Глава – 2
Введение жестких дисков
Введение
В современном компьютерном мире жесткие диски зарекомендовали себя как наиболее важная часть компьютера. Сегодня жесткий диск является основным запоминающим устройством, которое чаще всего используется для хранения всех типов данных, а также одним из самых интересных компонентов компьютера.
Современным пользователям компьютеров будет очень трудно даже представить себе, какой была бы компьютерная жизнь без жестких дисков, поскольку сегодня большинство из нас хранит на своих компьютерах миллиарды байтов информации.
В самых первых компьютерах вообще не было хранилища. Каждый раз, когда вы хотели запустить программу, вам приходилось вводить программу вручную. Более того, это сделало невозможной большую часть того, что мы сегодня считаем вычислениями, поскольку не было простого способа заставить компьютер работать с одними и теми же данными снова и снова. Вскоре стало понятно, что для того, чтобы компьютеры стали по-настоящему полезными инструментами, необходимо какое-то постоянное хранилище.
Первым носителем информации, используемым в компьютерах, была бумага. Программы и данные записывались с помощью отверстий, пробитых в бумажной ленте или перфокартах. Специальный считыватель использовал луч света для сканирования карточек или ленты. Там, где была обнаружена дыра, он читал «1», а там, где бумага блокировала датчик, — «0». или наоборот.
Хотя это было большим улучшением, чем ничего, но эти карты все еще были очень неудобны в использовании. По сути, вы должны были написать всю программу с нуля на бумаге и заставить ее работать в уме, прежде чем пытаться записать ее на карты, потому что, если вы делали ошибку, вам приходилось заново перфорировать многие карты. Было очень сложно представить, с чем вы работаете.
Следующим большим шагом вперед по сравнению с бумагой стало создание магнитной ленты. Записывая информацию так же, как звук записывается на ленту, эти магнитные ленты были намного более гибкими, долговечными и быстрыми, чем бумажная лента или перфокарты.
Конечно, лента по-прежнему используется на современных компьютерах, но в качестве автономного или вторичного хранилища. До жестких дисков они были основным хранилищем для некоторых компьютеров. Их основной недостаток в том, что их нужно читать линейно; переход от одного конца ленты к другому может занять несколько минут, что делает произвольный доступ непрактичным.
Ну, возвращаясь к нашей теме. IBM представила самый первый жесткий диск, пригодный для коммерческой разработки. Это не было похоже на дисковые накопители, которые используются в наши дни. Они использовали вращающиеся цилиндрические барабаны, на которых хранились магнитные модели данных. Барабаны были большими и с ними было трудно работать. У первых настоящих жестких дисков головки жесткого диска соприкасались с поверхностью диска. Это было сделано для того, чтобы низкочувствительная электроника того времени могла лучше считывать магнитные поля на поверхности диска, но технологии производства в то время не были такими сложными, как сейчас, и это не было можно было сделать поверхность диска настолько гладкой, насколько это было необходимо, чтобы головка могла плавно скользить по поверхности диска на высокой скорости, пока она находилась в контакте с ним. Со временем изнашивались головки или изнашивалось магнитное покрытие на поверхности диска.
Как критическое открытие новой технологии IBM, в которой контакт с поверхностью диска не был необходим, она стала основой современных жестких дисков. Самым первым жестким диском этого типа был IBM 305 RAMAC (метод учета и контроля с произвольным доступом), представленный 13 сентября 1956 года. Этот жесткий диск мог хранить пять миллионов символов, что составляло примерно пять мегабайт при скорости передачи данных 8800 байт. в секунду.
В 1962 году IBM представила модель 1301 Advanced Disk File. Ключевым достижением этого дисковода было создание головок, которые плавали или летали над поверхностью диска на воздушном подшипнике с уменьшением расстояния от головок до поверхности дисков с 800 до 250 микродюймов.
В 1973 году IBM представила дисковый накопитель модели 3340, который обычно считается отцом современного жесткого диска с двумя отдельными шпинделями, одним постоянным, а другим съемным, каждый емкостью 30 МБ. Модель IBM 3370, представленная в 1979 году, была первым диском с тонкопленочными головками. В том же году IBM представила модель 3310, которая является первым жестким диском с 8-дюймовыми пластинами, значительно уменьшенными в размерах по сравнению с 14-дюймовыми, которые были стандартом более десяти лет.
Первым жестким диском форм-фактора 5,25", используемым в первых ПК, был Seagate ST-506. Он имел четыре головки и емкость 5 МБ. IBM обошла ST-506 и выбрала ST-412- - диск емкостью 10 МБ в том же форм-факторе — для IBM PC/XT, что делает его первым жестким диском, широко используемым в ПК и в мире, совместимом с ПК.
В 1983 году компания Rodime представила RO352 — первый жесткий диск с форм-фактором 3,5 дюйма, который стал одним из важнейших отраслевых стандартов. карта расширения для ПК, которые изначально были собраны без жесткого диска.
В 1986 году Conner Peripherals представила CP340. Это был первый дисковод, в котором использовался привод звуковой катушки. В 1988 году компания Conner Peripherals представила CP3022, который был первым 3,5-дюймовым накопителем с уменьшенной высотой 1 дюйм, который теперь называется «низкопрофильным» и является стандартом для современных 3,5-дюймовых накопителей. В том же году PrairieTek представила накопитель с размером 2,5 дюйма. тарелки. В 1990 году IBM представила модель 681 (Redwing) с диском емкостью 857 МБ. Он был первым, кто использовал головки MR и PRML.
Выпущенный в 1991 году накопитель для мейнфреймов IBM Pacifica — это первый диск, в котором оксидный носитель на поверхности пластины заменен на тонкопленочный. В том же году Integral Peripherals 1820 представляет собой первый жесткий диск с 1,8-дюймовыми пластинами, который позже использовался для дисководов PC-Card. В 1992 году Hewlett Packard представила C3013A, первый 1,3-дюймовый дисковод.
В истории жестких дисков произошел ряд событий, которые придали сегодняшним дискам текущую конструкцию, форму, производительность и емкость. В рамках этой книги их трудно подсчитать подробно.
Компоненты жесткого диска
Жесткий диск состоит из следующих основных компонентов:
- Дисковые пластины и носители
- Чтение/запись головок
- Ползунки головы, рычаги и привод
- Двигатель шпинделя жесткого диска
- Разъемы и перемычки
- Логическая доска
- Кэш и схема кэширования
Компоненты жесткого диска
Дисковые пластины и носители
В каждом жестком диске используется один или несколько (обычно более одного) круглых плоских дисков, называемых пластинами, покрытых с обеих сторон специальный носитель, предназначенный для хранения информации в виде магнитных узоров. Каждая поверхность каждой пластины на диске может содержать миллиарды бит данных.
Пластины состоят из двух основных материалов: материала подложки, который образует основную часть пластины и придает ей структуру и жесткость, и покрытия магнитного носителя, которое фактически удерживает магнитные импульсы, представляющие данные.
