Поиск по базе сайта:
Тема 14. Фізична структура жорсткого диску icon

Тема 14. Фізична структура жорсткого диску




Скачати 286.48 Kb.
НазваТема 14. Фізична структура жорсткого диску
Дата конвертації15.11.2012
Розмір286.48 Kb.
ТипДокументи
1. /AKC/БЛАНК_контролю_нау.doc
2. /AKC/КОНТРОЛЬНА_АКС.doc
3. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/01_ЛЕКЦIЯ__1.doc
4. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/02_ЛЕКЦIЯ__2.doc
5. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/03_ЛЕКЦIЯ__3.doc
6. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/04_ЛЕКЦIЯ__4.doc
7. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/05_ЛЕКЦIЯ__5.doc
8. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/06_ЛЕКЦIЯ__6.doc
9. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/07_ЛЕКЦIЯ__7.doc
10. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/01_x86.doc
11. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/02_Поколiння_процесорiв_з_1_по_7.doc
12. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/03_Процесори_молодших_поколiнь.doc
13. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/04_Мiкропроцесори_шостого_поколiння.doc
14. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/05_Архiтектура_IA64.doc
15. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/06_Огляд_сучасних_процесорiв.doc
16. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_00_ЛЕКЦIЯ__8.doc
17. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_ПРОЦЕСОРИ_мат.doc
18. /AKC/ЛЕКЦIф_м1/ЛЕКЦIЯ__8_процесори/_Типи процесорiв.doc
19. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_01_ОРГАНIЗАЦ_ПАМ+.doc
20. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_02_ДИНАМIЧНА_ПАМ+.doc
21. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_03_ТАЙМIНГИ+.doc
22. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_а_ЛЕКЦIЯ_ОП.doc
23. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_б_ЛЕКЦIЯ_Таймiнги.doc
24. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_10/10_в_ЛЕКЦIЯ_Огляд_ОП.doc
25. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_00_Фiзична структура HDD.doc
26. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_01_НАКОПИЧУВАЧI_+.doc
27. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_02_ЛЕКЦIЯ_RAID_.doc
28. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_02_ПРИСТР_ЗБЕРЕЖ_ДАНИХ_1+.doc
29. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_03_IDE.doc
30. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_11/11_04_SCSI_.doc
31. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01_ШИНИ_розширення.doc
32. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01а_PCI.doc
33. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_12/12_01б_PCI_express.doc
34. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_00_Iнтерфейси.doc
35. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_01_СОМ.doc
36. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_02_LPT.doc
37. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_03+06_Iнтерфейси.doc
38. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_04_USB+FireWire.doc
39. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_05_Fibre Channel.doc
40. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_07_Bluetooth.doc
41. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_13/13_08_IrDa.doc
42. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_00_Вiдесистема.doc
43. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_00_вiдеоадаптер.doc
44. /AKC/ЛЕКЦIф_м2/ЛЕКЦIЯ_14/14_01_Аудио_ГУК_Р12.doc
45. /AKC/ПИТАННЯ+модуль2+акс.doc
46. /AKC/ПИТАННЯ_МОДУЛЬ_ь1+.doc
47. /AKC/тесты с ответами.doc
Національний авіаційний унуверситет
Завдання на контрольну роботу завданям курсової роботи з дисципліни «Архітектура комп’ютерних систем»
Тема 1 Класичні основи побудови еом. Покоління комп’ютерів
Тема 2 Основні архітектури кс
Тема: Системні ресурси Системними ресурсами
Тема: Системні ресурси. (продовження) Система переривань
Тема: Системні ресурси (продовження) Прямий доступ до пам'яті dma
1. Поняття системної плати
Тема організація введення-виведення І bios
X86 Intel 80x86
Архітектура і мікроархітектура процесорів. Покоління процесорів
Мікропроцесори фірми Intel молодших поколінь
Мікропроцесори шостого покоління
Архітектура ia-64
Arhitektura komp system
Рис 1 Верхній рівень структурної організації комп‘ютера
Зміст Введення
Тип процессора Микро-архитектура
Підсистеми пам'яті
Динамічне озп. Конструктивні особливості
Таймінги пам'яті поняття «таймінгів»
Тема 12. Класифікація запам’ятовуючих пристроїв. Типи оперативної пам’яті план лекції Поняття «пам’ять еом»
Тема 13. Таймінги
Arhitektura komp system
Тема 14. Фізична структура жорсткого диску
Жорсткі диски. Введення 2 Фізичний пристрій жорсткого диска 2
Raid-масиви початкового рівня Що таке raid?
Устройства хранения данных
Интерфейс ide ata/atapi и sата
Arhitektura komp system
8. pci/pci-x
Шини pci/pci-x
Шина pci express Шина pci express
Usb fireWire ps/2 ata (ide)/ атарі
Інтерфейс rs-232C — com-порт
Паралельний інтерфейс — lpt-порт
Універсальна послідовна шина
Usb (Universal Serial Bus універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури рс, орієнтованим на інтеграцію з телефонією І пристроями побутової електроніки. Версія 1
Fibre Channel Fibre Channel
Arhitektura komp system
Arhitektura komp system
Arhitektura komp system
Тема 11. Відеоадаптер
Img src= 44 html 2f3a33e
Питання до модуля №2
2) Основні компоненти машини фон Неймана 3) Які покоління комп’ютерів характеризуються децентралізацією управління процедурами вводу-виводу (системи переривання програм)
Які принципи програмно-керованих еом не використовувалися Нейманом

ТЕМА 14. ФІЗИЧНА СТРУКТУРА ЖОРСТКОГО ДИСКУ

План лекції

  1. Введення

  2. Фізична будова жорсткого диску

  3. Логічна будоважорсткого диску

  4. Характеристикиі принцип роботи жорсткого диску

  5. Форм-фактор жорстких дисків

  6. Інтерфейсипідключенняжорсткого диску

    1. IDE

      1. SMART
    2. Інтерфейс підключення IDE


    3. Serial ATA

    4. Інтерфейс підключення SATA

    5. SCSI

  7. Технології запису даних

    1. Паралельний і перпендикулярний запис

    2. Тепловий магнітний запис


1. Введення

Накопичувач на твердих магнітних дисках, вінчестер (англ. HardDiskDrive) - енергонезалежний перезаписуваний комп'ютерний запам'ятовувальний пристрій.
Жорсткий диск - один з найважливіших компонентів комп'ютера, оскільки на ньому зберігаються всі призначені для користувача програми і дані. Ясно, що швидкість жорсткого диска украй важлива для швидкості всієї системи: яким би не був швидкий Ваш процесор і пам'ять, якщо дані з диска поступають повільно, то процесору і пам'яті просто нічого обробляти. Крім того, в разі поломки жорсткого диска всі ваші програми і дані (вартість яких може бути у багато разів вища за вартість самого комп'ютера) назавжди втрачаються для Вас.

