Дискові накопичувачі, їх основні хорактеристики і принципи роботи

Отже, працює не одна, а група магнітних головок, складених в єдиний блок. Пакет дисків обертається безперервно і з великою частотою (до 7500, а в окремих моделях до 10 000 об/хв), поки ПК ввімкнений, і тому механічний контакт головок і дисків недопустимий. Кожна головка “плаває” над поверхнею диска на відстані 0.5…0.13 мкм. Проникнення в такий механізм найдрібніших пилинок вивело б його з ладу; тому електромеханічну частину накопичувача закрито герметичним корпусом.

Технічні характеристики деяких НЖМД наведено в табл. 6.

Таблиця 6.

Накопичувачі випускають десятки фірм. Щоб забезпечити взаємозамінність пристроїв, розроблено стандарти на їхні габаритні й електричні характеристики, які визначають номенклатуру з’єднувальних провідників, їх розміщення в перехідних рознімних з’єднаннях, електричні параметри сигналів. Найпоширенішими нині є стандарти IDЕ (Integrated Drive Electronics), або АТА, та більш продуктивні ЕIDЕ (Enhanced IDЕ) і SCSI (Small Computer System Interface, читається “сказі”). Вже не використовують жорсткі диски стандартів МFМ, RLL, ЕSDІ, що застосовувалися в комп'ютерах класів ХТ, АТ 286. ЕIDЕ — не самостійний стандарт, а є розвитком попереднього (IDЕ) в рамках маркетингової програми провідних виробників жорстких дисків і відрізняється від свого попередника тим, що допускає підключення до одного адаптера до чотирьох пристроїв, підтримуючи накопичувачі з ємністю понад 504 Мбайт, а також немагнітні накопичувачі, та допускаючи підвищені швидкості обміну даними. Близько 80…90% накопичувачів, що продаються на вітчизняному ринку, відповідають стандарту IDЕ (ЕIDЕ).

На швидкодію НЖМД впливають такі характеристики:

Частота обертання шпинделя. В наш час випускаються накопичувачі ЕIDЕ з частотою обертання шпинделя 4500…7200 об/хв. Більш високі значення цього параметра - поки що прерогатива накопичувачів SСSІ.

Ємність кеш-пам'яті. У всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними з жорстким диском. Чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диска (цей процес у кілька тисяч разів повільніший). В різних пристроях ємність буфера може варіюватися в межах від 64 Кбайт до 2 Мбайт.

Час пошуку, або час доступу. Це час (у мілісекундах), необхідний для позиціювання блока головок на потрібний циліндр. Показник варіюється - час пошуку під час переходу на сусідній циліндр може становити 2 мс, а від найближчого до краю до найближчого до центра циліндра - 20 мс. Для визначення часу пошуку підраховують середнє арифметичне цих значень за випадкової послідовності переходів між циліндрами. В сучасних пристроях цей показник становить від 5 до 13 мс.

Час затримки. Це час від моменту позиціювання блока головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор. В середньому цей параметр дорівнює часу, який диск витрачає на свої півоберти, тому даний показник повністю залежить від частоти обертання шпинделя.

Швидкість обміну. Кожний жорсткий диск має два таких показники. Перший визначає швидкість пересилання даних між пластинами диска і кеш-буфером (внутрішня швидкість обміну), а другий - між кеш-буфером диска та контролером на материнській платі (зовнішня швидкість обміну). Максимальне значення зовнішньої швидкості обміну дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу EIDE залежно від режиму РІО або DМА, який використовується. Режим РІО визначає, наскільки швидко дані можуть передаватися між диском і контролером. При його виборі використовують регістри системи центрпльного процесору. Чим більший номер режиму, тим вища швидкість обміну даними. Робота в режимі DМА (Direct Memory Acces) дає змогу передавати дані безпосередньо від диска до оперативної пам'яті, минаючи центральний процесор (на відміну від режиму РІО). Таким чином, в ОС з реальною багатозадачністю (Windows NТ, Unіх, ОS/2, частково Windows 95) режим DМА може дозволити ЦП займатися іншою корисною роботою під час виконання дискових операцій.

Сучасні НЖМД працюють у режимах РІО 4, DМА 2. Одним з найновіших є режим UltraDМА-ЗЗ (або 66) із теоретичною пропускною здатністю 33(66) Мбайт/с, що в 2(4) рази вища, ніж у режимах РІО0-4 і DМА-2. Швидкісні параметри деяких НЖМД наведено в табл. 2.6.

Попри безсумнівні переваги, інтерфейс ЕIDЕ (дешевизна; простота встановлення; можливість застосування накопичувачів, відмінних від жорстких дисків; наявність вбудованих контролерів на більшості сучасних материнських плат) має і недоліки. Головний з них — нездатність ефективно обслуговувати множинні операції читання (запису), що особливо актуально для користувачів багатозадачних ОС. Поки не буде виконана одна операція, решта вимушена стояти в черзі. Завантаження центрального процесору в багатозадачних ОС залишає бажати кращого. Також неможливо підключити зовнішні пристрої IDЕ, а внутрішніх може бути не більше чотирьох.

У високопродуктивних робочих станціях і серверах альтернативою дискам з інтерфейсом IDЕ є накопичувачі SCSІ. Серед основних переваг - можливість обробляти множинні дискові операції без істотного завантаження ЦП, підключати до одного контролера SCSІ до семи (до 15 при використанні Wide SCSІ) жорстких дисків, інших пристроїв зберігання інформації, сканерів. Існують накопичувачі SCSІ з частотою обертання шпинделя 7200 і навіть 10 000 об/хв, що істотно збільшує продуктивність дискової підсистеми. Диски SCSІ застосовують і в роботі з аудіо- та відеоінформацією в реальному часі, де необхідне забезпечення чіткої пропускної здатності дискового інтерфейсу без затримок. Крім того, до інтерфейсу SCSІ можна підключати зовнішні периферійні пристрої. Недолік — додаткові матеріальні витрати.