Качество пластин и, в частности, покрытие их носителя имеет решающее значение. Размер пластин на жестком диске является основным фактором, определяющим его общие физические размеры, также обычно называемые форм-фактором диска; большинство дисков производятся в одном из различных стандартных форм-факторов жестких дисков.
Иногда жесткие диски обозначаются спецификацией размера. Если у кого-то есть 3,5-дюймовый жесткий диск, это означает, что обычно это относится к форм-фактору диска, и обычно форм-фактор называется на основе размера пластины. Ранние жесткие диски имели номинальный размер 5,25 дюйма, но в настоящее время самый распространенный размер жесткого диска составляет 3,5 дюйма.
Диски для ноутбуков обычно меньше из-за ожидаемого небольшого размера и меньшего веса. Диски на этих дисках обычно имеют диаметр 2,5 дюйма или меньше; 2,5 дюйма — стандартный форм-фактор, но диски с дисками 1,8 и даже 1,0 дюйма все чаще используются в мобильном оборудовании.
Хотя диски удлиняют пластины до максимальной ширины корпуса физического диска, чтобы максимизировать объем хранилища, который они могут упаковать в диск, в целом наблюдается тенденция к использованию пластин меньшего размера. Вот основные причины, по которым компании переходят на меньшие пластины даже для настольных компьютеров:
Жесткие и жесткие пластины более устойчивы к ударам и вибрации и лучше подходят для сопряжения с высокоскоростными шпинделями и другим высокопроизводительным оборудованием. Уменьшение диаметра пластины жесткого диска в два раза увеличивает ее жесткость примерно в четыре раза.
Уменьшенный размер пластин уменьшает расстояние, на которое привод головки должен перемещать головки из стороны в сторону для выполнения произвольного поиска. Это улучшает время поиска и ускоряет произвольное чтение и запись.
Последние шпиндели жестких дисков увеличиваются по причинам быстродействия. Диски меньшего размера легче вращать, и для них требуются менее мощные двигатели, а также они быстрее разгоняются до нужной скорости из положения остановки.
Самый маленький размер жесткого диска, доступный сегодня, составляет 1 дюйм в диаметре. Удивительный накопитель Micro от IBM имеет одну пластину и предназначен для установки в цифровые камеры, персональные органайзеры и другое небольшое оборудование. Крошечный размер пластин позволяет Микропривод для разрядки аккумулятора, замедления вращения и повторного запуска менее чем за секунду.
С инженерной точки зрения большее количество пластин также означает большую массу и, следовательно, более медленный отклик на команды запуска или остановки накопителя. Это можно компенсировать более мощным двигателем шпинделя, но это приводит к другим компромиссам.
На самом деле в последнее время наблюдается тенденция к использованию дисков с меньшим количеством головок и пластин, а не больше. Плотность площадей продолжает увеличиваться, что позволяет создавать большие диски без использования большого количества пластин. Это позволяет производителям сократить количество пластин, чтобы сократить время поиска, не создавая дисков слишком маленьких размеров для рынка.
Форм-фактор жесткого диска также оказывает большое влияние на количество пластин в накопителе. Есть несколько факторов, которые связаны с количеством пластин, используемых в диске. Приводы с большим количеством дисков сложнее проектировать из-за увеличенной массы шпинделя, необходимости точного выравнивания всех приводов и больших трудностей с контролем шума и вибрации.
Даже тогда, несмотря на то, что инженеры жестких дисков хотели поместить в конкретную модель множество пластин, стандартный форм-фактор "тонкого" жесткого диска ограничен высотой 1 дюйм, что ограничивает количество пластин, которые можно поместить в одну модель. единое целое. Конечно, инженеры постоянно работают над уменьшением необходимого зазора между пластинами, чтобы можно было увеличить количество пластин в накопителях заданной высоты.
Магнитные узоры, из которых состоят ваши данные, записываются в очень тонком слое носителя на поверхности пластин жесткого диска; основная часть материала пластины называется подложкой и не делает ничего, кроме поддержки слоя носителя. Чтобы быть подходящим, материал подложки должен быть жестким, легким в обработке, легким, стабильным, магнитно-инертным, недорогим и легкодоступным. Наиболее часто используемым материалом для изготовления пластин традиционно был алюминиевый сплав, отвечающий всем этим критериям.
Из-за того, что пластины вращаются, а головки чтения / записи плавают прямо над ними, пластины должны быть чрезвычайно гладкими и плоскими, поэтому были предложены альтернативы алюминию, такие как стекло, стеклянные композиты и магниевые сплавы. Теперь становится все более вероятным, что стекло и композиты, изготовленные из стекла, станут следующим стандартом для подложек пластин. По сравнению с алюминиевыми пластинами стеклянные пластины имеют ряд преимуществ:
- Лучшее качество:
- Улучшенная жесткость:
- Тонкие пластины:
- Термостабильность:
Одним из недостатков стекла по сравнению с алюминием является хрупкость, особенно если оно очень тонкое.
Материал подложки, из которого изготовлены пластины, образует основу, на которую наносится фактический носитель записи. Слой носителя представляет собой очень тонкое покрытие из магнитного материала, в котором хранятся фактические данные. Обычно его толщина составляет всего несколько миллионных долей дюйма.
В старых жестких дисках использовался оксидный носитель. Оксидные носители недороги в использовании, но также имеют ряд важных недостатков. Во-первых, это мягкий материал, который легко повредить при контакте с головкой чтения/записи. Во-вторых, это полезно только для хранения с относительно низкой плотностью. Он отлично работал на старых жестких дисках с относительно низкой плотностью данных, но поскольку производители стремились упаковать все больше и больше данных в одно и то же пространство, оксид не подходил для этой задачи: частицы оксида становились слишком большими для небольших магнитных полей новых конструкций. .
В современных жестких дисках используется тонкопленочный носитель. Тонкопленочный носитель состоит из очень тонкого слоя магнитного материала, нанесенного на поверхность пластин. Для нанесения материала носителя на пластины используются специальные технологии производства.
По сравнению с оксидными носителями тонкопленочные носители гораздо более однородны и гладки. Он также обладает значительно превосходными магнитными свойствами, что позволяет ему хранить гораздо больше данных в том же объеме пространства. После нанесения магнитного носителя поверхность каждой пластины обычно покрывают тонким защитным слоем из углерода. Поверх этого добавляется сверхтонкий смазывающий слой. Эти материалы используются для защиты диска от повреждений, вызванных случайным контактом с головками или другими посторонними предметами, которые могут попасть в дисковод.
Чтение/запись головок
Головки — это интерфейс чтения/записи на магнитный физический носитель, на котором данные хранятся на жестком диске. Головки выполняют работу по преобразованию битов в магнитные импульсы и хранению их на пластинах, а затем обращают процесс вспять, когда данные необходимо считать обратно. Головки — одна из самых дорогих частей жесткого диска, позволяющая увеличить плотность записи и скорость вращения диска.