Перші тверді диски з'явилися на початку 70-х років. Вони мали ємкість не більше десятка кілобайтів. У 1973 році фірма IBM випустила жорсткий диск моделі 3340, що вперше об'єднав в одному нероз'ємному корпусі пластини диска й голівки, що зчитують. При його розробці інженери використали коротку внутрішню назву "30-30", що означало два модулі (у максимальному компонуванні) по 30 Мб кожний. КеннетХотон, керівник проекту, через співзвучність назви з позначенням популярної мисливської рушниці "Winchester 30-30" запропонував назвати цей диск "вінчестером"


2.Фізична будоважорсткого диску


Основним компонентом жорсткого диска є одна або декілька круглих пластин (їх ще називають платтери). Їх виробляють з алюмінію, рідше - з кераміки або скла, покриту тонким феромагнітним шаром. Зазвичай це шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють з шаром кобальту завтовшки порядку десять мікрон. Таке покриття міцніше і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, яка використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Саме на цих пластинах і зберігається вся інформація, розташована на жорсткому диску. Диски закріплені на загальній осі і обертаються з великою швидкістю. Крім того, в корпусі жорсткого диска є блок магнітних голівок, які здійснюють читання і запис з поверхонь дисків. Будову диска можна бачити на малюнку, що додається. Всі голівки сполучені разом і не можуть рухатися окремо, тому запис і читання відбувається відразу зі всіх поверхонь всіх дисків одночасно.



Рис.1. Будова жорсткого диску

Диски і голівки знаходяться на металевому шасі, що забезпечує жорсткість всієї конструкції, і закриті кришкою, що оберігає поверхні дисків і голівки від попадання пилу. Вкрай важливий надійний захист блоку дисків і голівок. Річ у тому, що під час роботи диска при обертанні пластин створюється потужний потік повітря і магнітні голівки при читанні-записі "ширяють" на поверхнями дисків не притуляючись до них, а зазор між дисками і голівками складає декілька мікрометрів! Зрозуміло, будь-яка пилинка, що попала в зазор між диском і голівкою подряпає диск, зробивши його ділянку непридатною для подальшого використання, крім того, у гіршому разі, можлива і поломка голівки. Саме тому диски виготовляються в надчистих приміщеннях і блок голівок-дисківретельно закривається при виготовленні.



Рис. 2. Блок головок

Ще одним завданням корпусу є екранування жорсткого диска від електромагнітних завад.

Корпус не містить жодної електроніки, вона підключається до спеціальної плати, на якій знаходиться необхідна диску електроніка, що управляє, і така сукупність блоку дисків-голівок і називається "Жорсткий диск".


3.Логічна будоважорсткого диску

Мінімальна одиниця записуваної інформації - не біт, а набагато крупніший блок даних.






Рис.5. Сектор на пластині диску


Диск розбивають на сектори. Області пересічення секторів і доріжок називають блоками (block), в блоці зберігається 512 байт корисної інформації. Тоді кількість блоків на одній пластині дорівнює добутку кількості секторів на кількість доріжок. Кількість блоків на одній пластині (точніше, на одній стороні!) потрібно помножити на кількість використовуваних сторін, а якщо пригадати, що кількість використовуваних сторін дорівнює кількості магнітних голівок (head) на диску, то отримуємо підсумкову формулу:

Кількість блоків на диску = кількість доріжок * кількість секторів * кількість голівок

або

Blocks = Tracks * Sectors * Heads

А ємність диска дорівнює кількості блоків помноженому на об'єм одного блоку, тобто на 512 байт

Разом: Ємкість диска = Сylinders * Sectors * Heads * 512 byte.

Звернення до кожного блоку на диску (адресація блоку), здійснюється за допомогою завдання номера циліндра, сектора і голівки для кожного блоку.Тобто, по суті на диску вводиться циліндрова система координат і кожен блок на диску має в цій системі координат свою власну унікальну адресу, по якій контролер жорсткого диска знаходить необхідний блок. Така адресація називається CHS (Cylinder, Sector, Head) або Normal.

Ми розглянули дуже просту адресацію, насправді все набагато складніше, є ряд причин, які показують, що так адресуватися до блоків на жорсткому диску не можна.

Перша причина полягає в тому, що ідеальне розбиття диска на сектори приводить 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 відмітити, що корисна площа диска використовується вкрай неефективно: зовнішні блоки займають дуже велику площу. Для того, щоб уникнути такого марнотратного витрачання дискового простору, застосовують зонне ділення на сектори. Тобто на внутрішніх циліндрах сектора ширше, а на зовнішніх - вужчі, так, щоб зробити ефективнішим 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 диска. Для того, щоб як і раніше користуватися введеною системою координат, потрібний якийсь механізм ТРАНСЛЯЦІЇ, який зміг би перетворити реальну геометрію жорсткого диска в деяку ідеальну, в якій він має фіксовану кількість секторів. В такому разі трансляція повинна підтримуватися самим диском.

Звернення до диска в рамках описаної системи координат виконує BIOS контролера жорсткого диска. Через деякі причини при написанні перших BIOS для РС було зарезервовано явно недостатня кількість біт для зберігання інформації про циліндри, сектори і голівки.

Перші BIOS підтримували звернення лише до 1024 циліндрів, 64 секторам і 16 голівкам. Простий розрахунок показує, що в такому разі BIOS може звертатися лише до 512 Мбайтам жорсткого диска! Ось вона, ціна непродуманості.

Зрозуміло, сьогодні абсолютно нікуди не годиться підтримка дисків ємністю лише 512 Мбайт. Для того, щоб вирішити 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. Вихід, проте, удалося знайти: виявилося можливим додати деяку кількість біт під зберігання інформації про голівки: BIOS дістав можливість звертатися до 256 голівок. Але, природно, такої кількості голівок в реального диска бути не може. Проте, якщо геометрія жорсткого диска і так не відповідає реальній, то яка вже різниця, як виробляти трансляцію - аби вона дозволяла звернутися до більшої кількості блоків на диску.

