Paměti s magnetickým záznamem
Princip záznamu na pohyblivou magnetickou vrstvu
Podélný záznam
Kódování NRZI 1 ZAZNAMENÁVANÁ DATA
ZÁZNAMOVÝ PROUD
SNÍMANÝ SIGNÁL
0 1
1
0 0
1 0
1
0 0
Kódování FM
1 0 ZAZNAMENÁVANÁ DATA
ZÁZNAMOVÝ PROUD
SNÍMANÝ SIGNÁL
1 1
0
0 1
0 1
0 0
Kódování MFM 1 0 1 ZAZNAMENÁVANÁ DATA
ZÁZNAMOVÝ PROUD
SNÍMANÝ SIGNÁL
1 0 0
1 0
1 0 0
Kódování ZAZNAMENÁVANÁ DATA
ZÁZNAMOVÝ PROUD
SNÍMANÝ SIGNÁL
2 M FM
1 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0
Pevný disk (harddisk) • • • • • • • • •
Počet cylindrů Počet hlav Počet sektorů ZBR – zda je počet sektorů na stopu konstantní Doba vystavení Rychlost přenosu Typ rozhraní Metoda kódování Prekompenzace
Fyzická struktura disků
Fyzické formátování – low format
Přístupová doba (acces time) • Doba vystavení (seek time) • Doba čekání (rotary latency period) • Prokládání (interleave)
Kapacita disku • Hustota záznamu • Kódování dat – nemožnost ukládání samých 0 nebo 1 (MFM – pro diskety, RLL – 3x efektivnější, PRML – čtení digitálním signálním procesorem • Prekompenzace (write precompensation)- vlivem rozdílných délek stop by některé stopy byly nečitelné – proto póly se posouvají proti směru pohybu – nutno zadat v SETUPU • Zone bit recording (ZBR) – optimalizace počtu sektorů v dlouhých stopách • Zásady práce s pevným diskem- otřesy, přerušování napájení, změny teploty, zálohování – event. Diskové pole
Řadiče pevných disků • IDE (Integrated Drive Electronics) • EIDE (Enhanced IDE) – Zvětšení kapacity disku nad 512 MB – LBA (Logical Block Addressing) – XCHS (eXtented Cylinder Head Sector)
– Rychlost EIDE – PIO (Programmed Input/Output) – DMA (Direct Memory Access), Multiword DMA
– Připojení více jednotek
Pevný disk - logická struktura • • • • •
Oblast DOS Program FDISK Formátování disku Spouštěcí disketa Master Boot Record (MBR) • Dos Boot Record (DBR) • Extended Partitions Table (EPT)
• Hlavní adresář (Root directory) • File Allocation Table • Způsoby formátování • Chyby FAT fabulky • ScanDisk • Ostatní způsoby správy souborů • Instalace a zprovoznění disku
Program FDISK • • • •
Informace o momentálním dělení disku Mazání oblasti disku Tvorba nových oddílů DOS Zadání aktivní oblasti
Master Boot Record (MBR) • Umístěn v nultém sektoru, nulté stopě • Zaváděcí záznam – spouštěný BIOSEm • Partition table - tabulka oblastí – Vytváří se FDISKem – V každém oddílu může být jiný OS
DOS Boot Record (DBR) • Je začátkem primární oblasti DOS – Zavedení systémových souborů z disku do operační paměti – Tabulka BPS –BIOS parametr Block – základní údaje o velikostech sektoru počtu povrchů, hlav …
• Extended Partitions Table (EPT) – je falešným MBR • Hlavní adresář (Root directory) – Vznikne formátováním – informace o souborech – Hlavní adresář v organizaci FAT – Hlavní adresář ve VFAT organizaci – dlouhá jména
File Allocation Table (FAT) • Alokační jednotka (klastr) • Typy FAT – Dvanáctibitová FAT – Šestnáctibitová FAT – Třicetidvoubitová FAT
• Způsoby formátování – „rychlé (vymazat)“ – vytvoření čisté FAT – „úplné“ – kontrola datové oblasti – „pouze zkopírovat systém“- neformátuje
Typy FAT • Dvanáctibitová FAT - na disketách, adresace 4096 klastrů • Šestnáctibitová FAT - max 2.1 GB, • Třicetidvoubitová FAT - dovoluje použít 232 alokačních jednotek • NTFS pro Windows NT, 2000, XP • VFAT větší délka jmen souborů až 255 zn. • HPFS pro OS/2
Logická struktura disku
Princip FAT
Velikosti clusterů DOS - FAT Typ, velikost Jednostr. Oboustr. 720KB 1,44MB 1,2MB 0-15MB 16-127