Несмотря на то, что головки GMR наиболее популярны в современных жестких дисках, несколько раз предлагалось несколько технологий для головок чтения/записи:
- Ферритовые головки
- Головки Metal-In-Gap (MIG)
- Тонкопленочные головки
- Анизотропные магниторезистивные головки (AMR/MR)
- Гигантские магниторезистивные головки (GMR)
- Колоссальные магниторезистивные головки (CMR)
Головки чтения/записи являются чрезвычайно важным компонентом, определяющим общую производительность жесткого диска, поскольку они играют очень важную роль в хранении и извлечении данных. Новые технологии головок часто являются отправной точкой для увеличения скорости и размера современных жестких дисков, поэтому головки чтения/записи являются самой сложной частью жесткого диска, который сам по себе является технологическим чудом.
Каждый бит сохраняемых данных записывается на жесткий диск с использованием специального метода кодирования, при котором нули и единицы преобразуются в схемы инверсии магнитного потока. Каждая пластина жесткого диска имеет две поверхности, обычно используемые для хранения данных, и обычно на каждую поверхность, используемую на диске, приходится по одной головке. Поскольку большинство жестких дисков имеют от одной до четырех пластин, большинство жестких дисков имеют от двух до восьми головок. Некоторые более крупные приводы могут иметь 20 и более головок. Только одна головка может читать или записывать на жесткий диск в данный момент времени. Специальная схема используется для управления тем, какая головка активна в любой момент времени.
Головка парит над поверхностью диска и выполняет всю свою работу, даже не касаясь пластин физически. Расстояние между головками и пластинами называется плавающей высотой или высотой полета или зазором между головками. Узлы головок чтения/записи подпружинены с помощью пружинной стали рычагов головки, что заставляет ползунки прижиматься к пластинам, когда диск неподвижен.
Это делается для того, чтобы головки не отклонялись от пластин, поэтому поддержание точной плавающей высоты необходимо для правильной работы. Когда диск раскручивается до рабочей скорости, высокая скорость заставляет воздух проходить под ползунками и отрывать их от поверхности диска. Расстояние от пластин до головок — это особый параметр конструкции, который строго контролируется производителями.
Современный жесткий диск имеет плавающую высоту 0,5 микродюймов, и даже человеческий волос имеет толщину более 2000 микродюймов, поэтому так важно не допускать попадания грязи на жесткий диск. На самом деле удивительно, как близко к поверхности дисков летят головки, не касаясь их. Частицы пыли, отпечатки пальцев и даже частички дыма являются большой проблемой для головки жесткого диска.
Структура чтения и записи жесткого диска
Когда плотность диска увеличивается для повышения емкости и производительности, магнитные поля становятся меньше и слабее. Чтобы компенсировать это, нужно либо сделать головки более чувствительными, либо уменьшить плавающую высоту.
Каждый раз, когда плавающая высота уменьшается, механические аспекты диска необходимо регулировать, чтобы убедиться, что пластины более плоские, выравнивание узла диска и головок чтения/записи идеальное, а пыль или грязь на поверхности пластин. Вибрация и удары также становятся более серьезными проблемами, и их необходимо компенсировать.
Это одна из причин, по которой производители обращаются к пластинам меньшего размера, а также к использованию стеклянных подложек. Предпочтение отдается более новым головкам, таким как GMR, поскольку они обеспечивают большую высоту полета, чем старые, менее чувствительные головки, при прочих равных условиях.
Удар головой
Поскольку головки чтения/записи жесткого диска плавают в микроскопическом слое воздуха над самими пластинами диска, вполне возможно, что при определенных обстоятельствах головки могут контактировать с носителем на жестком диске. Обычно головки контактируют с поверхностью только тогда, когда привод запускается или останавливается.
Современный жесткий диск переворачивается 100 раз в секунду. Если головки соприкасаются с поверхностью диска, когда он работает на рабочей скорости, результатом может быть потеря данных, повреждение головок, повреждение поверхности диск или все три. Это обычно называют крахом головы, двумя самыми пугающими словами для любого пользователя компьютера. Наиболее распространенными причинами выхода из строя головки являются загрязнение, застрявшее в тонком зазоре между головкой и диском, и удары по жесткому диску во время его работы.
Головная парковка
Когда пластины не вращаются, головки упираются в поверхность диска. Когда пластины вращаются, головки трутся о поверхность пластин до тех пор, пока они не наберут достаточную скорость, чтобы оторваться и плавать на своей воздушной подушке. Когда привод раскручивается, процесс повторяется в обратном порядке. В обоих случаях головки в течение некоторого времени соприкасаются с поверхностью диска во время движения.
Несмотря на то, что пластины и головки разработаны с учетом того, что такой контакт произойдет, все же имеет смысл избегать этого в области диска, где есть данные.
По этой причине на большинстве дисков предусмотрена специальная дорожка, предназначенная для размещения головок при взлете и посадке. Эта область называется зоной приземления, и никакие данные там не размещаются. Процесс перемещения головок в указанную область называется парковкой головок.
Почти все новые операционные системы имеют встроенную функцию автоматической парковки головы, когда это необходимо. Большинство первых жестких дисков, в которых использовались шаговые двигатели, не парковали головки дисков автоматически, поэтому в качестве меры предосторожности было написано множество небольших утилит, которые пользователь запускал перед выключением ПК тех дней. Утилита даст команду диску переместить головки в зону приземления, после чего компьютер можно будет безопасно отключить.
Параметр в настройках BIOS для жесткого диска сообщает системе, какая дорожка была посадочной зоной для конкретной модели жесткого диска. Обычно это была дорожка со следующим последовательным номером после дорожки с наибольшим номером, фактически используемой для данных. Все современные жесткие диски со звуковой катушкой имеют автоматическую парковку. Теперь нет необходимости вручную парковать головки современных жестких дисков.
Ползунки головы, руки и привод
Когда доступ к пластинам жесткого диска для операций чтения и записи осуществляется с помощью головок чтения/записи, установленных на верхней и нижней поверхностях каждой пластины, очевидно, что головки чтения/записи не просто парят в пространстве. Их необходимо удерживать в точном положении относительно поверхностей, с которых они считываются, а также их необходимо перемещать с дорожки на дорожку, чтобы обеспечить доступ ко всей поверхности диска.
Головки устанавливаются на конструкцию, облегчающую этот процесс, которую часто называют узлом головки, узлом привода или узлом головка-привод. Он состоит из нескольких разных частей. Сами головки установлены на ползунках головок. Ползунки подвешены над поверхностью диска на концах головок рычагов. Все рычаги головки механически объединены в единую конструкцию, которая перемещается по поверхности диска с помощью привода.
Ползунки головы
Каждая головка жесткого диска крепится к специальному устройству, называемому слайдером головки или просто слайдером. Функция ползунка состоит в том, чтобы физически поддерживать головку и удерживать ее в правильном положении относительно диска, когда головка плавает по его поверхности. Головки чтения/записи жесткого диска слишком малы, чтобы их можно было использовать без подключения к более крупному блоку.
