Накопители на жёстких дисках

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.



Sitelinkx by eXtro-media.de
Яндекс.Метрика