Для того, щоб використовувати більшу підтримувану кількість голівок, був розроблений метод трансляції, названий LBA (LogicalBlockAddressing) - логічна блокова адресація. При такій адресації реальна геометрія диска з великою кількістю циліндрів і секторів, замінюється віртуальною, при якій вважається, що в диска менше циліндрів, але більше голівок. 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. Фактично необхідний спосіб перенумерувати блоки для того, щоб до них звертатися, і трансляція LBA покликані вирішити цю проблему. Для того, щоб трансляція LBA працювала, і диск, і BIOS контролера повинні її підтримувати. Оскільки кількість підтримуваних голівок збільшилася в 16 разів, то і максимальний об'єм диска, підтримуваний новою трансляцією став в 16 разів більше: приблизно 8,3 Гбайт. З одного боку це великий крок вперед відносно CSH, з іншого боку і такого об'єму сьогодні мало. Але подальше збільшення кількості циліндрів, голівок і секторів неможливо: подальше звернення до жорсткого диска в режимі LBA вже не підтримує сам BIOS. Але звернення до циліндрів вище 1024 забезпечується засобами самих операційних систем.

Основний висновок: сьогодні застосовується лише трансляція LBA, а коли об'єм диска виходить за рамки допустимих 8,3 Гбайт, те звернення до останніх циліндрів виробляється самою операційною системою.

4.Характеристикиі принцип роботи жорсткого диску


Інтерфейс — набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилають по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил обміну. Сучасні накопичувачі можуть використати інтерфейси ATA (AT Attachment, він же IDE — IntegratedDriveElectronic, він же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (SmallComputerSystemInterface), SAS, FireWire, USB, SDIO і FibreChannel.

Ємність (англ.capacity) — кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємність сучасних пристроїв досягає 1000 Гб. На відміну від прийнятої в інформатиці (випадково) системі префіксів, що позначають кратну 1024 величину, виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використовуються кратні 1000 величини. Так, напр., ємність жорсткого диска, маркованого як «200 Гб», в дійсності складає 186,2 Гб.

Фізичний розмір (форм-фактор) — майже всі сучасні накопичувачі для персональних комп\'ютерів і серверів мають розмір або 3,5, або 2,5 дюйма. Останні частіше застосовуються в ноутбуках. Інші розповсюджені формати — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма і 0,85 дюйма

Надійність (англ.reliability) — визначається як середній час наробітку на відмову (MeanTimeBetweenFailures, MTBF).

Кількість операцій вводу-виводу за секунду — у сучасних дисків це близько 50 оп./сек при довільному доступі до накопичувача й біля 100 оп./сек при послідовному доступі.

Рівень шуму — шум, що відтворює механіка накопичувача при його роботі. Вказується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму близько 26 дб і нижче.

Опірність ударам (англ.G-shockrating) — опірність накопичувача різким перепадам тиску або ударам, вимірюється в одиницях припустимого перевантаження g у включеному й виключеному стані.

Швидкість передачі даних (англ.TransferRate):

  • Внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб/с

  • Зовнішня зона диска: від 74,0 до 111,4 Мб/с

Час доступу(англ.randomaccesstime) - час, протягом якого можна отримати доступ до необхідної ділянки диска. Це час, необхідний на поворот дисків так, щоб потрібна ділянка диска опинилася під магнітними голівками, плюс час необхідне на підведення голівок. Зрозуміло, чим менше час доступу, тим продуктивніший жорсткий диск. Для сучасних жорстких дисків з 7200 rpm типовий час доступу знаходиться в межах від 8,2 до 9,3 мс.

Швидкість послідовного читання-запису (англ.spindlespeed) — кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу й швидкість передачі даних. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 (ноутбуки), 7200 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об./хв. (сервери і високопродуктивні робочі станції).

Щільність запису на диску. Цей параметр визначається як відношення лінійної щільності запису уздовж доріжки, що виражається в бітах на дюйм (BitsPerInch — BPI), і кількості доріжок на дюйм (TracksPerInch — TPI). В результаті поверхнева щільність запису виражається в Мбіт/кв.дюйм або в Гбіт/кв.дюйм. Логічно передбачити, що, чим щільніше записані дані, тим більше даних в одиницю часу проходить під магнітними голівками, отже, тим швидше можна зчитувати-записувати дані. У сучасних накопичувачах величина цього параметра досягає 20-40 Гбіт/кв.дюйм, що дозволяє випускати накопичувачі ємкістю більше 400 Гбайт. У наступних 5 років (при збереженні існуючих темпів зростання) щільність запису досягне 100 Гбіт/кв.дюйм. Використання нових технологій, наприклад, запису з вертикальною поляризацією, дозволить збільшити щільність запису до 200 Гбіт/кв.дюйм і більше.

Принцип роботи жорсткого диску

Схема роботи жорсткого диска досить складна, незважаючи на невелику кількість електроніки. Спробуємо описати спрощену схему того, як відбувається читання й передача даних.
Усе починається з подачі струму (1) на шпиндельний двигун за допомогою спеціальних контактів (5). Мікропроцесор контролера (3) посилає команду драйверуактуатора (6). Магнітні голівки (8) зчитують інформацію із пластини, що обертається з великою швидкістю (вони "парять" над нею за рахунок виникаючої повітряної подушки). Точне позиціонування голівок над поверхнею дисків забезпечують підвіска (9) і штанги (10), а пересування здійснюється за допомогою магнітної котушки актуатора (12). Отримані дані проходять через підсилювач (11) і по шлейфу (13) надходять на плату контролера до контактів (7). Після чого обробляються в мікропроцесорі (3), а в якості буферної пам'яті виступає кеш (2). Інтерфейс SATA (4) служить для одержання запитів від Sata- контролера материнської плати й передачі даних.



Рис.3. Контроллер жорсткого диску



Рис.4. Актуатор жорсткого диску


5.Форм-фактор жорстких дисків

Зазвичай розміри жорсткого диска вказуються в дюймах. Для настільного ПК пропонуються 3,5-дюймові диски, для ноутбуків – 2,5-дюймові. Що це за розмір? Всього лише форм-фактор – габарити відсіку, в який встановлюється диск.

Таблиця 1:Форм-фактори та їх реальні розміри

Розмір HDD в дюймах

Типові габарити, мм

3,5

102 x 25 x 146

2,5

70 x 9,5 x 100

1,8

54 x 7 x 70

1

30 x 5 x 40

0,8

24 x 4 x 30

Верхні два призначені відповідно для настільних ПК і ноутбуків, 2,5 і 1,8 дюйма – стандартний розмір недорогих переносних жорстких дисків. Також 1,8- і 1-дюймові HDD використовуються в різній електроніці, в основному у відео- і аудіоплеєрах. Зрідка на їх базі роблять зовнішні диски. Нарешті, 0,8 дюймів – спеціальна серія вінчестерів для стільникових телефонів.


6.Інтерфейсипідключенняжорсткого диску

Сьогодні існують три основні інтерфейси для підключення жорстких дисків: IDE (ATA) іSerial ATA (SATA), а також інтерфейс SCSI.