Слайдерам придается особая форма, позволяющая им точно перемещаться по тарелке. Поскольку головки чтения/записи жесткого диска уменьшаются в размерах, уменьшаются и ползунки, которые их несут. Основное преимущество использования небольших ползунков заключается в том, что они уменьшают вес, который необходимо перемещать по поверхности пластин, повышая как скорость, так и точность позиционирования. Меньшие ползунки также имеют меньшую площадь поверхности, чтобы потенциально контактировать с поверхностью диска. Каждый ползунок крепится к головному рычагу, чтобы его можно было перемещать по поверхности диска, с которым он сопряжен.
Руки головы
Рычаги головки представляют собой тонкие металлические пластины, обычно треугольной формы, на которые устанавливаются ползунки головок, несущие головки чтения/записи. На каждую головку чтения/записи приходится один рычаг, и все они выстраиваются в линию и крепятся к приводу головки, образуя единый узел.
Это означает, что когда привод движется, все головки движутся вместе синхронно. Сами рычаги изготовлены из легкого и тонкого материала, что позволяет быстро перемещать их от внутренней к внешней части привода. В новых конструкциях сплошные рычаги заменены структурными формами, чтобы уменьшить вес и повысить производительность.
Новые приводы обеспечивают более быстрое время поиска отчасти за счет использования более быстрых и интеллектуальных приводов и более легких и жестких головок, что позволяет сократить время переключения между дорожками. Недавней тенденцией в индустрии жестких дисков стало сокращение количества пластин в различных семействах дисков. Даже некоторые флагманские накопители в различных семействах теперь имеют только три или даже две пластины, тогда как четыре или пять были обычным явлением примерно год назад.
Одна из причин этой тенденции заключается в том, что наличие большого количества головок затрудняет создание привода с достаточно высокой точностью, чтобы обеспечить очень быстрое позиционирование при случайном поиске. Это связано с увеличением веса привода в сборе из-за дополнительных рычагов, а также с проблемами выравнивания всех головок.
Головной привод
Активатор — очень важная часть жесткого диска, поскольку переход от дорожки к дорожке — единственная операция на жестком диске, требующая активного движения. Смена головок — это электронная функция, а смена секторов требует ожидания, пока нужный номер сектора не повернется и не попадет под головку. Смена гусениц означает, что головки должны быть смещены, поэтому первостепенное значение имеет обеспечение того, чтобы это движение можно было выполнить быстро и точно.
Привод — это устройство, используемое для позиционирования головок на разные дорожки на поверхности диска и к разным цилиндрам, поскольку все головки перемещаются как синхронный узел, поэтому каждая рука перемещается на один и тот же номер дорожки соответствующей ей дорожки. поверхность. Головные приводы бывают двух основных разновидностей:
- Шаговые двигатели
- Голосовые катушки
Основное различие между этими двумя конструкциями заключается в том, что шаговый двигатель представляет собой систему абсолютного позиционирования, а звуковая катушка — систему относительного позиционирования.
Все современные жесткие диски используют приводы звуковой катушки. Актуатор звуковой катушки не только намного лучше адаптируется и нечувствителен к тепловым проблемам. Это намного быстрее и надежнее, чем шаговый двигатель. Позиционирование привода является динамическим и основано на обратной связи от изучения фактического положения гусениц. Эту замкнутую систему обратной связи также иногда называют серводвигателем или сервосистемой позиционирования, и она обычно используется в тысячах различных приложений, где важно точное позиционирование.
Двигатель шпинделя
Двигатель шпинделя или вал шпинделя отвечает за вращение пластин жесткого диска, позволяя жесткому диску работать. Двигатель шпинделя должен обеспечивать стабильную, надежную и постоянную мощность вращения в течение тысяч часов часто непрерывного использования, чтобы обеспечить правильную работу жесткого диска, поскольку многие сбои дисков на самом деле связаны с двигателем шпинделя, а не с системами хранения данных.
Двигатель шпинделя жесткого диска должен иметь следующие качества, чтобы жить долго и сохранять ваши данные в безопасности в течение длительного времени:
- Он должен быть высокого качества, чтобы он мог работать в течение тысяч часов и выдерживать тысячи циклов запуска и остановки без сбоев.
- Он должен работать плавно и с минимальной вибрацией из-за жестких допусков дисков и головок внутри привода.
- Он не должен генерировать чрезмерное количество тепла или шума.
- Он не должен потреблять слишком много энергии.
- Его скорость должна регулироваться, чтобы он вращался с нужной скоростью.
Чтобы удовлетворить эти требования, во всех жестких дисках ПК используются двигатели постоянного тока с сервоуправлением. Двигатели шпинделя жесткого диска настроены на прямое подключение. Для их соединения со шпинделем жесткого диска не используются ремни или шестерни. Шпиндель, на который крепятся пластины, крепится непосредственно к валу двигателя.
Диски изготовлены с отверстием точного размера шпинделя и размещены на шпинделе с разделительными кольцами между ними, чтобы сохранить правильное расстояние и обеспечить место для головок. Объем работы, которую должен выполнять двигатель шпинделя, зависит от следующих факторов:
Размер и количество дисков. Чем больше дисков и больше дисков в приводе, тем больше масса вращающегося двигателя, поэтому требуются более мощные двигатели. То же самое относится и к высокоскоростным приводам.
o Управление питанием: сегодня пользователям все чаще нужны жесткие диски, которые быстро разгоняются от остановленного положения до рабочей скорости, что также требует более быстрых или мощных двигателей.
Как и в случае с более новыми жесткими дисками, скорость шпинделя считается важной проблемой, она также стала важным моментом в жестких дисках для контроля количества шума, тепла и вибрации, создаваемых жесткими дисками из-за высокой скорости вращения шпинделя.
Некоторые новые накопители, особенно модели со скоростью вращения 7200 и 10 000 об/мин, могут сильно шуметь во время работы. Если есть возможность, рекомендуется перед покупкой проверить жесткий диск в работе, оценить уровень его шума и посмотреть, не мешает ли он вам; это сильно варьируется от человека к человеку. Производимый шум также в некоторой степени различается в зависимости от отдельного привода даже в одном семействе. Тепло, создаваемое двигателем шпинделя, может в конечном итоге привести к повреждению жесткого диска, поэтому более новые жесткие диски уделяют больше внимания их охлаждению.
Соединители и перемычки
На жестком диске имеется несколько различных разъемов и перемычек, которые используются для настройки жесткого диска и его подключения к остальной системе. Количество и типы разъемов на жестком диске зависят от интерфейса данных, который он использует для подключения к системе, производителя диска и любых специальных функций, которыми может обладать диск.