Velikost clusterů 512 1024 1024 512 1024 4096 2048
Sektorů na Typ, cluster velikost
1 2 2 1 2 8 4
Velikost clusterů 128-255 4096 256-512 8192 -1024 16384 -2048 32768 -4095 65536
Sektorů na cluste 8 16 32 64 128
Kompri mace
16
8192
Velikost clusterů FAT32 Velikost jednotky
Velikost clusteru
< 260 MB
512 bytů
260 MB – 8GB
4kB
8 – 16 GB
8 KB
16 – 32 GB
16 KB
> 32 GB
32 KB
Chyby tabulky FAT • Fragmentace souborů • Program Defragmentace disku – Úplná – spojí rozdělené soubory, prázdné alokační jednotky – Pouze soubory – nevšímá si prázdných – Pouze prázdných
• Ztracené fragmenty souborů (lost allocation units) – Při zápisu se nejdříve ukládají data do alokačních jednotek a následně do hlavního adresáře jméno souboru – zápis je přerušen
• Překřížené soubory (cross linked allocation units) – více políček FAT ukazuje na stejný klaster • Neplatný podadresář (invalid subdirectory error) – podadresář je zapsán jako soubor s atributem D
Fragmentace disků
Instalace a zprovoznění disku
Způsoby práce s pevnými disky • • • • •
Vyrovnávací paměť pevného disku (cache) Odkládání dat Koš Komprese (komprimace) dat Zásady „diskového hospodářství“
Vyrovnávací paměť pevného disku (cache) • Hardwarová cache – 128 KB – 1MB • Softwarová cache – u DOS SMARTDRIVE • VCACHE – virtuální u W95 » » » »
stolní počítač přenostný počítač – častěji vyprázdňována síťový server – pro sdílení i jinými počítači dodatečná mezipaměť – pouze pro CD ROM
• Problémy s VCACHE – Dáno nekompatibilitou programů nebo HW prvku – Odstranění „Systém souborů – vlastnosti“
Odkládání dat • Odkládací soubor – virtuální paměť • Potíže s odkládací souborem – Zpomalení systému – Potřeba min. 100 MB volného místa – trvale – jinak „zatuhávání“ – Pravidelné vysypávání koše – Pravidelné rušení TMP souborů
Komprese (komprimace) dat • Šifrování dat se záměrem zmenšení jejich velikosti • Pravidla komprimace ve Windows 95 – Použití programu DriveSpace – Kódování se děje na souboru Dblspace.xxx – může být více zkomprimovaných oblastí – Hostitelský disk H nesmí být celý zkomprimovaný – pro uložení systémových souborů – Míra „namačkání“ – kompresní poměr je dán typem souborů
Zásady „diskového hospodářství“ • Pravidelně zálohujte • Pro ukládání enormně velkých dat použijte jinou strukturu než FAT – např. NTFS, jinak rozdělení do logických disků • Pravidelně spouštět ScanDisk • Pravidelně defragmentovat disk • Aktualizujte antivirový program • Pro mazání programů používat službu W95 – Přidat nebo ubrat programy • Pro komprimaci používat jen spolehlivé komprimační programy s podporou utilit • Použití diskových polí
Poměr rozměrů nečistot a vzdálenost hlavy od disku
Disková pole RAID • • • • •
Spolehlivost vysoký výkon otevřenost flexibilita softwarové a hardwarové ovládání
RAID 0 Disk striping
RAID 1 Disk mirroring
RAID 1 Disk mirroring
RAID2 Disk striping with error-correction code
RAID3 Disk striping with ECC stored as parity
RAID4 Disk striping large blocks, parity stored on one drive
RAID5 Disk striping with parity
Magnetooptický disk
Fyzikální limity • V čem je tedy vlastně problém se zvyšováním kapacity u současných disků? Jak jinak jde o fyziku a o hustotu záznamu. Pokud záznam dosáhne hranice 150 gigabitů na čtvereční palec, dochází díky jevu zvanému superparamagnetismus ke ztrátě dat. Magnetické síly, které zadržují "bity" na správném místě a vytvářejí tak záznam, se v takto vysoké hustotě rovnají energii okolní klidové teploty disku samotného.