IDE


Після того, як компанія IBM випустила комп'ютер АТ (AdvancedTechnology) на базі 286-го процесора, в 1984 році в компаній Compaq і WesternDigital виникла ідея вбудувати AT-сумісний контролер, що використовує 16-розрядну шину ISA, безпосередньо в електроніку жорсткого диска. Вийшло вдало: ціна жорсткого диска збільшилася неістотно, зате вартість всієї дискової підсистеми помітно знизилася. Так і народився на світло інтерфейс ATA (AT Attachment - в дослівному перекладі - "прикріплення до АТ"), який став широко відомий під назвою IDE. Оскільки шина ISA в моделі АТ була 16-бітовою, інтерфейс, природно, вийшов теж 16-бітовим, причому ця розрядність збереглася до теперішнього часу, незважаючи на подальші поліпшення і додавання. Незабаром, проте, з'ясувалося, що різні виробники примудрялися робити несумісні між собою диски з інтерфейсом ATA. Якщо такі диски встановлювалися в парі master/slave на один канал IDE, то дискова підсистема просто не працювала. Для усунення цих неприємних явищ був прийнятий стандарт ANSI специфікації АТА. "Оригінальний" інтерфейс АТА мав наступні можливості:

  • Підтримка двох жорстких дисків. Один канал ділиться між двома пристроями, конфігурованими як master і slave;

  • PIO Modes. ATA включає підтримку PIO modes 0,1 і 2;

  • DMA Modes. ATA включає підтримку singleword DMA modes 0, 1 і 2 і multiword DMA mode 0.

"Оригінальний" інтерфейс АТА призначений лише для підключення жорстких дисків і не підтримує такі можливості, як ATAPI - інтерфейс для підключення IDE-пристроїв, відмінних від жорстких дисків (наприклад, приводів для читання компакт-дисків), режим передачі blockmode і LBA (logicalblockaddressing).

Незабаром стандарт АТА перестав задовольняти збільшеним потребам, оскільки жорсткі диски, що знов випускаються, вимагали більшої швидкості передачі даних і наявності нових можливостей. Так народився на світ інтерфейс АТА-2, який незабаром був також стандартизований ANSI. Зберігаючи зворотну сумісність із стандартом ATA, ATA-2 містив декілька нових можливостей:

  • Нові PIO Modes. У АТА-2 додана підтримка PIO modes 3 і 4;

  • Нові DMA Modes. АТА-2 підтримує multiword DMA modes 1 і 2;

  • BlockTransfer. ATA-2 включає команди, що дозволяють здійснювати обмін в режимі blocktransfer для підвищення продуктивності;

  • LogicalBlockAddressing (LBA). АТА-2 вимагає підтримки жорстким диском протоколу передачі LBA. Зрозуміло, для використання цього протоколу необхідно, аби його підтримував також і BIOS;

  • Вдосконалена команда IdentifyDrive. Збільшений об'єм інформації про характеристики, яку жорсткий диск видає по системних запитах.

І все було б добре, але фірми-виробники в прагненні роздобути ще шматочок ринку почали придумувати красиві назви і обзивати ними інтерфейси своїх жорстких дисків. Насправді інтерфейси Fast ATA, Fast ATA-2 і Enhanced IDE базуються на стандарті АТА-2 і є не більш, ніж маркетинговими термінами. Вся відмінність між ними полягає в тому, яку частину стандарту і як вони підтримують.

Найбільшу плутанину викликають назви Fast ATA і Fast ATA-2, що належать перу відповідно Seagate і Quantum. Створюється сповна природне враження, що Fast ATA є деяким поліпшенням стандарту АТА, тоді як Fast ATA-2 базується на стандарті АТА-2. Але все, на жаль, не так просто. Насправді Fast ATA-2 є просто інша назва стандарту АТА-2, а Fast ATA відрізняється від нього лише тим, що не підтримує найшвидші режими - PIO mode 4 і DMA mode 2. При цьому обоє компанії нападають на компанію WesternDigital і її стандарт EIDE за те, що він вносить ще більшу плутанину.

Спробою подальшого розвитку інтерфейсу АТА був проект стандарту АТА-3, в якому основна увага приділялася підвищенню надійності:

  • AТА-3 містить засоби, що підвищують надійність передачі даних з використанням високошвидкісних режимів, що дійсно є проблемою, оскільки кабель IDE/ATA залишився тим же, що і при народженні стандарту;

  • АТА-3 включає Self-Monitoring AnalysisandReportingTechnology (S.M.A.R.T.). Зробимо невеликий ліричний відступ і коротко пояснимо, що ховається за цією абревіатурою.


S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, AnalysisandReportingTechnology — технологія самотестувания, аналізу і звітності)— це новий промисловий стандарт, що описує методи передбачення появи помилок жорсткого диска. При активізації системи S.M.A.R.T. жорсткий диск починає відстежувати певні параметри, чутливі до несправностей накопичувача або вказуючи на них. В результаті такого відстежування можна передбачити збої в роботі накопичувача. Якщо на основі відстежуваних параметрів вірогідність появи помилки зростає, S.M.A.R.T. генерує для BIOS або драйвера ОС звіт про виниклу неполадку, який вказує користувачеві на необхідність негайного резервного копіювання даних до того моменту, коли станеться збій в накопичувачі.

На основі відстежуваних параметрів S.M.A.R.T. намагається визначити тип помилки. За даними компанії Seagate, 60% помилок — механічні. Саме цей тип помилок і передбачається S.M.A.R.T. Природно, не всі причини виникнення помилок можна передбачити, наприклад, пошкодження статичною електрикою, раптовий струс або удар, термічні перевантаження і так далі

Технологія S.M.A.R.T. була розроблена компанією IBM в 1992 р., в розробці цього стандарту брали участь SeagateTechology, ConnerPeripherals, Fujitsu, Hewlett-Packard, Maxtor, Quantum і WesternDigital. В результаті роботи цієї групи компаній була опублікована специфікація S.M.A.R.T. для накопичувачів IDE і SCSI.

Для функціонування S.M.A.R.T. необхідна підтримка на рівні BIOS або драйвера жорсткого диска ОС. S.M.A.R.T. підтримується деякими програмами, наприклад, NortonSmartDoctor, EZ або DataAdvisor. Традиційні програми діагностики диска, наприклад, Scandisk або NortonDiskDoctor, працюють з секторами даних на поверхні диска і не відстежують всіх функцій накопичувача в цілому. У деяких сучасних накопичувачах на жорстких дисках резервуються сектори, які використовуватимуться замість дефектних. Коли починає використовуватися один з резервних секторів, S.M.A.R.T. інформує про це користувача, тоді як програми діагностики диска не повідомляють про які-небудь неполадки.