Инструкции по установке общих перемычек обычно печатаются прямо на диске. В жестких дисках используется стандартный 4-контактный штекерный разъем, к которому подключается один из разъемов питания, идущих от блока питания. Этот 4-контактный пластиковый разъем обеспечивает +5 и +12. напряжение на жесткий диск.
Существует два типа интерфейсов, которые обычно используют современные жесткие диски:
- IDE/ATA: имеет 40-контактный прямоугольный разъем.
- SCSI: 50-контактный, 68-контактный или 80-контактный D-образный разъем. Все эти три номера контакта представляют другой тип диска SCSI, например:
- 50-контактный разъем означает, что устройство имеет узкий интерфейс SCSI.
- 68 контактов означают широкий SCSI.
- 80 контактов означают широкий интерфейс SCSI с подключением к одному разъему (SCA).
Разъемы и перемычки
Разъемы на жестких дисках обычно имеют форму прямоугольной сетки контактов 2xN (где N равно 20, 25, 34 или 40 в зависимости от интерфейса). Большинство современных разъемов интерфейса SCSI имеют ключ для предотвращения неправильной вставки, поскольку они имеют D-образную форму, но это не всегда относится к другим интерфейсам.
По этой причине важно убедиться, что кабель ориентирован правильно, прежде чем подключать его. На кабеле есть красная полоса, обозначающая провод 1, а на жестком диске используются маркеры той или иной формы для обозначения провода. соответствующий контакт 1.
Жесткие диски IDE/ATA довольно стандартны с точки зрения перемычек. Обычно имеется всего несколько положений перемычек, и они не сильно различаются от привода к приводу. Вот настройки перемычек, которые вы обычно найдете на жестком диске:
Выбор диска: на одном канале IDE может быть два диска, главный и подчиненный. Перемычка обычно используется, чтобы указать каждому диску, должен ли он работать в качестве ведущего или ведомого на канале IDE.
Для одного диска на канале большинство производителей указывают, что диск должен быть перемычкой в качестве ведущего, в то время как некоторые производители, в частности Western Digital, имеют отдельную настройку для одного диска, а не для ведущего на канале с ведомым. Термины «ведущий» и «ведомый» вводят в заблуждение, поскольку на самом деле диски не связаны друг с другом.
Подчиненный присутствует: Некоторые диски имеют дополнительную перемычку, которая используется, чтобы указать диску, сконфигурированному как ведущий, что имеется еще и подчиненный диск. на канале АТА. Это требуется только для некоторых старых дисков, которые не поддерживают стандартную сигнализацию главного/подчиненного канала IDE.
Выбор кабеля: в некоторых конфигурациях используется специальный кабель, чтобы определить, какой диск является ведущим, а какой подчиненным, и когда используется эта система. перемычка выбора кабеля обычно включена.
Перемычка ограничения размера: Некоторые жесткие диски большего размера не работают должным образом на старых компьютерах, на которых нет программы BIOS или больших жестких дисков. поддержка дисков распознает их. Чтобы обойти это, на некоторых дисках есть специальные перемычки, которые при установке заставят их отображаться в BIOS меньшего размера, чем на самом деле, для совместимости.
Например, некоторые жесткие диски емкостью 2,5 ГБ имеют перемычку, из-за которой они отображаются как жесткие диски емкостью 2,1 ГБ в системе, которая не поддерживает диски емкостью более 2,1 ГБ. Их также иногда называют перемычками ограничения мощности, и они варьируются от производителя к производителю.
Пример установки перемычек для модели жесткого диска Seagate Technology
Жесткие диски SCSI имеют более сложные контроллеры, чем у жестких дисков IDE/ATA, поэтому SCSI обычно имеют гораздо больше перемычек, которые можно установить для управления их работой. Они также имеют тенденцию значительно различаться от производителя к производителю и от модели к модели по количеству и типам перемычек, которые у них есть.
Обычно следующие наиболее распространенные и важные перемычки для дисков SCSI:
Идентификатор устройства SCSI: Каждое устройство на шине SCSI должно быть уникально идентифицировано для целей адресации. Диски Narrow SCSI будут иметь набор из трех перемычек, которые можно использовать для присвоения диску идентификационного номера от 0 до 7. Диски Wide SCSI будут иметь четыре перемычки для включения идентификационных номеров от 0 до 15. В некоторых системах перемычки не используются для настроить идентификаторы устройств SCSI.
Перемычки дисков SCSI
Прекращение активации: Устройства на концах шины SCSI должны терминировать шину, чтобы она функционировала должным образом. Если жесткий диск находится в конце шины, установка этой перемычки заставит его завершить шину для правильной работы. Не все диски поддерживают прерывание.
Отключить автоматический запуск: Если эта перемычка присутствует, то диск не будет автоматически раскручиваться при подаче питания, а вместо этого дождитесь команды запуска по шине SCSI. Обычно это делается для предотвращения чрезмерной нагрузки на блок питания при запуске. Некоторые производители меняют смысл этой перемычки; они отключают запуск по умолчанию и имеют перемычку «Включить автозапуск».
Задержка автозапуска: эта перемычка указывает приводу запускаться автоматически, но через определенное количество секунд после подачи питания. Он также используется для компенсации нагрузки при запуске двигателя в системах с большим количеством приводов.
Ошеломляющий спин: Если в системе с большим количеством жестких дисков этот параметр установлен для каждого устройства, диски распределяют время запуска, умножая заданную пользователем константу на идентификатор устройства SCSI. Это гарантирует, что два диска на одном и том же канале SCSI не запустятся одновременно.
Узкий или широкий. На некоторых накопителях есть перемычка, которая определяет, будут ли они работать в узком или широком режиме.
Force SE: позволяет заставить диски Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ или другие диски LVD SCSI использовать односторонние (SE) вместо LVD (низкий перепад напряжения).
Отключить четность: отключает проверку четности на шине SCSI для совместимости с хост-адаптерами, которые не поддерживают эти функции.
Это еще не все. Многие диски SCSI имеют некоторые дополнительные специальные функции, которые включаются с помощью большего количества перемычек. Некоторые приводы заменили некоторые из своих перемычек программными командами, отправляемыми через интерфейс SCSI.
Логическая плата
Были представлены новые жесткие диски с большим количеством функций и более высокой скоростью, и разработка все еще продолжается. Для управления всеми этими функциями и обеспечения высокой производительности диска усовершенствованным способом, которым они должны быть, все современные жесткие диски изготавливаются с интеллектуальной печатной платой, встроенной в блок жесткого диска. Эта печатная плата называется логической платой жесткого диска. Плата логики использует следующие важные компоненты для обеспечения различных функций и возможностей жесткого диска:
- Схема управления
- Схемы восприятия, усиления и преобразования
- Аппаратное обеспечение интерфейса
- Прошивка
- Множественное управление командами и переупорядочивание
Два наиболее популярных сегодня интерфейса для жестких дисков ПК IDE (Integrated Drive Electronics) и SCSI (Small Computer Systems Interface) используют встроенные контроллеры. Более правильное название интерфейса IDE — AT Attachment или ATA (Advanced Technology Attachment). Современные жесткие диски имеют очень сложную логическую плату, которая содержит больше памяти и более быстрые внутренние процессоры, чем весь ПК даже середины 1980-х годов.
