі домени розгортаються в його напрямі. Таким чином, щільність магнітного запису обмежується розміром елементарних магнітиків-доменів, які ще і ростуть (до певної межі) при перемагнічуванні.
Отже, всі дані, будучи перетвореними головкою|голівкою| читання/запису з|із| двійкового вигляду|виду| в магнітний "еквівалент", записуються|занотовують| на поверхню магнітного ж диска по описаній вище схемі. Читання інформації здійснюється по зворотній схемі: головка|голівка| відстежує, які ділянки доріжки намагнічені, а у|біля| яких, навпаки, намагніченість зведена до мінімуму|мінімум-ареалу|. Після|потім| цього лічена|прочитана| послідовність намагнічених і розмагнічених ділянок перетворюється з|із| магнітного "формату" в електронний і передається по проводах далі за планом.
Методи запису на жорсткий диск
Паралельний і перпендикулярний|перпендикуляр| запис
Головна відмінність|відзнака| між даними технологіями полягає у напрямі намагніченості доменів — у разі|в разі| паралельного запису воно паралельне плоскості|площині| диска, а у разі|в разі| перпендикулярної|перпендикуляр|, відповідно, перпендикулярно|перпендикуляр| (див. схему). Проте|однак| якщо ми подивимося|поглянемо| на конкретний домен окремо|нарізно|, то ніякої|жодної| різниці не побачимо.
Рис.5.5. Магнітний запис (Heat-Assisted| Magnetic| Recording|, HAMR|)
При використанні цього методу використовується точковий|крапковий| підігрів|підігрівання| диска, який дозволяє головці|голівці| намагнічувати дуже дрібні|мілкі| області його поверхні. Після того, як диск охолоджується|охолоджує|, намагніченість «закріплюється». Планується|планерує|, що нагрів малої частини|частки| носія відбуватиметься|походитиме| за допомогою теплового лазера, інтегрованого в записуючу|занотовувати| головку|голівку|.
Рис. 5.6. Охолоджування|охолодження| жорсткого диску
З|із| появою жорстких дисків з|із| швидкостями обертання магнітних дисків 7200 оборотів|зворотів| в хвилину|мінуту| користувачі на практиці змогли відчути сильне тепловиділення під час їх роботи. В основному, джерелом нагріву служать не мікросхеми на платі контролера, а система позиціонування|позиціювати| магнітних головок|голівок| і двигун шпинделя|шпинделя|, що знаходяться|перебувають| в герметичному блоці. До підвищеної температури найбільш чутливі магнітні диски, оскільки розмагнічування і, отже, втрата інформації при нагріванні відбувається|походить| швидше. Виражається|виказує| це в прямій залежності кількості годинника напрацювання на відмову.
Залежність часу експлуатації від температури
Коефіцієнт
Температура
Дискові масиви (RAID|)
Технологія RAID дозволяє об'єднувати декілька фізичних дискових пристроїв (жорстких дисків або розділів на них) в дисковий масив. Диски, що входять в масив, управляються централізований і представлені в системі як один логічний пристрій, відповідний для організації на нім єдиної файлової системи. Існує два способи реалізації RAID:
· Апаратний дисковий масив складається з декількох жорстких дисків, керованих за допомогою спеціальної плати контролера RAID-масиву|.
· Програмний RAID| в Linux-системах| (Linux| Software| RAID|) реалізується за допомогою спеціального драйвера (Multiple| Device| driver| — драйвер MD-пристрою|).
Основні фірми|фірма-виготовлювачі| виробники жорстких дисків:
· IBM(диски цієї фірми вважаються за кращі);
· Western Digital (WD, ця фірма завжди була широко представлена на нашому ринку, і її диски користувалися і користуються популярністю в масах, проте диски WD часто мали проблеми з надійністю);
· Quantum(продукція цієї фірми відрізнялася швидкістю вище середнього і ціною декілька вище середнього, достатньо хорошою надійністю і середнім рівнем шуму, проте у Quantum теж були проблеми з надійністю);
· Fujitsu(продукцію Fujitsu завжди відрізняла висока надійність, хороша швидкість і не висока ціна при дуже низькому рівні шуму);
· Seagate (першим розробив інтерфейс жорсткого диска, першими упровадили диски, розраховані на 7200 оборотів, на 10 000 оборотів, сьогодні поки є єдиним виробником, що пропонує диски, розраховані на 15 000 оборотів);
· Maxtor (диски фірми Maxtor відомі хорошою надійністю і непоганою швидкістю, ціна на них - середня);
Samsung(кілька років тому продукція Samsung відрізнялася украй низькою швидкістю, низькою надійністю, галасливістю, сьогодні Samsung добре попрацювала над поліпшенням якості своїх дисків );
Хід роботи