У більшості дисків реалізована реєстрація наступних параметрів:

  • висота польоту голівки над диском

  • швидкість передачі даних

  • кількість секторів, що перепризначували

  • продуктивність часу пошуку

  • кількість повторів процесу калібрування накопичувача.

Кожен з цих параметрів має порогове значення, яке використовується для визначення того, чи з'явилася помилка. Це значення визначається виробником накопичувача і не може бути змінене. При появі застережливого повідомлення слід негайно зробити резервне копіювання даних з жорсткого диска і звернутися в сервісний центр.

Існують спеціальні тестові програми для жорстких дисків, розроблені фірмами-виробниками жорстких дисків (ці програми можна викачати з відповідних сайтів), дозволяючі визначити, чи справний жорсткий диск, що перевіряється. Такі програми не настільки універсальні, як Scandisk або NortonDiskDoctor, зате вони точніше визначають несправності диска або прогнозують їх можливе виникнення і займають не настільки багато часу (в межах 1 години).

Зазвичай такі тести складаються з декількох тестів:

  • тест S.M.A.R.T. (S.M.A.R.T. Check),

  • тест буфера диска (RAM BufferTest)

  • діагностика приводу (DriveDiagnostics)

  • фізичний тест голівок диска (PhysicalHeadTest)

  • довільний тест правильності запису (RandomVerifyScan)

  • швидкий тест носія (QuickMediaScan)

  • повний тест носія (FullMediaScan).

Проте, повернемося до інтерфейсу АТА-3. АТА-3 не був затверджений як стандарт ANSI в основному тому, що не вводив нових режимів передачі даних, хоча технологія SMART в даний час широко використовується виробниками жорстких дисків.

В той час, коли розроблявся інтерфейс IDE/ATA, єдиним пристроєм, який потребував цього інтерфейсу, був жорсткий диск, оскільки стримери і приводи CD-ROM, що зароджуються, мали власний інтерфейс (багато хто пам'ятає часи, коли CD-ROM підключався через інтерфейс на звуковій карті). Проте незабаром стало зрозуміло, що використання для підключення всіх пристроїв швидкого і відносно простого інтерфейсу IDE/ATA обіцяє значні вигоди, у тому числі і за рахунок своєї універсальності. Проте система команд інтерфейсу IDE/ATA була розрахована лише на жорсткі диски, тому просто підключити, наприклад, CD-ROM до IDE-каналу не можна - працювати не буде. Довелося розробити новий протокол - ATA PacketInterface або ATAPI. Цей протокол дозволяє іншим пристроям підключатися за допомогою стандартного шлейфу IDE і "поводитися" як IDE/ATA жорсткий диск. Насправді протокол ATAPI набагато складніший, ніж ATA, оскільки передача даних йде з використанням стандартних режимів PIO і DMA, а реалізація підтримки цих режимів істотно залежить від типа підключеного пристрою. Назву packet (пакетний) цей протокол отримав з тієї причини, що команди пристрою дійсно доводиться передавати групами або пакетами. Проте, з точки зору користувача, немає різниці між IDE/ATA жорстким диском, ATAPI CD-ROMом або ZIP-драйвом. Сучасні BIOSи навіть підтримують завантаження з ATAPI-пристроїв. Практично всі сучасні контролери працюють з режимами ATAPI і ATA.

Що ж до ATA частини в ATA-4, то і тут сталося досить багато серйозних змін. По-перше, як вже говорилося, з'явилися протоколи ATAPI. У других, сталося серйозне чищення ATA від старих і вже не потрібних команд і можливостей, а натомість з'явилися багато інших, невеликих, але істотних. І в третіх, з'явився новий протокол передачі даних, multiword DMA mode 3, названий ULTRADMA - що дозволяє добитися куди вищої пропускної спроможності ATA (до 33 Мбайт/с), а також дозволити забезпечити цілісність даних на такій швидкості через стандартний 40-жильний кабель даних (шляхом використання CRC).

При появі ATA-4 в чомусь повторилася історія з ATA-2. Знову втрутилися відділи маркетингу, і вінчестери, що задовольняють цьому стандарту, вийшли на ринок під прапором UltraATA/33.

Існує також і стандарт ATA-5, подібно ATA-3 що є проміжним - між ATA-4 і ATA-6. Жодних серйозних змін внесено не було, були лише видалені деякі застарілі команди і можливості, додані деякі нові. З'явилися ще два нові режими передачі даних - ULTRADMA з пропускною спроможністю 44 Мбайт/с і ULTRADMA з пропускною спроможністю 66 Мбайт/с.

Таке збільшення швидкості передачі даних перевищило можливості старого доброго 40-жильного кабелю, що створювався свого часу під швидкості порядка 5 Мбайт/с, і розробники були вимушені оснастити шлейф ще 40 жилами, що не мають, втім, жодного інформаційного навантаження, - всі вони заземлені і виконують роль екрану між все тими ж 40 жилами, що несуть.

Паралельно з роботою над ATA-5, велася робота із створення ATA-6. У цю специфікацію увійшли багато пропозицій, не включених в попередній стандарт. Це, зокрема, збільшення LBA з 28 до 64 бітів, введення нових, швидших режимів ULTRADMA, з пропускною спроможністю до 100 Мбайт/с, введення в ATA нових команд, розрахованих на передачу аудио/видео потоків, запропонованих Quantum, WesternDigital і Philips, методи зниження рівня шуму вінчестерів.

ATA-7 став останньою версією стандарту паралельного інтерфейсу ATA. З нього почався перехід до SATA.

Його основні характеристики:

  • передача даних з швидкістю 133 Мбайт/с

  • використання спеціального 80-жильного кабелю

  • збільшення кількості секторів, що відповідають кожній команді (що дозволило підвищити ефективність передачі файлів великого розміру)

  • версія послідовного інтерфейса ATA - SATA.