Плата логики выполняет несколько важных функций, чем раньше. Следовательно, логические схемы должны быть более мощными, чтобы справляться с такими изменениями, как преобразование геометрии, расширенные функции надежности, более сложные технологии головок, более быстрые интерфейсы и более высокая пропускная способность потоковой передачи данных с самого диска.
Внутренняя логическая плата жесткого диска содержит микропроцессор и внутреннюю память, а также другие структуры и схемы, управляющие тем, что происходит внутри накопителя. Вот некоторые из наиболее важных функций схемы управления привода:
- Управление двигателем шпинделя, в том числе обеспечение правильной скорости вращения шпинделя.
- Управление перемещением исполнительного механизма по различным направлениям.
- Управление всеми операциями чтения и записи.
- Внедрение функций управления питанием.
- Обработка перевода геометрии.
- Управление внутренним кешем и функциями оптимизации, такими как предварительная выборка.
- Координация и интеграция других функций, упомянутых в этом разделе, таких как поток информации через интерфейс жесткого диска, оптимизация множественных запросов, преобразование данных в форму и из формы, требуемой головками чтения/записи, и т. д.
- Внедрение всех расширенных функций производительности и надежности.
Современные жесткие диски имеют внутренние микропроцессоры, и большинство из них также имеют внутреннее программное обеспечение, которое их запускает. Эти процедуры запускают логику управления и заставляют привод работать. На самом деле это не совсем программное обеспечение в общепринятом смысле, потому что эти инструкции встроены в постоянную память. Этот код аналогичен системному BIOS, низкоуровневым аппаратным процедурам управления, встроенным в ПЗУ. Обычно это называется прошивкой.
Вот почему прошивку иногда называют средним звеном аппаратного и программного обеспечения. Во многих приводах прошивка может быть обновлена под управлением программного обеспечения.
Кэш и схемы кэширования
Функция встроенного кэша (также часто называемого буфером) жесткого диска заключается в том, чтобы действовать как буфер между относительно быстрым устройством и относительно медленным. Для жестких дисков кэш используется для хранения результатов недавних операций чтения с диска, а также для предварительной выборки информации, которая, вероятно, будет запрошена в ближайшем будущем, например, сектор или сектора сразу после только что запрошенного. .
Таким образом, цель этого кэша не отличается от других кэшей, используемых на ПК, даже несмотря на то, что обычно он не считается частью обычной иерархии кэша ПК. Вы всегда должны помнить, что, когда кто-то говорит о дисковом кеше в общем, они обычно имеют в виду не эту небольшую область памяти внутри жесткого диска, а скорее кеш системной памяти, отведенный для буферизации доступа к дисковой системе.
Использование кэша повышает производительность любого жесткого диска за счет уменьшения количества физических обращений к диску при повторном чтении и обеспечения непрерывной потоковой передачи данных с диска, когда шина занята. Большинство современных жестких дисков имеют от 512 КБ до 2 МБ внутренней кэш-памяти, даже некоторые высокопроизводительные диски SCSI имеют до 16 МБ.
Кэш жесткого диска важен из-за явной разницы в скоростях жесткого диска и интерфейса жесткого диска. Поиск фрагмента данных на жестком диске включает случайное позиционирование и влечет за собой штраф в миллисекунды, поскольку привод жесткого диска перемещается, а диск вращается на шпинделе. Вот почему жесткие диски имеют внутренние буферы.
Основной принцип работы простого кэша прост. Чтение данных с жесткого диска обычно выполняется блоками разного размера, а не только одним 512-байтовым сектором за раз. Кэш разбивается на сегменты или части, каждая из которых может содержать один блок данных.
Когда выполняется запрос данных с жесткого диска, схема кэш-памяти сначала опрашивается, чтобы увидеть, присутствуют ли данные в каком-либо из сегментов кэш-памяти. Если он присутствует, он подается на логическую плату без необходимости доступа к пластинам жесткого диска. Если данных нет в кеше, они считываются с жесткого диска, передаются контроллеру, а затем помещаются в кеш в случае повторного запроса.
Поскольку размер кеша ограничен, количество фрагментов данных, которое может храниться до повторного использования сегментов, ограничено. Обычно самая старая часть данных заменяется самой новой. Это называется циклическим кэшированием по принципу «первым поступил – первым обслужен» (FIFO) или кольцевым кэшированием.
Стремясь повысить производительность, большинство производителей жестких дисков в настоящее время внедрили усовершенствования в свои схемы управления кэшем, особенно на высокопроизводительных дисках SCSI:
Адаптивная сегментация: обычные кеши разбиваются на несколько сегментов одинакового размера. Поскольку запросы могут быть сделаны для блоков данных разных размеров, это может привести к тому, что часть хранилища кэша в некоторых сегментах останется лишней и, следовательно, будет потрачена впустую. Многие новые диски динамически изменяют размер сегментов в зависимости от того, сколько места требуется для каждого доступа, чтобы обеспечить более эффективное использование. Он также может изменить количество сегментов. Это сложнее обрабатывать, чем сегменты фиксированного размера, и это может привести к потерям, если пространство не управляется должным образом.
Предварительная выборка: Логика кэширования диска, основанная на анализе моделей доступа и использования диска, пытается загрузить в часть данных кэша, которые еще не были запрошены, но ожидается, что они будут запрошены в ближайшее время. Обычно это означает загрузку дополнительных данных помимо только что прочитанных с диска, поскольку статистически более вероятно, что они будут запрошены следующими. Если все сделано правильно, это в некоторой степени улучшит производительность.
Управление пользователями: В накопителях высокого класса реализован набор команд, который позволяет пользователю детально контролировать работу кэша накопителя. Это включает в себя разрешение пользователю включать или отключать кэширование, устанавливать размер сегментов, включать или выключать адаптивную сегментацию и предварительную выборку и т. д.
Хотя внутренний буфер, очевидно, улучшает производительность, он также имеет ограничения. Это очень мало помогает, если вы делаете много случайных обращений к данным в разных частях диска, потому что, если диск не загружал фрагмент данных в последнее время в прошлом, его не будет в кеше.
Буфер также мало поможет, если вы читаете большой объем данных с диска, потому что обычно он будет очень маленьким, если вы копируете файл размером 50 МБ. Например, на обычном диске с буфером 512 байт очень небольшая часть файла может находиться в буфере, а остальную часть необходимо считывать с самого диска.
Из-за этих ограничений кэш не так сильно влияет на общую производительность системы, как вы думаете. Насколько он помогает, в некоторой степени зависит от его размера, но, по крайней мере, в такой же степени от интеллекта его схем; точно так же, как логика жесткого диска в целом. И, как и в случае с логикой в целом, во многих случаях трудно точно определить, на что похожа логика кэша на данном диске. Однако размер кэша диска важен для его общего влияния на повышение производительности системы.
