ALYTAUS KOLEGIJA
VADYBOS FAKULTETAS
INFORMATIKA
ŠIUOLAIKINIAI KIETIEJI DISKAI
REFERATAS
Atliko PV J.B.
Tikrino Dėst.
K. Paičienė
Alytus,
2004
Šiuolaikiniai diskiniai kaupikliai
Diskinis kaupiklis yra pagrindinis PK kaupiklis, skirtas dideliems informacijos kiekiams saugoti.
Per 15 metų, prabėgusių nuo IBM XT su 10 MB talpos disku pasirodymo, disko talpa padidėjo maždaug 2000 karty. Dabar gaminami diskiniai kaupikliai, kuriuose telpa 3-20 GB informacijos ir kurių darbo trukme siekia iki 800000 val., t.y. 100 metų.
[pic]
1. pav. Diskinio kaupiklio mechanizmas.
Diskiniai kaupikliai ne tik talpesni, bet ir daug spartesni už disketinius. Jų informacijos perdavimo sparta gali būti didesne kaip 20
MB/s, o vidutine kreipimosi trukme gali būti trumpesne nei 2 ms.
Kabinetiniams PK daugiausia naudojami 3,5 colio, o nešiojamiesiems – 2,5
colio kaupikliai. Gaminami ir mažesni kelių GB talpos kaupikliai.
Informacija j sparčiai sukamus diskinio kaupiklio magnetinius diskelius įrašoma panašiai kaip ir į disketę. Ją įrašo skaitymo ir rašymo galvutes, kurias stumdo žingsninis variklis arba specialus elektromagnetas.
Diskeliai dažniausiai gaminami iš stiklo ir keramikos misinio. Jų paviršiai padengiami feromagnetine medžiaga informacijai įrašyti. Diskeliuose informacijos įrašymo tankis yra daug didesnis, kaupiklio mechanika daug tikslesne negu disketinių kaupiklių. Kaupiklio diską dažniausiai sudaro du arba trys diskeliai, turintys bendrą ašį. Variklis juos suka pastoviu 4500,
5400, 7200 arba 10000 apsukų per minute (rpm – Rotations per Minute)
greičiu. Iš abiejų kiekvieno diskelio pusių yra rašymo – skaitymo galvutes
(2 pav.). Jos pritvirtintos prie bendro laikiklio ir juda visos kartu. Nuo diskelių paviršiaus galvutes skiria tik besisukančių diskelių kuriama milimetro dalių storio dujų pagalve. Patekusi į sį tarpą net mažiausia dulke sužalotų diskelio paviršių, todėl dujos kaupiklio viduje turi būti labai švarios. Dėl tos pačios priežasties diskiniams kaupikliams labai pavojingi sutrenkimai ir vibracijos.
Diskeliai bei skaitymo ir rašymo galvutės yra amortizuotoje hermetiškoje dėžutėje, pripildytoje švariu išretintu inertiniu duju.
Informacija į diskelį įrašoma elektromagnetine rašymo galvute (2
pav.)
[pic]
2. pav. Skaitymo ir rašymo galvutė
permagnetinant jo paviršiaus taškus. „1″ ar „0″ įrašyta diskelio paviršiaus taške, priklauso nuo taško įmagnetinimo krypties. Kad būtu galima rasti tam tikrą diskelio paviršiaus vietą, į jį įrašomos specialios žymos (diskas formuojamas).
Informacija kiekviename diskelyje rašoma į apskritiminius takelius, kurie sudaro vadinamuosius diskinio kaupiklio cilindrus (Cylinders). Takeliai, o kartu ir cilindrai (1 pav.) yra padalyti į sektorius po 512 baitu. Informacija į diską įrašoma porcijomis į klasterius.
Skaitant arba rašant informaciją į cilindrą galvutės nejuda, jos pastumiamos tik pereinant prie kito cilindro. Sparčiausiai skaitoma ir rašoma informacija, esanti išoriniuose disko takeliuose. Todėl, norint padidinti informacijos perdavimo spartą, kaip tik šiuose takeliuose išsaugomi dažniausiai naudojami failai.
Adresas (cilindras ir sektorius), kur bus rašomas failas, įrašomas į failų adresu lentelę (FAT).
[pic]
3 pav. Diskinio kaupiklio cilindrai.
Ieškodama failo, kompiuterio operacinė sistema pirmiausiai joje susiranda informaciją apie failą, paskui perduoda komandas kaupiklio valdikliui, kuris pastumia galvutę iki reikiamo cilindro ir perskaito jame įrašytos informacijos porciją. Kaupiklio veikimui paspartinti jame yra 64 –
1000 KB kaupyklė (buferis). Į ją pirmiausiai perduodama iš disko palyginti lėtai nuskaitoma informacija, o kaupyklei užsipildžius -informacija sparčiai perduodama kompiuteriui. Išsaugant informaciją diske, ji pirmiausia iš kompiuterio sparčiai perduodama į kaupyklę, o paskui lėčiau įrašoma į diską.