Таблиця 2:Дані інтерфейсів АТА

Стандарт

Інша назва

Додані режими передачі (MБ/с)

Інші властивості

ATA-1

ATA, IDE

PIO 0,1,2 (3.3, 5.2, 8.3)
Single-word DMA 0,1,2 (2.1, 4.2, 8.3)
Multi-word DMA 0 (4.2)

28-біт LBA

ATA-2

EIDE, Fast ATA,
Fast IDE, Ultra ATA

PIO 3,4: (11.1, 16.6)
Multi-word DMA 1,2 (13.3, 16,6)




ATA-3

EIDE




S.M.A.R.T., Security

ATA/ATAPI-4

ATAPI-4, ATA-4, Ultra ATA/33

Ultra DMA 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3)
aka Ultra-DMA/33

Підтримка CD-ROM, і т.п., черезпакетні команди ATAPI

ATA/ATAPI-5

ATA-5, Ultra ATA/66

Ultra DMA 3,4 (44.4, 66.7)aka Ultra DMA 66

80-жильний кабель

ATA/ATAPI-6

ATA-6, Ultra ATA/100

UDMA 5 (100)
akaUltra DMA 100

48-біт LBA

ATA/ATAPI-7

ATA-7, Ultra ATA/133

UDMA 6 (133)
aka Ultra DMA 133
SATA/150

SATA 1.0

Термін EIDE введений компанією WesternDigital, досить широкий вживається в комп'ютерній індустрії і майже так само широко критикується, причому справедливо. Одній з причин для критики є той факт, що EIDE не є стандартом, а лише маркетинговим терміном, причому його вміст міняється з часом. Так, спочатку EIDE включав підтримку режимів PIO до mode 3, потім була додана підтримка mode 4. Ще одним істотним недоліком EIDE як стандарту є той факт, що його специфікація включає абсолютно різнопланові речі. EIDE на даний момент включає:

* ATA-2. Цілком, включаючи найшвидші режими;

* ATAPI. Цілком;

* Dual IDE/ATA HostAdapters. Стандарт EIDE включає підтримку два IDE/ATA хостов, що дозволяє використовувати одночасно до 4 IDE/ATA/ATAPI пристроїв.

Інтерфейс підключення IDE



Рис.6. Інтерфейс IDE



Для Підключення жорстких дисків використовується спеціальний 40-контактний стрічковий кабель, показаний на малюнку. На кабелі є три роз'єми: один підключається до материнської плати, два останніх служать для підключення власне дисків. Відповідно на будь-якому IDE пристрої є відповідний роз'єм, до якого підключається кабель. Одного контакту в жорсткого диска немає, а на кабелі зазвичай наглухо закритий відповідний отвір: це схема служить ключем, не дозволяючи встановити кабель навпаки. Крім того, як можна бачити на малюнку, що демонструє підключення кабелю, існує ще один ключ: виступ на кабелі і виріз в роз'єму пристрої, які теж не дозволяють невірно підключити кабель. До речі, при невірному підключенні кабелю комп'ютер зазвичай не запускається і можна чути, що жорсткий диск навіть не розкручується.



Рис.7. Підключення кабелів до контактів IDE


Якщо Ви бажаєте встановити на одному кабелі два пристрої, то слід деяким чином набудувати один з дисків бути ведучим (master, першим), а другий веденим (slave, другим). Такі налаштування виконуються на самому диску, для цього на кожному жорсткому диску є набір перемичок, за допомогою яких набудовується номер пристрою на кабелі. Набір таких перемичок Ви можете бачити на малюнку, що ілюструє підключення диска до кабелю, - ці перемички знаходяться між інтерфейснимроз'ємом і роз'ємом живлення. Такі перемички мають зазвичай наступні стани:

  • Single - пристрій єдиний на кабелі

  • Master- пристрій веде при наявність веденого (якщо режиму Single не вказано, то Master використовується і для підключення одиночного диска)

  • Slave - пристрій ведений, другий за наявності першого. (використання лише веденого пристрій, за відсутності ведучого інколи можливо)

  • CableSelect - визначається кабелем. Як ми вже сказали, кабель абсолютно симетричний, отже, не може розподіляти номера пристроям. І жодного протиріччя тут немає - просто в режимі CS використовується спеціальний кабель, одна жила якого проколена, причому прокол розташовується між роз'ємами для дисків.



Serial ATA


З появою стандарту ATA7 здавалося, що паралельний інтерфейс ATA, використовуваний більше 10 років, вже виходить з гри. Передача даних, здійснювана по плоскому кабелю із швидкістю більше 100 Мбайт/с, породжує безліч проблем, пов'язаних з синхронізацією сигналу і електромагнітним випромінюванням. Їх рішенням став новий послідовний інтерфейс АТА (Serial ATA, або SATA), що прийшов на зміну паралельному інтерфейсу фізичних накопичувачів. Він зворотньо сумісний на програмному рівні, тобто використовуване програмне забезпечення взаємодіє з новою архітектурою без яких-небудь обмежень. Іншими словами, існуюча BIOS, операційні системи і утиліти, що працюють з паралельним ATA, точно також працюватимуть і з послідовним інтерфейсом.

Існують, звичайно, певні фізичні відмінності: не можна, наприклад, підключити дисководи стандарту ATA до хостадаптеру послідовного інтерфейсу SATA або навпаки. У SATA використовуються вужчі 7-контактні кабелі, що дозволяють спростити схему підключення системних компонентів і зменшити габарити кабельних роз'ємів. Конструкція мікросхеми SATA відрізняється меншою кількістю контактів і зниженою напругою живлення. Всі ці зміни дозволили уникнути багатьох проблем, характерних для паралельного інтерфейсу ATA.

Перехід на послідовний інтерфейс і двоточкові з'єднання в Serial ATA дає ряд переваг:

  • кожен пристрій отримує монопольний канал зв'язку з контролером, що дозволяє підвищити продуктивність обміну з пристроями;

  • виключаються непотрібні протокольні взаємодії пристроїв паралельної шини і пов'язані з ними проблеми сумісності пристроїв;

  • з'являється можливість одночасної роботи контролера з декількома пристроями з використанням механізму FPDMA і ефективною підтримкою черг (NCQ);

  • спрощується (для користувача) конфігурація пристроїв (не потрібний вибір адреси);

  • забезпечується можливість повної підтримки гарячого підключення/відключення;

  • спрощуються і здешевлюються кабелі і роз'єми;

  • покращуються умови охолоджування пристроїв - тонкий кабель не перешкоджає циркуляції повітря в корпусі комп'ютера або масиву пристроїв.

Окрім переваг послідовного двоточкового інтерфейсу, в SATA вирішена проблема адресації - введений режим LBA-48, що з'явився і в останніх версіях паралельного інтерфейсу (ATA/ATAPI-6). Найефективніше можливості SATA використовуються в його природному режимі роботи, а не в режимі сумісності з паралельним інтерфейсом АТА.

В даний час багато систем підтримують як послідовний, так і паралельний інтерфейси.

У листопаді 2000 року була завершена перша специфікація SATA 1.0, а в жовтні 2002 року випущена наступна версія специфікації SATA 2.0, яка дала можливість використовувати цей інтерфейс для підключення мережевих пристроїв зберігання даних.