Кэширование чтения с жесткого диска и кэширование записи на жесткий диск в чем-то похожи, но в чем-то сильно различаются. У них одна и та же общая цель — отделить быстрый компьютер от медленной механики жесткого диска. Ключевое отличие состоит в том, что запись включает изменение жесткого диска, а чтение — нет.
Без кэширования записи каждая запись на жесткий диск приводит к снижению производительности, пока система ожидает, пока жесткий диск не получит доступ к правильному местоположению на жестком диске и не запишет данные. На большинстве приводов это занимает не менее 10 миллисекунд, что является большим временем в компьютерном мире и действительно снижает производительность, поскольку система ожидает доступа к жесткому диску. Этот режим работы называется кэшированием со сквозной записью.
Когда кэширование записи включено и система отправляет запись на жесткий диск, логическая схема записывает запись в свой гораздо более быстрый кэш, а затем немедленно отправляет подтверждение операционной системе о завершении процесса. После этого остальная часть системы может продолжить свой путь, не дожидаясь, пока привод встанет на место, диск начнет вращаться и так далее. Это называется кэшированием с обратной записью, потому что данные хранятся в кеше и только позже записываются обратно на пластины. Функция обратной записи, конечно же, повышает производительность.
Поскольку кэш-память энергозависима, при отключении питания ее содержимое теряется. Если в кэше были какие-либо ожидающие записи, которые еще не были записаны на диск, они исчезли навсегда, и остальная часть системы не может узнать об этом, потому что когда жесткий диск сообщает об этом как о завершении. Поэтому не только какие-то данные теряются, но и система даже не знает, какие именно данные или даже что это произошло. Конечным результатом могут быть проблемы с согласованностью файлов, повреждение операционной системы и так далее. Из-за этого риска в некоторых ситуациях кэширование записи вообще не используется.
Это особенно актуально для приложений, где важна высокая целостность данных. Однако из-за улучшения производительности, которое предлагает кэширование записи, оно все чаще используется, несмотря на риск, и риск снижается за счет использования дополнительных технологий.
Самая распространенная техника – просто следить за тем, чтобы питание не отключалось. Для дополнительного спокойствия лучшие диски, использующие кэширование записи, имеют функцию сброса записи, которая сообщает диску немедленно записывать на диск любые ожидающие записи в его кэше. Это команда, которая обычно отправляется до того, как разрядятся батареи ИБП, если система обнаружит перебои в подаче электроэнергии, или непосредственно перед отключением системы по любой другой причине.
Низкоуровневая геометрия жесткого диска
Когда мы говорим о низкоуровневой геометрии жесткого диска, мы не очень заботимся о физических схемах диска. Здесь мы собираемся обсудить термины, с которыми мы собираемся иметь дело сейчас, чтобы понять описанное выше устранение неполадок диска и программирование восстановления данных после.
Геометрия жесткого диска низкого уровня обычно связана со следующими терминами:
- Отследить
- Цилиндр
- Сектор
- Голова или сторона
Низкоуровневая геометрия жесткого диска
Пластины жесткого диска имеют две стороны для записи данных. На каждой поверхности пластины есть невидимые концентрические круги, которые записываются на поверхность как магнитная информация при форматировании жесткого диска. Эти круги называются дорожками. Вся информация, хранящаяся на жестком диске, записывается на дорожки. Дорожки пронумерованы, начиная с 0, начиная с внешней стороны пластины и увеличивая число по мере того, как вы входите.
О максимальном количестве дорожек и цилиндров мы подробно поговорим в следующих главах. Однако пока мы можем получить знания о физической низкоуровневой геометрии максимального количества цилиндров, дорожек, головок (сторон) и секторов.
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
1 |
63 |
63 |
На поверхности пластины жесткого диска доступ к данным осуществляется путем перемещения головок с внутренней на внешнюю часть диска. Такая организация данных обеспечивает легкий доступ к любой части диска, поэтому диски называются устройствами хранения с произвольным доступом.
Низкоуровневое отслеживание геометрии жесткого диска
Каждая дорожка может содержать тысячи байтов данных, и обычно это хранилище составляет более 5000 байт. Поэтому, если мы сделаем дорожку наименьшей единицей хранения на диске, это будет пустой тратой дискового пространства, потому что при этом маленькие файлы размером менее 5000 байт будут тратить место впустую, и в целом вполне возможно количество файлов на диске намного меньше этого размера.
Таким образом, создание дорожки в качестве наименьшей единицы хранения приведет к тому, что маленькие файлы будут занимать много места. Поэтому каждая дорожка разбивается на более мелкие части, называемые секторами. Размер каждого сектора составляет 512 байт т.е. сектор может содержать 512 байт информации.
Таким образом, основной единицей хранения данных на жестком диске является сектор. Сектор имени относится к угловому сечению круга в форме пирога, ограниченному с двух сторон радиусами, а с третьей - периметром круга. Вы можете увидеть логическую цифру, представляющую сектора на дорожке, приведенной рядом.
Таким образом, на жестком диске, содержащем концентрические круговые дорожки, эта форма будет определять сектор каждой дорожки поверхности пластины, которую он перехватывает. Это то, что в мире жестких дисков называется сектором, представляет собой небольшой отрезок по длине дорожки.
По стандарту каждый сектор жесткого диска может хранить 512 байт пользовательских данных. Однако на самом деле сектор вмещает гораздо больше 512 байт информации. Дополнительные байты необходимы для управляющих структур и другой информации, необходимой для управления накопителем, поиска данных и выполнения других вспомогательных функций.
Точная информация о структуре сектора зависит от модели и производителя накопителя. Однако содержимое сектора обычно включает следующие общие элементы:
Информация об идентификаторе: Обычно в каждом секторе оставляют место для определения номера и местоположения сектора. Это используется для поиска сектора на диске, а также включает информацию о состоянии сектора в этой области. Например, бит обычно используется, чтобы указать, был ли сектор помечен как дефектный и переназначен.
Поля синхронизации: они используются внутри контроллера накопителя для управления процессом чтения.
Данные: фактические данные в секторе.
Коды исправления ошибок (ECC): Коды исправления ошибок используются для обеспечения целостности данных.
Пробелы: Пробелы — это, по сути, один или несколько разделителей, добавляемых по мере необходимости для разделения других областей сектора или предоставления времени для контроллера. чтобы обработать то, что было прочитано, прежде чем читать другие биты.
Помимо секторов, каждый из которых содержит описанные элементы, пространство на каждой дорожке также используется для сервоинформации. Объем пространства, занимаемый каждым сектором для служебных элементов, важен, потому что чем больше битов используется для этого управления, тем меньше всего может быть использовано для данных.
