link140 link141 link142 link143 link144 link145 link146 link147 link148 link149 link150 link151 link152 link153 link154 link155 link156 link157 link158 link159 link160 link161 link162 link163 link164 link165 link166 link167 link168 link169 link170 link171 link172 link173 link174 link175 link176 link177 link178 link179 link180 link181 link182 link183 link184 link185 link186 link187 link188 link189 link190 link191 link192 link193 link194 link195 link196 link197 link198 link199 link200 link201 link202 link203 link204 link205 link206 link207 link208 link209 link210 link211 link212 link213 link214 link215 link216 link217 link218 link219 link220 link221 link222 link223 link224 link225 link226 link227 link228 link229 link230 link231 link232 link233 link234 link235 link236 link237 link238 link239 link240 link241 link242 link243 link244 link245 link246 link247 link248 link249 link250 link251 link252 link253 link254 link255 link256 link257 link258 link259 link260 link261 link262 link263 link264 link265 link266 link267 link268 link269 link270 link271 link272 link273 link274 link275 link276 link277 link278 link279

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Накопители на жёстких дисках

Накопители на жестких дисках

Форматирование дисков

Различают два вида форматирования диска:

При форматировании новых гибких дисков с помощью программы Проводник Windows или команды DOS FORMAT выполняются обе операции; если на диске уже выполнялось форматирование, по умолчанию предлагается только высокоуровневое форматирование.

Для жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, — организация разделов. Создавать разделы абсолютно необходимо в том случае, если на одном компьютере предполагается использовать несколько операционных или файловых систем. При этом на диске создается несколько томов, или логических устройств, причем каждому из них операционная система присваивает отдельную букву или имя.

Таким образом, форматирование жесткого диска выполняется в три этапа.

  1. Форматирование низкого уровня.
  2. Организация разделов на диске.
  3. Форматирование высокого уровня.

Механизмы привода головок

Пожалуй, еще более важной деталью накопителя, чем сами головки, является механизм, который устанавливает их в нужное положение; он называется приводом головок. Именно с его помощью головки перемещаются от центра к краям диска и устанавливаются на заданный цилиндр. Существует много конструкций механизмов привода головок, но их можно разделить на два основных типа:

Тип привода во многом определяет быстродействие и надежность накопителя, достоверность считывания данных, его температурную стабильность, чувствительность к выбору рабочего положения и вибрациям. Скажем сразу, что накопители с приводами на основе шаговых двигателей гораздо менее надежны, чем устройства с приводами от подвижных катушек.

Привод — самая важная деталь накопителя. В таблице показана зависимость характеристик накопителя на жестких дисках от конкретного типа привода.

Приводы с шаговым двигателем обычно использовались на жестких дисках емкостью до 100 Мбайт и менее, которые создавались в 1980-х и в начале 1990-х годов. Во всех накопителях, имеющих более высокую емкость, обычно используются приводы с подвижной катушкой. В накопителях на гибких дисках для перемещения головок используется привод с шаговым двигателем. Его параметров (в том числе и точности) вполне достаточно для дисководов этого типа, поскольку плотность дорожек записи на гибких дисках значительно ниже (135 дорожек на дюйм), чем в накопителях на жестких дисках (более 5000 дорожек на дюйм). большинстве выпускаемых сегодня накопителей устанавливаются приводы с подвижными катушками.

Ограничения операционной системы

Большинство новых операционных систем не имеют каких-либо ограничений на емкость жестких дисков. Однако операционные системы более ранних версий имеют такие ограничения, которые следует учитывать при использовании высокоемких накопителей.

Как правило, DOS не распознает жесткие диски емкостью более 8,4 Гбайт, так как доступ к этим накопителям выполняется с помощью LBA-адресации, а DOS 6.x и более ранних версий поддерживает только CHS-адресацию.

Для Windows 95 существует ограничение емкости жестких дисков в 32 Гбайт, причем единственным способом, позволяющим выйти из этого положения, является обновление операционной системы до Windows 98 или более современных версий. Кроме того, обновленные или реализуемые в розницу версии Windows 95 (они называются также Windows 95 OSR 1 или Windows 95a) поддерживают только файловую систему FAT16 (16-разрядная таблица размещения файлов), налагающую ограничение в 2 Гбайт на максимальный размер разделов. Таким образом, при использовании жесткого диска емкостью 30 Гбайт пришлось бы разбить его на 15 разделов по 2 Гбайт, присваивая вновь образованному разделу уникальную букву (в данном случае это диски C:–Q:). Операционные системы Windows 95B и 95C могут использовать файловую систему FAT32, которая разрешает создавать разделы объемом до 2 Тбайт. Обратите внимание, что определенные внутренние ограничения не позволяют посредством программы FDISK создавать разделы объемом более 512 Мбайт.