Kolmý záznam
Serverové aplikace •
•
•
Pro serverové stanice a náročné aplikace se ještě pořád využívá hlavně již téměř pětadvacet let staré rozhraní SCSI (Small Computer System Interface, čtěte „skazy“). Tyto disky se od těch běžných odlišují v několika ohledech. Ve většině případů dosahují rychlosti 10 000–15 000 ot./min a často bývají zapojené v polích RAID. Rozhraní i samotné disky jsou navrženy pro maximální výkon a zároveň i spolehlivost, přičemž daní za tyto superlativy je nejen velmi vysoká cena, ale také hlučnost a zahřívání, které ve stolních počítačích snese jen málokdo. V levnějších serverech se v poslední době používají i disky pro rozhraní SATA, které nabízejí i několikanásobně levnější řešení. Rovněž z toho důvodu jsou na trhu dostupné modely určené pro nepřetržitý běh. Poslední novinkou v této oblasti je hybrid mezi SCSI a SATA – tzv. SAS neboli Serial Attached SCSI (sériově připojené SCSI). Hlavními výhodami jsou ještě vyšší rychlost (až 375 MB/s v každém směru), skladnější kabeláž a téměř neomezený počet zařízení na jeden kanál. Zajímavostí je rovněž kompatibilita běžných SATA disků s rozhraním SAS.
Co přináší SATA II • Nejnovější revize specifikace SATA s číslem II pouze rozšiřuje stávající SATA 1.0a rev. 1.2. Jde v zásadě pouze o kosmetické změny, které přinášejí podporu Port Multiplier a Port Selector. V případě SATA II disků si také můžete být jisti, že podporují i NCQ, u starších modelů bývá tato funkce uvedena dodatečně. Port Multiplier umožňuje připojení až pěti disků na jeden kanál SATA II, a umožňuje tak jednoduše rozšířit dostupnou kapacitu. Port Selector přináší možnost připojení dvou řadičů na jeden pevný disk, aby se zamezilo výpadkům kvůli poruše. Podpora vyšší rychlosti (až do 300 MB/s) není obsahem nové specifikace a s označením SATA II nesouvisí.
http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/index.html
MR/GMR Read Head Evolution Year 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
1998
1999 2000
2001
2002
Super2003a.prz
2003 2004 2005
Areal Density Gbits/in2 0.132 0.260 0.354 0.578 0.829 0.923 1.32 1.45 2.64 2.68 3.12 3.74 4.1 5.7 5.3 10.1 7.04 14.5 17.1 13.2 25.7 29.7 34.0 26.3 45.5 29.7 70.0 >100 >200
Product Corsair Allicat Spitfire Ultrastar XP Ultrastar 2XP Travelstar 2LP Travelstar 2XP Travelstar VP Travelstar 5GS Deskstar 16GP Travelstar 6GN Travelstar 6GT Deskstar 25GP Travelstar 6GN Deskstar 37GP Travelstar 18GT Ultrastar 36LZX Deskstar 40GV Travelstar 30GT Ultrastar 73LZX Travelstarr 30GN Deskstar 120GXP Travelstar 40GN Ultrastar 146Z10 Deskstar 180GXP Deskstar 120GXP Travelstar 80GN
4.5 m 64 nm
0.5 m 18 nm 0.2 m 14 nm 0.18 m 12 nm
Contacts
0.12 m
Hard Bias NiFe
10 nm
Spacer
Soft Film GMR Pinned Film
Ed Grochowski
Areal Density of Magnetic HDD and DRAM 6
10
100% CGR 5
Travelstar 80GN Travelstar 40GN Travelstar 30GN
10 10
Areal Density, Mbits/inch2
60% CGR
4
3
10
8G 4G 1G
2G
512M Ultrastar XP
10
Ultrastar 146Z10
Microdrive II Ultrastar 36ZXb Ultrastar 18XP
2
25% CGR
256M
3390-2 3380E
64M
40% CGR
16M
1
10
4M 1M 25% = 2X per 3 years
1 -1
10
40
2
60
1.5
100
1
-2
AREAL2003ah.ppt
10
1970
1980 DRAM projections after 2001 are based on industry capacities and constant chip area
1990
Year
2000
2010 Ed Grochowski