SATA/150

На початку стандарт SATA передбачав роботу шини на частоті 1,5 ГГц, що забезпечує пропускну здатність приблизно в 1,2 Гбіт/с (150 МБ/с). (20%-а втрата продуктивності пояснюється використанням системи кодування 8B/10B, при якій на кожні 8 біт корисної інформації припадає 2 службових біта). Пропускна здатність SATA/150 незначно вище пропускної здатності шини Ultra ATA (UDMA/133). Головною перевагою SATA перед PATA є використання послідовної шини замість паралельної. Незважаючи на те, що послідовний спосіб обміну принципово повільніше паралельного, у цьому випадку це компенсується можливістю роботи на більш високих частотах за рахунок більшої перешкодостійкості кабелю. Це досягається 1) меншим числом провідників й 2) об'єднанням інформаційних провідників в 2-і виті пари, екрановані заземленими провідниками.

SATA/300

Стандарт SATA/300 працює на частоті 3 ГГЦ, забезпечує пропускну здатність до 2,4 Гбіт/c (300 МБ/с). Уперше був реалізований у контролері чіпсетуnForce 4 фірми NVIDIA. Досить часто стандарт SATA/300 називають SATA ІІ. Теоретично SATA/150 й SATA/300 пристрої повинні бути сумісні (як SATA/300 контролер і SATA/150 пристрій, так і SATA/150 контролер й SATA/300 пристрій) за рахунок підтримки узгодження швидкостей (у меншу сторону), однак для деяких пристроїв і контролерів потрібне ручне виставляння режиму роботи (наприклад, на жорсткому диску фірми Seagate, що підтримують SATA/300, для примусового включення режиму SATA/150 передбачений спеціальний джампер). Стандарт SATA передбачає можливість збільшення швидкості роботи до 600МБ/с (6 ГГц).

Інтерфейс підключення SATA


Послідовний інтерфейс SATA одноразово передає лише один біт даних. У інтерфейсі використовується вузький 7-жильний кабель з ключовими роз'ємами шириною не більше 14 мм (0,55 дюйма) на кожному кінці. Подібна конструкція дозволяє уникнути проблем з циркуляцією повітря, що виникають при використанні ширших плоских кабелів стандарту ATA. Слід зауважити, що роз'єми знаходяться лише на кінцях кабелів. Кабелі, у свою чергу, використовуються для з'єднання пристрою безпосередньо з контролером (зазвичай на системній платі). У послідовному інтерфейсі перемички “головний-підлеглий” не використовуються, оскільки кожен кабель підтримує лише одне пристрій.



Рис.8. Підключення кабелів до роз’ємівSATA


Кінці кабелю абсолютно однакові, тобто роз'єм системної плати і роз'ємпід'єднуваного пристрою практично не відрізняються. Максимальна довжина кабелю SATA досягає одного метра (39,37 дюйма), що значно перевищує 18-дюймовий максимум для паралельного інтерфейсу ATA. Швидкість передачі даних послідовного інтерфейсу SATA 1.0, що використовує вужчий, довший і менш дорожчий кабель, рівна 150 Мбайт/с (у півтора рази більше швидкості передачі паралельного ATA/100).

У схемі фізичної передачі інтерфейсу SATA використовується так званий диференційований метод “без повернення до нуля” (NonReturntoZero — NRZ). У цій схемі застосовується збалансована пара дротів, по кожному з яких подається напруга, рівна ±0,25 В (одна четверта вольта). Сигнали посилаються диференційовано: якщо по одному дроту пари передається напруга +0,25 В, то по іншому відповідно –0,25 В. Таким чином, різниця напруги постійно складає 0,5 В (половина вольта). Це означає, що форма передаваємого сигналу завжди знаходиться в протифазі по відношенню до сигналу, що передається по суміжному дроту. Диференційована передача мінімізує електромагнітну радіацію і дозволяє спростити читання сигналів на приймальному кінці.

У інтерфейсі SATA для подачі напруги 5 і 12 В використовується стандартний 4-контактний силовий роз'єм, а також додатковий 15контактный силовий кабель і роз'єм живлення, що забезпечують подачу електроенергії напругою 3,3 В. Ширина силового роз'єму 15-контактного кабелю в цій конструкції рівна всього 24 мм (0,945 дюйма). Сила струму, що подається на контакти рівнів напруги 3,3, 5 і 12 В, досягає 4,5 А, що забезпечує достатню потужність навіть для найбільш енергоємних дисководів. Для сумісності з існуючими джерелами живлення дисководи SATA можуть бути виконані як із стандартними 4-контактними роз'ємами живлення, так і з новими 15-контактними силовими роз'ємами.

SCSI


SCSI (інколи виголошується як "сказі") давно став стандартним інтерфейсом для робочих станцій і серверів. І хоча по грошах SCSI обходиться істотно дорожчим IDE, за ці гроші отримуємо набагато більшу пропускну спроможність, підтримку більшої кількості пристроїв на одному каналі, набагато більшу довжину кабелів (до 12 метрів), підтримку зовнішніх пристроїв і багатозадачність.

Звичайна (інколи говорять "вузька") шина SCSI може нести на собі до 8 пристроїв, а широка (wide) до 16. Сам SCSI контроллер займає одну адресу, а останні 15 залишає для пристроїв, що підключаються (відповідно на вузькій шині для пристроїв залишається 7 адрес). Старші адреси SCSI мають більший пріоритет. Це робить установку SCSI трохи заплутаною. Зазвичай краще дати більший пріоритет повільним пристроям, типа CD-ROM, а не жорстким дискам.

Існує безліч різних варіантів SCSI. З пристроїв доступних зараз на ринку можна назвати Ultra, Ultra2 і Ultra160 SCSI. Ultra SCSI забезпечує передачу із швидкістю 20 Мбайт/с і має 8 адрес. Широка (wide) версія Ultra SCSI піднімає пропускну спроможність удвічі, тобто до 40 Мбайт/с. Ultra2 SCSI, відомий так само як LVD (LowVoltageDifferential) SCSI, має пропускну спроможність 40 Мбайт/с, і, відповідно, wide версія його дає нам 80 Мбайт/сек. Ultra160 SCSI продовжує традицію подвоєння пропускної спроможності, але буває лише у варіанті wide, що дає нам 16 пристроїв на каналі і 160 Мбайт/сек.

SCSI пристрою, як правило, володіють сумісністю, що називається, зверху вниз. Правда цього ніхто не гарантує, але в більшості випадків, скажемо для прикладу, пристрій SCSI-2 буде відмінний себе відчувати на контроллері Ultra2Wide SCSI. Правда, при цьому буває, що за наявності на одній шині швидкого і повільного пристроїв обоє починають працювати з максимальною швидкістю повільного. А насправді те, як поводитимуться різні пристрої SCSI, підключені до однієї шини поруч, залежить в основному від контроллера.