Операционная система Windows 98 поддерживает жесткие диски большой емкости, но ошибка, существующая в программе FDISK, содержащейся в Windows 98, приводит к неправильному информированию пользователя о емкости диска, ограничивая ее 64 Гбайт (при использовании жестких дисков большей емкости). Решение этой проблемы состоит в установке обновленной версии FDISK, для получения которой следует обратиться на сайт компании Microsoft. Еще одна ошибка была обнаружена при выполнении команды FORMAT в операционной среде Windows 98 для обработки раздела емкостью более 64 Гбайт. В этом случае происходит форматирование всего раздела, хотя его размер сообщается неправильно.

1,8-дюймовые накопители

Эти накопители были представлены компанией Integral Peripherals в 1991 году и так и не получили особой популярности. Изначально они создавались для установки в разъемы PC Card (PCMCIA), что делало такие накопители идеальным сменным носителем для портативных компьютеров. К сожалению, рынок для накопителей диаметром 1,8 дюйма формировался слишком медленно, и в 1998 году инвестиционная группа Mobile Storage приобрела эту технологию у компании Integral Peripherals за 5,5 млн. долларов. Затем компания Integral Peripherals ушла с рынка жестких дисков. За несколько лет еще ряд компаний представили жесткие диски диаметром 1,8 дюйма. Самыми заметными из них являются HP, Calluna, Toshiba и Hitachi. В настоящее время только Toshiba и Hitachi продолжают выпускать накопители такого формата. Компания HP не выпускает жесткие диски с 1996 года, а Calluna прекратила существование в 2001 году. Компания Toshiba представила собственные накопители диаметром 1,8 дюйма (имеющие формат адаптера PC Card Type II) в 2000 году, тогда как Hitachi вышла на этот рынок в 2003 году. Такие накопители имеют емкость до 100 Гбайт и более и могут в зависимости от модели применяться во всех компьютерах, имеющих разъем Type II PC Card.

Форматирование низкого уровня

В процессе форматирования низкого уровня дорожки диска разбиваются на секторы. При этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а также формируются интервалы между секторами и дорожками. Область данных каждого сектора заполняется фиктивными значениями или специальными тестовыми наборами данных. В накопителях на гибких дисках количество секторов на дорожке определяется типом дискеты и дисковода; количество секторов на дорожке жесткого диска зависит от интерфейса накопителя и контроллера.

Изначально жесткие диски подключались к обособленному контроллеру, выполненному в виде карты расширения или интегрированному в материнскую плату. Поскольку такой контроллер мог использоваться с дисками разных типов, к тому же выпущенных разными производителями, для обеспечения взаимодействия устройств должно было существовать некоторое единообразие. Поэтому количество секторов на дорожке должно было быть согласовано.

В первых контроллерах ST-506/412 при записи по методу MFM дорожки разбивались на 17 секторов, а в контроллерах этого же типа, но с кодированием RLL количество секторов достигало 26. В накопителях ESDI на дорожке содержится 32 и более секторов. В накопителях IDE контроллеры встроенные, и в зависимости от их типа количество секторов колеблется в пределах 17–2500 и более.

Практически во всех накопителях ATA используется так называемая зонная запись с переменным количеством секторов на дорожке. Дорожки, более удаленные от центра (а значит, и более длинные), содержат больше секторов, чем дорожки, расположенные близко к центру. Один из способов повышения емкости жесткого диска — разделение внешних цилиндров на большее количество секторов по сравнению с внутренними. Плотность данных и скорость вращения остаются постоянными, что влияет на количество битов, записанных на дорожке. На 1-м рисунке схематически представлен диск с одинаковым количеством секторов на всех дорожках.