При використанні бізнес-додатків під керуванням Windows, а тим більше DOS, у системі без додаткових периферійних пристроїв диски SCSІ, як правило, не забезпечують своїх переваг.

Cтримери. Стример - пристрій для копіювання на магнітну стрічку інформації, що знаходиться на жорсткому диску, з метою створення резервної копії [2, c. 48].

За конструктивною схемою він близький до побутового касетного відеомагнітофона. У стримерах використовують найрізноманітніші формати запису та типорозміри касет (картріджів). Ємність касети може бути від кількох десятків мегабайтів до кількох гігабайтів. Різні моделі стримерів забезпечують як послідовний, так і блоково-орієнтований довільний доступ до даних. У пристроях цього типу застосовують інтерфейс для флоппі-дисководів, власний нестандартний інтерфейс (стример комплектується контролером), а також сучасний інтерфейс (АТАРІ) або SCSI. Стримери бувають внутрішнього та зовнішнього виконань, останні нерідко підключаються до комп'ютера через LРТ-порт.

Інтерес до стримерів дещо спадає у зв'язку з появою дискових накопичувачів зі змінними (особливо такими, що перезаписуються) носіями порівнянної ємності, але з переважаючими швидкісними параметрами.

Накопичувачі CD-ROM. Накопичувачі на компакт-дисках (CD-ROM) здатні тільки прочитувати дані, занесені на диск. Маючи велику ємність (до 700 Мбайт) та високу швидкість зчитування, вони ефективні при зберіганні й поширенні великих обсягів інформації (великі програмні комплекси, довідники, словники тощо).

Цифрова інформація відображається на пластиковому диску з покриттям у вигляді западин (невідбивних плям) та острівців, що відбивають світло. На відміну від вінчестера, доріжки якого мають вигляд концентричних кіл, компакт-диск має одну безперервну доріжку у формі спіралі.

Зчитування інформації з компакт-диска відбувається іа допомогою лазерного променя. Потрапляючи на острівець, що відбиває світло, він відхиляється на фотодетектор, який інтерпретує це як двійкову одиницю. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається - фотодетектор фіксує двійковий нуль. Як відображальна використовується алюмінієва поверхня.

У сучасних накопичувачах CD-ROM використовують кілька стандартів запису інформації, найпоширенішим з яких є стандарт ІSО 9660, особливо в частині рівня файлової системи. Стандарт дає змогу зберігати інформацію на компакт-диску і звертатися до неї так само, як і до інформації на жорсткому диску або дискеті.

Пристрої CD-ROM мають, як правило, внутрішнє виконання, застосовується інтерфейс IDЕ, рідше — SCSІ. У першому випадку використовується модифікація IDЕ — АТАРІ (АТА Pacet Interface, пакетний інтерфейс АТА). Однією з важливих характеристик пристроїв цього типу є частота обертання шпинделя, з якою прямо пов'язана швидкість обміну даними з пристроєм. За стандартної частоти обертання швидкість передачі даних становить близько 150 Кбайт/с. У дво- і більш швидкісних CD-ROM диск обертається з пропорційно більшою частотою, і пропорційно підвищується швидкість передачі даних. Наприклад, швидкість 1200 Кбайт/с (восьмишвидкісний пристрій) позначається 8х. Сучасні 24- і навіть 36-швидкісні накопичувачі CD-ROM за швидкістю довільного доступу до даних (80—250 мс) відстають від НЖМД.

Нові дискові накопичувачі. З 1995 р. на вітчизняному ринку з'явилися нові дискові накопичувачі: СD-R (СD-Recordable), СD-E (СD-Erasable) та DVD (Digital Video Disk). Перші дають змогу виконати одноразовий запис на спеціальний диск і потім зробити необмежену кількість зчитувань. Накопичувачі СD-R зовні схожі на накопичувачі СD-ROM і сумісні з ними за дисками та форматами запису.

Деякі типи накопичувачів допускають багаторазовий перезапис даних на диску; в них використовуються різні фізичні принципи запису і читання даних, різноманітні формати, типорозміри та ємності дискет (касет, картріджів, дисків, часто несхожих на СD-ROM). Накопичувачі СD-RW (СD-Rewitable) сумісні зі звичайними компакт-дисками, але дають змогу форматувати, записувати, перезаписувати і прочитувати спеціальні диски. Деякі моделі накопичувачів фірми IOМЕGА: ZІР drive (ємність носія 100 Мбайт); JAZ drive (1 Гбайт); магніто-оптичні пристрої фірми Fujitsu (230, 640 Мбайт); дисковод Mitsubishi LS-120, сумісний із звичайними 3.5-дюймовими дискетами (120 Мбайт), не поступаються НЖМД за багатьма швидкісними параметрами.

Накопичувач СD-ROM - пристрій для читання цифрових відеозаписів. Зовні DVD-диск схожий на звичайний СD-ROM (діаметр - 120 мм, товщина -1.2 мм), однак відрізняється від нього тим, що на одному боці DVD-диска може бути записано до 4.7 Гбайт інформації, а на обох – 9.4 Гбайт. У разі використання двошарової схеми запису на одному його боці можна розмістити вже до 8.5 Гбайт інформації, відповідно на обох боках - близько 17 Гбайт. DVD-диски допускають також перезапис інформації.