По этой причине производители жестких дисков стремятся уменьшить количество непользовательских данных, которые должны храниться на диске. Процент битов на каждом диске, которые используются для данных, в отличие от других вещей, описанных ранее, известен как эффективность формата. Поэтому более высокая эффективность форматирования является ожидаемой характеристикой накопителя.
В последнем подходе, позволяющем повысить эффективность форматирования, поля ID удаляются из формата сектора, и вместо маркировки каждого сектора в заголовке сектора в памяти сохраняется карта формата, на которую ссылаются, когда необходимо найти сектор.
Эта карта также содержит информацию о секторах, которые были помечены как плохие и перемещены, где сектора находятся относительно местоположения сервоинформации и так далее. Такой подход не только повышает эффективность форматирования, позволяя хранить до 10% больше данных на поверхности каждой пластины, но и повышает производительность. Поскольку эта важная информация о местоположении хранится в высокоскоростной памяти, доступ к ней можно получить гораздо быстрее.
Жесткий диск hdd диски физическая структура схемы
Каждая пластина жесткого диска использует две головки (за исключением некоторых особых случаев) для записи и чтения данных, одну для верхней части пластины и одну для нижней. Головки, имеющие доступ к пластинам, соединены вместе на сборке головок, поэтому все головки перемещаются вместе, поэтому каждая головка физически всегда находится на одном и том же номере дорожки.
По этой причине невозможно иметь одну головку на дорожке 0, а другую на дорожке 1000. Из-за такого расположения расположение головок часто называют не номером дорожки, а номером цилиндра.
Цилиндр — это, по сути, набор всех дорожек, на которых в данный момент расположены все головки. Если на диске четыре пластины, то в общем случае у него будет восемь головок. Теперь предположим, что у него цилиндры номер 720.
Геометрическая структура физических схем цилиндров жестких дисков
Он будет состоять из восьми наборов дорожек, по одной на поверхность диска с дорожками номер 720. Название происходит от того факта, что эти дорожки образуют скелетный цилиндр, потому что они представляют собой круги одинакового размера, расположенные друг над другом в пространстве. , как показано на рисунке выше.
Адресация факторов диска традиционно осуществляется по цилиндрам, головкам и секторам (CHS).
Форматирование
Каждый носитель данных перед использованием необходимо отформатировать. Утилиты, используемые для форматирования, ведут себя при работе с жесткими дисками иначе, чем при работе с гибкими дисками. Форматирование жесткого диска включает в себя следующие шаги:
Разделение:
Этот процесс делит диск на логические части, которым назначаются разные тома жесткого диска или буквы дисков.
Разбиение жесткого диска на разделы — один из наиболее эффективных методов организации жестких дисков. Разделы обеспечивают более общий уровень организации, чем каталоги и файлы. Они также обеспечивают большую безопасность, отделяя данные от операционных систем и приложений.
Разделы позволяют отделить файлы данных, резервные копии которых необходимо регулярно создавать, от программных файлов и файлов операционной системы. Разделение становится необходимостью для жесткого диска, если вы хотите загрузить на диск более одной операционной системы, иначе в большинстве случаев вы можете потерять свои данные.
Первый сектор любого жесткого диска содержит таблицу разделов. В этой таблице разделов есть место только для описания четырех разделов. Они называются первичными разделами. Один из этих первичных разделов может указывать на цепочку дополнительных разделов. Каждый раздел в этой цепочке называется логическим разделом. Мы подробно обсудим основы разбиения с помощью логического подхода в следующих главах.
Высокоуровневое форматирование:
Он определяет логическую структуру раздела и помещает в начало диска все необходимые файлы операционной системы. Этот шаг также является командой уровня операционной системы.
Команда FORMAT DOS, которая называется FORMAT.COM, ведет себя по-разному при использовании на жестком диске и при использовании на гибком диске. Гибкие диски имеют простую, стандартную геометрию и не могут быть разбиты на разделы, поэтому команда FORMAT запрограммирована на автоматическое форматирование гибкого диска как на низком, так и на высоком уровне, если это необходимо, но в случае жестких дисков FORMAT выполнит только высокоуровневое форматирование. формат.
Когда мы завершили низкоуровневое форматирование, у нас есть диск с дорожками и секторами, но на них ничего не записано. Высокоуровневое форматирование — это процесс записи структур файловой системы на диск, который позволяет использовать диск для хранения программ и данных.
Если вы используете DOS, команда FORMAT (то есть FORMAT.COM) выполняет эту работу, записывая на диск такие структуры, как таблицы размещения файлов загрузочной записи DOS и корневые каталоги. Высокоуровневое форматирование выполняется после того, как жесткий диск разбит на разделы.
Форматированная и неформатированная емкость хранилища
Общий объем жесткого диска зависит от того, смотрите ли вы на форматированную или неформатированную емкость. Некоторая часть места на жестком диске занята информацией о форматировании, которая отмечает начало и конец секторов, ECC (коды исправления ошибок) и другую служебную информацию. По этой причине разница может быть весьма существенной.
Для старых дисков, которые обычно были отформатированы пользователем на низком уровне, часто указывался их размер с точки зрения неформатированной емкости.
Например: возьмем Seagate ST-412, первый накопитель, использовавшийся в оригинальном IBM PC/XT в начале 1980-х годов. "12"; в этом номере модели указан неформатированный объем накопителя 12,76 МБ. Отформатированный диск имеет размер 10,65 МБ.
Емкость жесткого диска в неформатированном виде обычно на 19% (19%) больше, чем в форматированном виде. Поскольку никто не может использовать неформатированный диск, единственное, что имеет значение, — это емкость после форматирования, поэтому современные диски всегда форматируются производителями на низком уровне.
Емкость жесткого диска можно выразить следующими четырьмя способами:
- Форматированная емкость в миллионах байт.
- Форматированная емкость в мегабайтах.
- Неформатированная емкость в миллионах байт.
- Емкость без форматирования в мегабайтах
Теперь, если у меня есть жесткий диск с C–H–S = 1024*63*63 (это означает, что на диске количество цилиндров = 1024, количество головок или сторон = 63, количество секторов на дорожке = 63) и каждый сектор имея 512 байт. Формула, которая рассчитает размер диска, выглядит следующим образом:
Total Size of the Disk (Bytes) = (Cylinders) X (Heads) X (Sectors) X
(Bytes per Sector) |
По этой формуле, когда мы посчитаем размер данного жесткого диска в байтах, он будет
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
Теперь, если я посчитаю размер моего диска в миллионах байт, это будет примерно
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
Традиционно размер в миллионах байт представлен M. Следовательно, размер моего диска в миллионах байтов составляет примерно 2081 M.
Но когда я укажу объем своего жесткого диска в мегабайтах, это будет приблизительно 1985 и будет записано как 1985 мегабайт.
Таким образом, общая формула для расчета емкости диска в миллионах байт будет выглядеть следующим образом:
А общая формула для расчета емкости диска в Мегабайтах будет выглядеть следующим образом:
Страница изменена: 15/03/2022
Дома