Головна перевага, головна сила SCSI виражається ємким іноземним словом high-end, тобто найшвидші, самі об'ємисті жорсткі диски мають інтерфейс SCSI. SeagateCheetah з 15,000 обертів на шпинделі у варіанті IDE ніколи не вироблявся і навряд чи буде. Ну а здатність підтримувати до 15 пристроїв на одному каналі говорить про відмінну масштабованість, що для певної мети теж украй важливе.

Світ SCSI настільки обширний, що це тема може продовжуватися ще дуже довго, тому перш ніж поставити жирну крапку в даному розділі скажу всього декілька ще слів про майбутнє.

А майбутнє SCSI вже розписане як по нотах. Вже з'являються перші пристрої Ultra320, і наступним кроком буде Ultra640. Сам стандарт SCSI спочатку передбачав масштабованість, і став масштабований настільки, що навряд чи щось може з ним порівнятися в цьому.


7.Технології запису даних

Принцип роботи жорстких дисків схожий на роботу магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається щодо голівки, що зчитує (наприклад, у вигляді котушки індуктивності із зазором в муздрамтеатрі). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки, виникаюче змінне магнітне поле із зазору головки впливає на феромагнетик поверхні диска і зраджує напрям вектора намагніченості доменів залежно від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів у зазора головки приводить до зміни магнітного потоку в муздрамтеатрі головки, що приводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці із-за ефекту електромагнітної індукції.
Отже, розглянемо три методи запису на жорсткий диск: паралельний, перпендикулярний та тепловий магнітний запис (термоасистентний магнітний запис)


Паралельний і перпендикулярний запис

Головна відмінність між даними технологіями полягає у напрямі намагніченості доменів — в разі паралельного запису воно паралельне площині диска, а в разі перпендикулярної, відповідно, перпендикулярно. Проте якщо ми поглянемо на конкретний домен окремо, то жодної різниці не побачимо, оскільки суперпарамагнітна межа не залежить від напряму намагніченості. Причина вищої щільності перпендикулярного запису пояснюється не якимись внутрішніми характеристиками одного домену, а силами взаємодії між сусідніми комірками.



Рис.9. Паралельний і перпендикулярний запис


Постійні магніти, розташовані однаковими полюсами один до одного, відштовхуються, а різними, навпаки, притягуються. Як наслідок, при використанні технології послідовного запису виникають сили магнітної взаємодії сусідніх доменів, що впливають на магнітні поля кожній з цих часток. Іншими словами, магнітна енергія кожного домену може зменшитися, і тоді вірогідність впливу термофлуктуацій на магнітний порядок даного домену збільшиться. При використанні перпендикулярного розташування доменів їх вплив один на одного істотно зменшується. Виникає природне питання — чому ж, не дивлячись на простоту, що здається, і широку популярність методу, комерційні реалізації перпендикулярного запису з'явилися через 50 років після створення першого жорсткого диска?

Відповідь на нього можна розділити на дві основні частини. По-перше, традиційна паралельна технологія успішно розвивалася і до недавнього часу не стикалася з жорсткими фізичними обмеженнями. По-друге, технічна реалізація перпендикулярного запису була пов'язана з рядом складнощів, обумовлених принципово іншим способом розташування магнітних доменів. Дійсно, перпендикулярний запис вимагає наявність спеціальної додаткової підкладки під шаром запису, а також принципово інших, «двосторонніх», голівок, здатних генерувати сильніше магнітне поле. Цілком можливо, перпендикулярний запис міг з'явитися і раніше, лише виробники не хотіли ускладнювати собі життя і поступово удосконалювали паралельну технологію, поки вона не наблизилася до фізичної межі.

По оцінках експертів, сучасна технологія перпендикулярного запису має фізичну межу щільності в 500 Гбіт/дюйм2. Передбачається, що він буде досягнутий в 2010 році. Таким чином, використання даного типа запису дозволить довести ємкість 3,5-дюймових вінчестерів до декількох терабайт, а подальше збільшення об'єму доки не є можливим. Сьогодні видно два основні вектори розвитку індустрії жорстких дисків — структурований і термоасистентний запис.


Тепловий магнітний запис (Термоасистентний магнітний запис)

(Heat-Assisted MagneticRecording, HAMR)

Термоасистентний запис поєднує два способи обходу суперпарамагнітного ефекту — за допомогою зміни температури і використання речовин з високою коерцитивністю. Подібні речовини стабільні, вони мають низьку суперпарамагнітну межу, проте для зміни їх магнітного стану (записи) потрібна значна коерцитивна сила, яка не може створюватися сучасними голівками. У технології HAMR вона і не створюється — під час запису носій нагрівається, його коерцитивність падає і необхідна сила стає значно менше. Після того, як запис завершений, носій остигає і залишається в стабільному стані на довгий час (рис. 10).



Рис.10. Лазер для нагріву носія, інтегрований в голівку запису


Планується, що нагрів малої частини носія відбуватиметься за допомогою теплового лазера, інтегрованого в записуючу голівку. Тут же виникає маса проблем — по-перше, незрозуміло, як «запихнути» лазер в голівку, по-друге, як забезпечити нагрів саме тієї області, яка необхідна, по-третє, як її охолодити. Крім того, потрібно враховувати макроскопічне нагрівання вінчестера. Як відомо, ця проблема актуальна навіть в сучасних жорстких дисках. Нарешті, важливо придумати матеріал носія із заданими властивостями, а саме: з високою коерцитивністю при кімнатній температурі і низькому при температурі записі.

Розробки HAMR-технологій ведуться досить давно (з кінця минулого століття), проте експерти до цих пір розходяться в оцінках максимальної щільності запису і термінах масового вживання подібних вінчестерів. Так, компанія HGST називає межу в 15 Тбіт/дюйм2, а Seagate передбачає, що HAMR-носії можуть досягти щільності 50 Тбіт/дюйм2. Очевидно, широкого поширення даної технології можна чекати в 2010– 2013 роках. Не дивлячись на те, що структурований і термоасистуючий записи абсолютно різні, теоретично ці методи не протирічять один одному. Іншими словами, в майбутньому можлива поява накопичувачів, що поєднують обоє підходу. Проте необхідно розуміти, що однією з головних складнощів розробки і структурованих, і термоасистуючих носіїв є дисковий матеріал, тобто розробити доступну речовину, що задовольняє вимогам обох технологій, буде вкрай складно.




Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації