Dyski twarde









T
est
 










Dyski twarde



Andrzej Majkowski




W
komputerach osobistych oprócz odpowiedniej mocy przetwarzania informacji potrzebny jest "spichlerz", gdzie te informacje mogłyby być składowane. Takim magazynem jest dysk twardy. Jego pojemność decyduje o komforcie pracy z komputerem. Obecna oferta nowych dysków twardych zaczyna się od 1,2 GB, ale z trudem można znaleźć nawet 1,6 GB, bo tak naprawdę "licytacja" producentów i jakikolwiek wybór zaczyna się od poziomu 2 GB. Mniejsze dyski twarde można już jedynie nabywać tylko z drugiej ręki.

Dyski twarde przechowują informacje w warstwie magnetycznej, pokrywającej sztywne, najczęściej aluminiowe krążki (talerze). Warstwa ta, bardzo wysokiej jakości, pokrywa talerze obustronnie. Talerze z kolei, których liczba wynosi od 1 do 10, obracają się z bardzo dużą prędkością (od 4000 do 10000 obrotów na minutę). Nad i pod każdym talerzem przesuwa się głowica zapisująco-odczytująca. Odległość między powierzchnią talerza a głowicą jest mikroskopijna, mniejsza niż grubość ludzkiego włosa.

Przed uderzeniem o talerz chroni głowicę poduszka powietrzna. Powierzchnia każdego talerza z napyloną warstwą magnetyczną podzielona jest na koncentrycznie rozlokowane ścieżki, które z kolei dzielą się na sektory. Cały dysk natomiast podzielony jest na strefy ze stałą liczbą (od 60 do 120 na każdą ścieżkę) sektorów w obrębie każdej z nich. Ten sposób organizacji dysku nazywany jest techniką zapisu wielostrefowego (Multiply Zone Recording).

Wszystkie współczesne dyski twarde posługują się głowicami magnetorezystywnymi. Określenie to jest nieprecyzyjne, gdyż tego typu głowica pełni jedynie funkcje odczytujące. Zapis realizowany jest "zwykłą", cienkowarstwową głowicą elektromagnetyczną. Ale odczytujące głowice typu MR pozwalają na większe upakowanie danych na magnetycznym nośniku, gdyż są znacznie czulsze od typowych głowic elektromagnetycznych. Obecnie gęstość zapisu danych osiąga 1 Gb (gigabit) na cal kwadratowy. Przewiduje się, że gęstość ta w ciągu kilku najbliższych lat zwiększy się nawet dziesięciokrotnie, dzięki udoskonalaniu technologii GMR (Giant Magnetoresistive Effect). Silnym wsparciem dla nowoczesnych sposobów odczytywania danych jest technologia PRML (Partial Response, Maximum Likelihood). Z pomocą wyspecjalizowanego procesora sygnałowego (DSP) każdy odczytywany bit poddawany jest cyfrowej obróbce, co prowadzi do kolejnego zwiększenia czułości odczytu.
Końcowym wymiarem zastosowanych ulepszeń i nowych technologii powinna być coraz większa szybkość dysku twardego, co oprócz zwiększania pojemności jest najbardziej pożądanym parametrem przez użytkowników.

Stąd np. zwiększenie szybkości obrotowej ostatniej generacji dysków do 10000 obrotów na minutę (IBM, Seagate) oraz umocnienie się nowego standardu interfejsu (Ultra DMA/33), który zaczyna doganiać osiągami najlepsze interfejsy SCSI. Dotychczasowe określenia szybkości dysków twardych podawane jako średni czas dostępu (w milisekundach) przestało wystarczać. Wszystkie modele współczesnych dysków mają ten czas w granicach 8-10 ms, ale nawet modele rekordzisty (IBM) o deklarowanym mniejszym czasie dostępu (5,56 i 6,3 ms) nie mają widocznej przewagi szybkości nad konkurentami.

Niezawodność dysku twardego to kolejny parametr, który często nie uświadamiany, wpływa na ocenę komfortu pracy. Parametr ten podawany jest jako MTBF (Meen Time Beetwen Failure), czyli średni czas między awariami. Obecnie ten czas waha się od 300 tys. (Quantum) do 1 miliona godz. (Seagate, niektóre Fujitsu i Western Digital).

Aby poprawić niezawodność, stosowane są mechanizmy korekcji błędów (np. Reed-Solomon) umożliwiający odtworzenie błędnie odczytanych danych. Poza tym wykorzystywane są zapasowe sektory podstawiane w momencie uszkodzenia sektorów nominalnych. Najnowsze rozwiązania zwiększające niezawodność to technologia SMART (Self Monitoring, Analysis and Reporting Technology), pozwalająca na bieżąco śledzić pracę dysku i ostrzegać przed zwiększającym się ryzykiem awarii.

