Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Computer architecturen: Hard Disk technologie Jan Genoe KHLim
Versie : dinsdag 11 juli 2000
1
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Historisch perspectief
1973: 1. 7 Mbit/square inch 140 MBytes
1979: 7. 7 Mbit/square inch 2 300 MBytes
Computer architecturen
Jan Genoe KHLim
Bron: New York Times, 2/23/98, page C3
Versie : dinsdag 11 juli 2000
2
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Historisch perspectief
1989: 63 Mbit/sq. in 60 000 MBytes
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
1997: 1450 Mbit/sq. in 2 300 MBytes
1997: 3090 Mbit/sq. in 8 100 MBytes
Jan Genoe KHLim
3
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Eerste wet van de Hard disk densiteit
• Voor 1990: de capaciteit van de harde schijven verdubbelt om de 36 maanden
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
4
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Hard disk densiteit-evolutie sinds 1990
• De densiteit verdubbeld alle 18 maanden – Bij een gelijk blijvende rotatiesnelheid verdubbelt ook de data doorvoer.
• De snelheid van positionering verdubbeld alle 10 jaar. – De data acces tijd vergroot daardoor niet noemenswaardig
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
5
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Structuur van een harde schijf
Platters Track
Sector
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
6
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Opdeling van een harde schijf • Een harde schijf is opgedeeld in cilinders, tracks en sectors • De motor draait op een vast toerental (typisch 4500-10000 toeren per minuut) – snellere drive heeft meer koeling nodig en maakt dus meer lawaai
• De data access time (ms) bestaat uit: – seek time: leeskop tot de juiste cilinder – rotational latency: gemiddeld de helft van een omwenteling
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
7
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
voorbeeld van een harde schijf • 36.4 GB, 3.5 inch disk • 12 platters, 24 surfaces • 10,000 RPM (toeren per minuut) • 18.3 tot 28 MB/s internal media transfer rate • 9772 cylinders (tracks), (71,132,960 sectors total) • Gemiddelde zoektijd: read 5.2 ms, write 6.0 ms • Maximale zoektijd: read 12 ms, write 13 ms
bron: www.seagate.com Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
8
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Detailfoto van een Harde Schijf
Computer architecturen
Jan Genoe KHLim
Op deze foto merken we duidelijk de verschillende delen, namelijk, de actuator, de arm; de leeskop en de verschillende platters.
Versie : dinsdag 11 juli 2000
9
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Detail van een track
• De technologie van de leeskop bepaalt uiteindelijk de resolutie die kan bekomen worden • Recente ontdekkingen (zoals onder andere GMR) hebben hierin een belangrijke vooruitgang mogelijk gemaakt. Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
10
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Interleaving en Reserve sectors
• Vroeger was het verwerken van de datastroom de bottleneck en werden er maar een beperkt aantal sectors per omwenteling gelezen. Moderne harde schijven lezen alle sectors van een track in een omwenteling (Interleaving 1:1) • Vroeger hadden de (IDE) sectors en een vaste grootte, die ingesteld moest worden in de BIOS. Momenteel gebruikt het systeem een Logic Block Address (LBA) en de harde schijf rekent dit om naar een fysische sector. • Alle hedendaagse hard disks hebben reserve sectors die gebruikt worden indien het oppervlak ergens beschadigd is.
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
11
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Data organisatie op de harde schijf • Het schrijven begint steeds aan de buitenzijde van de drive • Bij horizontale mapping wordt eerst de eerste schijf van buiten naar binnen beschreven en vervolgens de andere kant van binnen naar buiten, dan volgt de volgende schijf ... • Bij verticale mapping schrijven we eerst de gehele buitenste cilinder alvorens naar binnen te gaan
• Horizontale en verticale mapping kunnen ook gecombineerd worden
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
12
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Band organisatie HD en seek time • Bij horizontale mapping verandert de data transfer rate en de seek time meermaals in belangrijke mate naarmate de drive voller wordt • Bij verticale mapping neemt de transfer rate langzaam af en de seek time langzaam toe naarmate de drive voller wordt Horizontale Horizontalemapping mappingisisdus dusniet nietaan aanteteraden raden voor constante data transfer rates te bekomen voor constante data transfer rates te bekomen bijvoorbeeld bijvoorbeeldvoor vooraudio audioof ofvideo videotoepassingen toepassingen Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
13
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
Belang van een snelle hard disk
• Wanneer toepassingen geheugen tekort hebben zullen zij gebruik maken van virtueel geheugen op de harde schijf. Dit kan het werken fel vertragen. Momenteel is het beter dan extra geheugen te kopen. • Systemen die grote hoeveelheden data moeten verwerken (video applicaties) hebben ook een snelle hard disk nodig
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
14
Hard Disks
Jan Genoe KHLim
File system en partities
• FAT12/FAT16 (File Allocation Table) (DOS/win95/… – 16 bit FAT heeft 65526 clusters – Een cluster is maximaal 32K (max disk size 2GB) – Minimale File size = 1 Cluster
• FAT32 (228 Clusters) – Maximale disk size 2TByte – Geen beperking voor het aantal folders in de root dir – maar heel wat sofware is hiervoor niet uitgerust
• NTFS (Windows NT) • HPFS (OS/2)
Computer architecturen
Versie : dinsdag 11 juli 2000
Jan Genoe KHLim
15