Kadangi dirbdamas diskinis kaupiklis šyla, kinta elementu matmenys, jis turi nuolat save koreguoti. Dėl to gali atsirasti duomenų perdavimo pauzių. Pauzės ypač nepageidautinos žiūrint vaizdo įrašus ir klausantis muzikos.
Kaupiklio sparta labai priklauso nuo disko sukimosi greičio, nes jis lemia duomenų skaitymo cilindre spartą. Taip pat ji priklauso nuo skaitymo ir rašymo galvučių inertiškumo: kuo sparčiau jos juda, tuo greičiau surandamas reikiamas cilindras. Informacijos perdavimo iš kaupiklio į kompiuterio operatyviąją atmintinę ar iš jos į kaupiklį spartai
(Data Transfer Rate) didelę įtaką turi įtaiso kaupyklės talpa, taip pat kompiuterio procesorius, BIOS ir RAM.
Su kompiuteriu diskiniai kaupikliai sujungiami per EIDE (seni per IDE) arba SCSI sąsają.
1993 m. sukurta EIDE (Enhanced IDE) sąsaja (4 pav.) gali valdyti keturis informacijos kaupiklius. IDE Fast ATA sąsaja gali perduoti iki 16,6 MB/s ir valdyti 8,4 GB talpos diskinius kaupiklius. Senesnės
Windows šeimos versijos valdo tik 2,1 GB kaupiklius, todėl talpesnius negu
2,1 GB diskus reikia suskaidyti į kelis diskus. OSR2.x ir Windows 98 jau gali valdyti net 2,2 TB (terabaitų) talpos kaupiklius.
[pic]
4 pav. EIDE sąsajos sandara
EIDE sąsaja yra pagrindinėje kompiuterio plokštėje ir turi du kanalus dviem diskiniams bei dviem papildomiems kaupikliams prijunkti.
ATAPI (AT Attachment Pack Interface) protokolas leidžia prie EIDE sąsajos prijunkti CD-ROM ir kaupiklius su magnetine juosta. Kokia sparta EID
perduos informaciją, priklauso nuo PIO (Programed Input/Output) ir DMA
(Direct Memory Access) protokolų. PIO protokolas valdo informacijos perdavimą iš kaupiklio į kompiuterį ir atgal, o DMA protokolas valdo informacijos perdavimą tiesiog į kompiuterio operatyviąją atmintinę. Iki
1998 m. sparčiausi buvo EIDE sąsajai skirti diskiniai kaupikliai, turintys
„PIO mode 4“ ir „DMA mode 2“ protokolus. Kai kurie gamintojai diskinius kaupiklius, turinčius šiuos protokolus, vadina Fast ATA-2. Jeigu kompiuterio pagrindinės plokštės valdymo mikroschemų rinkinyje (Chipset)
nėra naujausių PIO ir DMA protokolų versijų, jis gali riboti diskinio kaupiklio galimybes. Todėl įsigyjant kaupiklį reikia žiūrėti, ar pagrindinės plokštės schemoje yra reikalingas PIO ir DMA versijos.
1997 metais buvo sukurtas Ultra DMA (Ultra ATA, ATA-33)
protokolas, perduodantis iki 33 MB/s, o 1999 metais – Ultra DMA protokolą, perduodantis net 66 MB/s. Ultra DMA diskinių kaupiklių vidutinė informacijos perdavimo sparta kompiuteryje yra 5 – 10 MB/s.
[pic]
5 pav. SCSI sąsajos sandara
SCSI (Small Computer Systems Interface) sąsaja (5 pav.) yra kur kas sudėtingesnė. Ji gali būti spartesnė už EIDE sąsają ir dažniausiai yra atskiroje plokštėje. Diskinis kaupiklis su SCSI sąsaja ir plokšte yra maždaug du kartus brangesnis. Todėl SCSI kaupiklius verta įsigyti tiktai tada, kai reikia universalios sąsajos daugeliui SCSI išorinių įrenginių prijungti. Galingiausia yra 16 bitų Wide Ultra SCSI-2 sąsaja, dirbanti 20
MHz dažniu, perduodanti iki 80 MB/s ir galinti valdyti net 15 išorinių įrenginių. Tokių diskinių kaupiklių vidutinė informacijos perdavimo sparta kompiuteryje yra 12 – 13 MB/s.