Na koniec dobra nowina dla wszystkich użytkowników. Zaciera się różnica między dyskami z interfejsem EIDE a SCSI. Dotychczas krąg odbiorców tych ostatnich był dość elitarny, spowodowany znacznie wyższymi cenami urządzeń i koniecznością nabycia odpowiedniego sterownika.
Obecnie coraz więcej płyt głównych standardowo wyposażana jest dodatkowo w sterownik SCSI. Zaciera się też różnica cen - dyski IBM z interfejsem SCSI są droższe od dysków z interfejsem EIDE zaledwie o 100 zł.

No i pocieszenie dla wszystkich nagminnie cierpiących na brak miejsca na dysku twardym - pojawił się sygnalny model Seagate o pojemności 47 GB! Produkcja masowa ma ruszyć w I kwartale tego roku.



Interfejsy dysków twardych - szybkość transmisji




Interfejsy SCSI
Rodzaj przewód 50-żyłowy przewód 68-żyłowy (Wide SCSI)
SCSI 1 (5 MHz) 5 MB/s nie ma
Fast SCSI (10 MHz) 10 MB/s 20 MB/s
Ultra SCSI (20 MHz) 20 MB/s 40 MB/s
Ultra SCSI-2 (40 MHz) 40 MB/s 80 MB/s








Interfejsy IDE (ATA)
single-word DMA 0 2,1 MB/s
PIO 0 3,3 MB/s
single -word DMA 1 4,2 MB/s
PIO 1 5,2 MB/s
PIO 2 8,3 MB/s
Interfejsy EIDE (ATA-2)
PIO 3 11,1 MB/s
multi-word DMA 1 13,3 MB/s
PIO 4 16,6 MB/s
Interfejs Ultra-ATA (Ultra DMA/33)
multi-word DMA 3 33,3 MB/s















Słowniczek



access time - czas dostępu do danych, uwzględniający opóźnienia mechaniczne napędu i czas przetwarzania komendy; zwykle podawana jest wartość średnia
(average access time);
cache - pamięć podręczna, inteligentnie zarządzany bufor przyśpieszający dostęp do informacji dzięki czytaniu kolejnych porcji danych z wyprzedzeniem (read ahead);
cluster (klaster) - jednostka alokacji przestrzeni dyskowej składająca się z kilku
(np. 2, 4, 8, 16, 32) sektorów; najmniejszy fragment dysku, jaki może zostać przydzielony plikowi w systemie FAT;
cylinder - grupa ścieżek o tym samym numerze znajdujących się na wszystkich powierzchniach talerzy napędu;
DMA - Direct Memory Access, metoda przesyłania dużych porcji danych pomiędzy dyskiem i pamięcią komputera bez zaangażowania procesora, szczególnie efektywna w przypadku systemów wieloprocesowych i wielowątkowych (multitasking, multithreading);
FAT - File Allocation Table, tabela (rozmieszczenia) alokacji plików, od której wziął swoją nazwę system plikowy FAT używany m.in. przez MS-DOS;
IDE - Integrated Drive Electronics, najpowszechniejszy w komputerach PC interfejs dyskowy zwany też popularnie AT-Bus;
latency (rotational latency) - opóźnienie dostępu do żądanego sektora wynikające
z ruchu obrotowego dysku; im szybciej wiruje dysk, tym krótsze oczekiwanie;
MTBF (Meen Time Beetwen Failure) - średni czas między awarjami;
partycja - część pojemności dysku; istnieją dwa rodzaje partycji: podstawowa (primary) odpowiadająca jednemu dyskowi logicznemu (woluminowi - C:, D: itp.) o maksymalnej wielkości
2 GB (DOS, Windows 95) i rozszerzona (extended) mogąca zawierać kilka dysków logicznych;
PIO - Programmed I/O, metoda transmisji danych pomiędzy systemem komputerowym
a dyskiem sterowana przez główny procesor;
RAID - Redundant Array of Independent Disks, macierz dyskowa; rozwiązanie pozwalające tworzyć pamięci masowe o dużej pojemności, szybkości i niezwodności przy wykorzystaniu kilku napędów. Istnieje wiele wariantów RAID;
SCSI - Small Computer System Interface, wydajny interfejs dyskowy (i nie tylko!) stosowany w stacjach roboczych, serwerach itp. Istnieje wiele wersji standardu różniących się możliwościami i fizyczną implementacją (również z wykorzystaniem światłowodów - fibre channel);
sektor - najmniejsza jednostka pojemności dysku, wycinek ścieżki mieszczący zwykle 512 bajtów (albo też 1024, 2048 itd.);







(c) Copyright LUPUS