При стандартной записи данных пространство внешних дорожек используется крайне неэффективно, так как они, отличаясь значительно большей протяженностью, содержат столько же данных, сколько содержат внутренние дорожки. Один из способов увеличения емкости жесткого диска при форматировании низкого уровня состоит в создании большего количества секторов во внешних цилиндрах диска, чем во внутренних. Внешние цилиндры имеют большую длину окружности и поэтому могут содержать больше данных. В накопителях, не использующих метод зонной записи, в каждом цилиндре содержится одинаковое количество данных, несмотря на то что длина дорожки внешних цилиндров может быть вдвое больше длины внутренних. Это приводит к нерациональному использованию пространства запоминающего устройства, так как носитель должен обеспечивать надежное хранение данных, записанных с той же плотностью, что и во внутренних цилиндрах. В том случае, если количество секторов, приходящихся на каждую дорожку, фиксировано, как это бывает при использовании контроллеров ранних версий, емкость накопителя определяется плотностью записи внутренней (наиболее короткой) дорожки.

При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем по мере продвижения к внешнему краю диска дорожки разбиваются на все большее число секторов. Во всех цилиндрах, относящихся к одной зоне, количество секторов на дорожках одно и то же. Возможное количество зон зависит от типа накопителя; в большинстве устройств их бывает 10 и более (см. 2-й рисунок).

Еще одно свойство зонной записи состоит в том, что скорость обмена данными с накопителем может изменяться и зависит от зоны, в которой в конкретный момент располагаются головки. Происходит это потому, что секторов во внешних зонах больше, а угловая скорость вращения диска постоянна.

Приведем в качестве примера организацию зон в 2,5-дюймовом жестком диске Hitachi Travelstar 7K60 для портативных компьютеров (см. таблицу ниже).

Этот накопитель имеет 54288 дорожек на каждой поверхности диска; дорожки разделены на 16 зон по 3393 цилиндра. В нулевой (самой внешней) зоне содержится наибольшее количество секторов — 720 на каждую дорожку. Каждая дорожка в этой зоне имеет размер 368640 байт. Самая внутренняя зона содержит только 360 секторов на дорожку; ее емкость — всего 184320 байт.

При использовании метода зонной записи каждая поверхность диска уже содержит в среднем 545,63 сектора на дорожку. Если не использовать метод зонной записи, то каждая дорожка будет ограничена 360 секторами. Выигрыш при использовании метода зонной записи составляет около 52%.

Обратите внимание на различия в скорости передачи данных для каждой зоны. Поскольку частота вращения шпинделя — 7200 об/мин, один оборот совершается за 1/120 секунды (т.е. 8,33 миллисекунды). Дорожки во внешней зоне (нулевой) имеют скорость передачи данных 44,24 Мбайт/с, а во внутренней зоне (15) — всего 22,12 Мбайт/с. Средняя скорость передачи данных составляет 33,52 Мбайт/с. Именно это свойство диска объясняет различие в результатах измерения параметров диска с помощью программ тестовых пакетов — каждая программа измеряет скорости передачи данных в различных зонах.

Кроме того, следует отметить, что данный диск соответствует спецификации ATA-6 и поддерживает режим Ultra-ATA/100 (также называемый UDMA-100), а это предполагает скорость передачи данных 100 Мбайт/с. Разумеется, это теоретическое значение, так как реальная скорость передачи данных для данного жесткого диска составляет от 22 до 44 Мбайт/с, а средняя — 33 Мбайт/с. Теоретическая скорость передачи данных соответствует в большей мере возможностям интерфейса, а не реального жесткого диска.

Накопители с обособленными контроллерами, которые использовались в прошлом, метод зонной записи не поддерживали, так как не существовало стандартного способа обмена информацией о зонах между накопителем и контроллером.

В то же время накопители ATA, содержащие встроенные контроллеры дисков, позволяют выполнять форматирование дорожек, имеющих различное количество секторов. Контроллеры, встраиваемые в накопители этих типов, полностью поддерживают алгоритм зонной записи, что позволяет преобразовывать физические цилиндры, головки и секторы в соответствующее количество логических цилиндров, головок и секторов. В результате внешне все выглядит так, что количество секторов на всех дорожках одно и то же. Базовая система ввода-вывода предназначена для обработки дорожек, содержащих одинаковое количество секторов по всей площади жесткого диска, поэтому дисководы, поддерживающие метод зонной записи, должны работать с помощью схемы трансляции секторов.

Метод зонной записи позволил производителям повысить емкость устройств на 20–50% по сравнению с накопителями, в которых число секторов на дорожке фиксировано. Зонная запись используется абсолютно во всех современных накопителях.



Подкатегории