Kai reikia sujungti daug diskiniu kaupikliu, naudojama specializuota SSA {Serial Storage Architecture) sąsaja informacijos saugojimo įtaisams ir darbo stotims sujungti. Ja galima sujungti net 192
diskinius kaupiklius ir perduoti 80 MB/s.
Diskiniai kaupikliai mažėja, nes didėja informacijos įrašymo tankis. Kuo didesnis tankis, tuo mažesnis kaupiklis, tuo mažiau energijos jis vartoja ir daugiau informacijos perduoda, nes sumažėja galvučių stumdymo atstumai ir galima padidinti disko sukimo spartą. Informacijos įrašymo tankis priklauso nuo diskelius dengiančios medžiagos, duomenų kodavimo būdo bei skaitymo ir rašymo galvutės.
Informacijos įrašymo tankiui padidinti IBM sukonstravo vadinamqjq
GMR (Giant Magneto-Resistive) galvutę, kuri dabar įrašo iki 10 Gbitu į kvadratinį colį, o po poros mėtų, manoma, galės įrašyti net 40 Gbitų į kvadratinį colį. Firma SEAGATE pasiūlė naują optinę magnetinę galvutę OAW
(Opticaly Assisted Winchester), kurioje informacijai įrašyti ir skaityti naudojamas lazerio spindulys. Jau gaminami talpesni nei 20 GB diskiniai kaupikliai.
Kaip greitai bus išsaugotas arba perskaitytas diske esantis failas, priklauso ir nuo to, ar diske esantys failai įrašyti kompaktiškai, ar jų fragmentai išbarstyti po visą diską. Kuo mažiau juda skaitymo ir rašymo galvutė, tuo greičiau perduodama informacija. Informacija diske tvarkoma jį defragmentuojant (pvz., Windows 9x programa „Disc Defragmenter”
arba Norton Utilities programa „Speed Disc”), t.y. įrašant kiekvieno failo fragmentus į gretimus sektorius bei cilindrus, taip pat užpildant išorinius disko cilindrus ir juose saugant dažniau naudojamus failus. Defragmentuoti diską reikia nelaukiant, kol jame įsivyraus netvarka ir jai sutvarkyti reikės daug laiko.
Diskiniu kaupikliu patikimumų padidina firmos IBM sukurta technologija SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), kuri periodiškai matuoja tam tikrus kaupiklio parametrus (pvz., galvutės atstumq nuo diskelio paviršiaus) ir, jų reikšmėms pasiekus pavojingą ribą, perspėja vartotojų. SMART perspėja apie galimus diskiniu kaupikliu gedimus dėl laipsniško kaupiklio susidėvėjimo. Tokie gedimai sudaro apie 60% visu gedimų. Ji negali perspėti apie netikėtus gedimus, pavyzdžiui, atsirandančius dėl statinės elektros ar dėl netinkamo naudojimo.
Dedant didelės talpos diskinį kaupiklį į dėvėtą PK, reikia žinoti, kad senesnės BIOS versijos sugeba panaudoti tik pirmuosius disko
540 MB. Jeigu BIOS yra įrašyta į „Flash” tipo perrašomąją atmintinę, reikia tiesiog iš gamintojo arba per Internetu gauti naują BIOS versijų ir ją įrašyti, jeigu ne, reikia įdėti naujų BIOS mikroschemų, pritaikytų Jūsų PK.
Taip patį PK reikėtų įdėti EIDE valdiklį, kuris panaudotų visas naujojo kaupiklio galimybes.
Didelės talpos diską panaudosite geriau, jeigu jį suskaidysite į kelis diskus, nes mažesnės talpos diske informacijos fragmentui saugoti naudojami mažesni klasteriai. Kai disko talpa yra nuo 256 iki 512 MB, klasteris užima 8 KB, kai nuo 512 iki 1024 MB, – 16 KB, kai nuo 1024 iki
2048 MB, – 32 KB, kai nuo 2048 iki 4096 MB, – 64 KB ir t.t. Didelės talpos diske ypač daug vietos prarandama saugant daug mažų failų, nes paskutinis failo klasteris dažniausiai lieka pustuštis.
Diskinis kaupiklis
Pagrindinė plokštė su PCI magistrale ir EIDE sąsaja
Diskinis kaupiklis
papildomas diskinis kaupiklis
CD-ROM kauiklis
Pagrindinis EIDE kanalas
Pagalbinis EIDE kanalas
Vidiniai taisai
„Iomega“ kaupiklis
Skaitlys
Archyvavimo įtaisas
Pagrindinis diskinis kaupiklis
SCSI sąsajos plokštė
SCSI magistralė
CD_ROM kaupiklis
Išoriniai įrenginiai
CD-RW kaupiklis
Pagalbinis diskinis kaupiklis